实时动态监测技术在电力系统控制中的应用

王腾翔

（陕西省地方电力（集团）有限公司，西安 710061）

电力系统根据所受扰动的大小可分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定。动态稳定包括低频振荡、次同步振荡及轴系纽振和考虑负荷特性及有载调压变压器分接头动作的电压问题。电力系统运行时必须满足静态稳定、暂态稳定和动态稳定，同时还要满足电力设备元件的热稳定。对于电力系统运行的状况进行实时监测与分析不仅可以提高电力系统运行可靠性，还可以为电网调度运行人员提供实时信息，为电网调度运行人员正确处理电网事故提供有益的指导[1]。本文主要研究动态监测技术在电力系统控制中的应用。

1 动态监测技术应用于电力系统静态稳定控制

1.1 静态稳定对动态监测系统的要求

电网实时动态监测系统可以在线跟踪电网的实际工况，不仅对电网当前的静态、暂态和动态安全稳定等进行在线计算分析和控制决策支持，实现电网安全稳定性的可视化监视和在线辅助决策，通过友好的人机界面向调度运行人员提供当前运行方式下的电网预防控制措施方案，而且按照调度运行人员的要求在电网操作前对操作后电网的技术指标进行对比，以及按照调度计划和运行方式人员的要求对日检修计划、周检修计划进行安全稳定和可靠性校核。

应用电网的实时动态监测技术来监测电网运行的静态稳定，主要包括静态功角稳定、静态电压稳定和热稳定[3]。热稳定监控主要包括电力设备的实时潮流监测和预想故障下的热稳定控制。

1.2 静态功角稳定及控制

实际运行的电力系统随时会受到小的干扰，如负荷的增加或减少、发电机的投入或退出、线路的检修或投运等。利用动态监测技术可以直接测量发电机功角，实现对发电机的静态功角稳定监测。例如在实际计算 控制中，取静态稳定储备系数为15%，那么相对应的发电机功角对于升压变母线电压的相角差为 58°，则以此为静态稳定控制临界点[2]。系统静态功角稳定直接表示的是系统最小稳定裕度的发电机组运行情况，可以通过直接减少该发电机组的有功出力来控制静态功角稳定。

1.3 静态电压稳定监测与控制

电力系统在实际运行中，如果在预想故障集下系统不能保证安全稳定，则需要对当前的运行工况进行预防控制，将系统拉回安全稳定区域。控制措施包括调节有载变压器分接头，调整发电机运行电压，投切并联电容电抗和切负荷等。计算过程为：首先基于潮流方程的雅克比矩阵，求取各个控制措施对节点电压的灵敏度系数；然后根据各个控制措施的代价，采用优化的方法，寻找性能代价比最大的控制措施，满足用户指定的安全准则的要求。

为获得静态电压稳定计算及控制策略结果，需要调度人员整理的数据为：

1）潮流文件。

2）发电机以及控制器的参数，负荷特性参数，可投切电容器电抗器参数等反映电网元件参数的数据。

3）系统所有N-1故障和同杆双回线的N-2故障、各种用户感兴趣的故障形式和故障元件。

1.4 热稳定监测与控制

电网实时动态监测技术可以实现对线路及变压器等设备的实时监测。当发现线路及变压器的设备处于重载的情况时，运行人员应及时向调度运行人员发出信号。实时运行的电网还可以通过在线计算来评估预想故障下电网其他设备是否过载，是否存在热稳定问题。对于预想故障下的热稳定问题，通常都是调度人员通过潮流计算获得的。为了保证计算程序具有良好的收敛性，通常采用 PQ解耦法提供初值，再转入牛顿-拉夫逊法求解。为了进一步提高计算速度和收敛性，主要采用故障前的节点电压和相角作为牛顿-拉夫逊法的启动初值。

2 动态监测技术应用于电力系统暂态稳定及控制

2.1 暂态功角稳定

当电力系统遭受大扰动后，如各种短路故障、大容量发电机组、大的负荷、重要的输电设备的投入或切除等，除了电磁暂态过程外，系统还需要经历机电暂态过程[4]。由于系统结构或参数发生了较大的变化，使得系统的潮流及各发电机的输出功率也随之发生变化，从而破坏了原动机和发电机之间的功率平衡，在发电机转子轴上将产生不平衡转矩，导致发电机转子加速或减速。在暂态过程中若某些发电机组转子之间始终存在着相对运动，使得转子间的相对角度随时间不断增大，最终导致这些发电机失去同步，造成电力系统暂态不稳定。

电网实时动态监测技术在电力系统暂态稳定上的应用主要是基于EEAC算法的在线稳定计算。电网实时动态监测系统和稳控系统等提供电网运行实时信息，在面向安全稳定分析与控制的混合状态估计的基础上，调度人员对电网预想故障进行完全稳定在线分析，计算预想事故发生后暂态功角稳定裕度、安全稳定模式，提供各断面的输电功率极限及其受限制的原因与故障，评估现有稳控策略的效果，从而实现电网安全稳定的实时预警。

2.2 暂态电压稳定

暂态过程中，发电机转子角的相互摇摆强迫各节点的电压值做周期的摆动。在此期间，电压值越高，感应电动机的加速度越大。因此调度人员可通过观察感应电动机节点电压达到极值时感应电动机的特性来判断其稳定性。如果感应电动机在其节点电压达到最小值时仍然加速，则认为滑差在这以后将继续减少，此时感应电动机将保持稳定；如果感应电动机在其节点电压达到最大值时仍然减速，则认为滑差在这以后将继续增大，此时感应电动机将失去稳定。

利用动态监测技术进行暂态电压稳定控制都是调度人员通过仿真实现的。调度人员利用相关软件对仿真曲线进行数据挖掘，计算出每个预想故障的暂态电压安全稳定裕度和主导模式，以提供在线监视暂态电压安全稳定水平的手段[5]。暂态电压安全稳定紧急控制策略同暂态功角稳定紧急计算方法的流程如图1所示。

图1 计算流程图

3 结论

电网实时动态监测系统可以实现40ms及以内的高速同步测量和数据记录，为准确分析电网的扰动原因发挥了重要作用，因此，实时动态监测技术应用于电力系统静态稳定和暂态稳定的控制有利于调度人员更好地控制电网，提高电网的安全稳定性。

[1] 王英涛,张道农,谢晓东,等.电力系统实时动态监测系统传输规约[J] .电网技术,2007,31(13) :81-85.

[2] 贾宏杰,吕英辉,曾沅,等.PMU在电力系统中的优化配置方法[J].电力科学与技术学报,2010,25(1):54-59.

[3] 鲁文,孙国诚,丁孝华,等.基于同步向量的电力实时动态监测装置[J].电力系统自动化,2010(7):100-103.

[4] 唐霄,危韧勇.电力谐波动态监测系统的研究与设计[J].电力系统通信,2007(8):61-65.

[5] 韩冰,张忠宜,孟大伟,等.电力系统动态过程在线监测装置的研制与应用[J].黑龙江电力,2008,30(6):425-429.