大電網失步解列控制是指當系統發生失步振盪現象時，採取解列聯絡線的控制措施，以消除電網的異步運行狀態，防止事故擴大。
基本介紹
- 中文名：大電網失步解列控制
- 外文名：Power grid dissolving column control
- 措施：採取解列聯絡線
- 作用：防止事故擴大
- 能源：能源
- 學科：電氣工程
簡介,失步解列控制的關鍵要素,失步振盪現象的識別,基於相位角的失步判據,基於ucosrp的失步判據,基於視在阻抗軌跡的失步判據,基於廣域信息的失步判據,基於系統失穩充要條件判斷的失步判據,基於回響軌跡凹凸性的解列判據,大電網失步解列控制需求,展望,
簡介
電力系統長期的運行實踐表明，不論對系統穩定性的要求如何嚴格，措施如何完善，總可能因一些事先不可預料的偶然因素的疊加，導致穩定破壞事故的發生，如若處理不當，將會造成巨大的經濟損失。為了避免可能或已經失步的互聯電網演化為不受控的崩潰。有必要在合適的斷面和時機將系統解列成各自分別保持同步運行的分區電網。解列控制可分為由電網故障場景檢測驅動的預測性解列控制和由失步振盪軌跡檢測驅動的碑重臭反饋性解列控制，後者又稱失步解列。
傳統失步解列控制通常取某一固定的斷面割集為作為解列點，即通過離線分析計算，在潛在的失步振盪斷面配置解列裝置，基於量測信息判斷系統是否發生失步振盪，以及振盪中心是否落在預設斷面上，然後確定是否執行解列控制。工程上套用較多的解列判據包括基於相位角的失步解列判據和基於。COSIp判別方式的解列判據等。對於複雜的互聯大電網，運行方式多變，不同故障導致的失穩模式也不盡相同。若故障導致的失步振盪情況和離線分析場景不一致時，預設的解列控制策略存在失配的風險。且由於缺乏全局的實測信息，難以應對振盪中心遷移對解列控制動作可靠性的影響，難以實現多個解列點控制動作的實時協調 近年來，隨著廣域量測系統(wide areameasurement system WAMS)在電力系統廣泛套用，基於再蜜嚷廣域信息的解列控制技術獲得廣泛的研究並有解列控制系統投入運行。也有學者將基於全局信息動態地確定解列地點和解列動作時序的控制方式稱為主動解列。筆者認為，將其定義為自適應解列更為合適，“主動解列”容易與由故障場驅動的前饋性解列控制相混淆。
失步解列控制的關鍵要素
1)失步振盪現象的識別。
根據實測信息源的不同，系統失步識別可分為基於廣域信息和基於就地信息兩類。前者通過廣域範圍內發電機組功角或電網母線電壓府棄辨勸相位角的軌跡信息來識別失步振盪，後者主要利用裝置安裝處的電壓電流間相位差、視在阻抗等電棗奔祝氣量的變化規律，表征系統功角的變化情況，識別系統失步振盪。
2)解列斷面的選擇。
解列斷面的選擇方法主要有兩種，一是在易於解列但不是振盪中心所在的斷面進束犁行解列，解列後形成大網拉小網的局面，通過採取其它措施促使其再同步，這方面的研究和實際套用主要集中在前蘇聯電力系統。另一種最常用的方法是在振盪中心處將失步機群解列，將解列斷面選擇問題轉化為振盪中心定位問題，簡稱為解列斷面實時選擇，目前，國內的解列控制多採用該方法。
為提高解列控制的適應性，還可以採用基於線上分析計算與決策的解列斷面選擇技術，即根據實測的系統運行工況，在解列斷面的最佳化目標中考慮解列控制對後續電網穩定性的影響，根據選定的最佳化目標線上搜尋最優解列斷面，可簡稱為解列斷面線上搜尋。
3)解列裝置的協調配合。
基於就地信息的解列裝置具有不依賴於通信的優點，但難以精確定位振盪中心的位置，在複雜系統中其解列判據的參數整定往往難以兼顧可靠性、安全性和適應性，特別是多個安裝距離較近的解列裝置，在複雜振盪模式下存在無序動作的風險。應通過解列裝置之間的協調配合防止單個解列裝置的誤動作和多個解列裝置的無序動作，實現極端緊急狀態下阻止系統崩潰的目的。
失步振盪現象的識別
基於相位角的失步判據
隨著系統振盪兩機群功角差的擺開，就地測量的電壓和電流之間相位角跟隨功角差正向漸增或負向漸減而變化。如果振盪中心兩側等值電勢相等，相位角等於功角差的一半。該判據正是利用在解列裝置安裝處所測量到的這一變化規律，來判斷系統失步。
該判據除了可識別系統失步外，還能根據相位角穿越規律，判斷振盪中心相對於裝置安裝處的方向。但當振盪中心兩側的等值電壓幅值差別比較大時，裝設在等值電壓較高一側的解列裝置，存在不能有效識別系統失步的風險。通過採取線上路兩側變電站均配置解列裝置的方式，可有效匪棗捉解決該問題。
基於ucosrp的失步判據
系統發生失步振盪時，振盪中心處的電壓將出現周期性的變化，在功角擺開到1800時，振盪中心電壓為零。該判據通過監測裝置安裝點的電壓和相位角，計算出ucosrp值來反映失步過程中振盪中心電壓變化的特徵，通過。cosrp的變化軌跡判斷系統是否失步。該判據反應了失步振盪中心電壓變化規律，物理意義相對清晰。但距離較近的多個解列裝置，在系統失步時，可能同時檢測到失步振盪，因此必須注意裝置之間的協調配合問題。
基於視在阻抗軌跡的失步判據
當系統失步時，保護安裝處的電流和電壓的周期性變化，可通過裝置檢測到阿雅抹懂的視在阻抗來集中體現。該判據根據視在阻抗軌跡是否進入整定區域來識別系統是否失步，常見的阻抗型失步解列判據有透鏡型、同心圓型、圓遮擋型及雙遮擋型等，其核心都是構造內、外2個及2個以上阻抗元件，用於區分短路故障、同步振盪和失步振盪。
該判據的原理決定了只有處在失步振盪中心所線上路上的裝置，才具有比較理想的動作特性，判據的可靠性容易受到運行方式和網架結構變化的影響。
基於廣域信息的失步判據
該類判據根據失步振盪的定義，通過檢測機組功角(電壓相位)差信息，通過判斷機組功角(電壓相位)差擺開超過180。來判斷系統失步。其中基於變電站母線電壓相位差的失步判據在東京解列控制系統和法國Syclopes失步防禦系統獲得了工程套用。
該類判據對廣域量測的信息量要求較低，卻仍面臨著基於廣域信息的各類判據的共性問題，即信息採集系統的可靠性、時滯及不確定性。此外，在失步振盪過程中，如果振盪中心恰好落在變電站母線上，則線路兩側母線電壓相位差存在突變現象。由於在系統雖無振盪但電網發生短路故障時，電壓相位角也可能發生急劇變化，判據必須對這些現象進行可靠甄別。
基於系統失穩充要條件判斷的失步判據
該類判據不再以功角擺開180。作為系統失步的標準，立足於用測量信息實時地構造判斷系統失穩的充要條件。採用PMU(powexmanagement unit)實測數據，利用李雅普洛夫準則來判斷系統是否失穩，並觸發解列控制。但對於複雜的大電網，存在無法找到嚴格的李雅普洛夫函式的困難。基於等面積法則判斷系統穩定性並觸發解列的方法在美國Florida-Georgia聯絡線解列控制中的套用，該系統針對該電網的典型2機系統特徵，利用線路兩側功角差的變化與機械功率的關係，給出了根據功角差歷史曲線計算機械功率的方法。 在動態捕捉DsP的基礎上，增加了P-s軌跡穿越DsP時斜率和功角的輔助判據，以期減小將系統滑步判為系統失步的風險。然而，該類判據基於集中計算和控制的理念，對廣域信息傳輸的實時性和可靠性要求極高。
基於回響軌跡凹凸性的解列判據
基於振盪過程中P-Q-e的變化規律，通過檢測失步振盪臨界特徵點，確定系統是否失步。利用功角差及其二階導數大於等於設定閥值時，判斷系統即將失步。擠日用失步振盪過程中有功功率隨著功角擺開的周期變化，提出了利用功角加速變大且有功趨勢變化減小的原則來識別判斷系統即將失步的方法。
基於回響軌跡凹凸性的解列判據，本質是一種基於理想兩群振盪模式下系統動態時序外延的預測方法，因為群內非同調因素及失穩模式的時變性都有可能使得預測時的假設不再成立，該類判據的可靠性還有待深入研究。
大電網失步解列控制需求
隨著互聯電網的發展，電網結構呈現格線化特徵，系統穩定特徵的時變性也越來越強，大量直流、風電、串補等FACTS元件的投運，也增加了電網穩定特徵的複雜性，對失步解列控制提出了更高要求。
對於複雜的交直流混聯大電網，很多場景下，系統失穩現象往往呈現群內非理想同調的兩群振模式，如果解列不及時，可能會演化為多群振盪，或解列操作後在同調性差的機群中再出現相繼失穩。多篇 中基於實際電網的研究表明，即使同調性良好的兩群失穩模式下，解列後的分區電網也存在暫態失穩的風險
為適應交直流混聯大電網的控制需求，失步解列控制研究需重點關注以下幾個方面:
1)適應多頻振盪場景的失步解列控制技術。
對於多頻率失步振盪，存在主導模式的更迭。如果依次解列所有失步斷面，將大幅度破壞網架結構，增加解列後分區電網的不可控性。如何通過對解列控制時刻和不同斷面解列時序的最佳化，來減少解列控制動作的數目，減小電網緊急狀態下全過程的控制代價，是一個值得關注的問題。
2)應對振盪中心遷移的失步解列控制技術。
目前，無論是基於就地信息的解列控制還是基於廣域信息的解列控制研究，多關注單一、非時變的失穩模式，缺乏考慮振盪中心遷移對解列控制的影響。應對振盪中心遷移的大電網最佳化解列控制的研究剛剛起步
3)兼顧解列後分區電網穩定性的解列策略。
作為系統保護的一種控制措施，解列控制應考慮解列後分區電網的安全穩定運行。目前廣泛套用的基於就地信息失步解列控制技術，無法考慮解列後孤網的穩定性，特別是暫態穩定性。在基於廣域信息的解列控制方面，由於缺乏解列操作對分區電穩定性影響機理的深入研究，對解列後分區電網穩定性的識別方法及其最佳化控制策略的研究還比較缺乏。
展望
解列控制的理想目標是，通過實時、全面和主動地監視系統動態，根據全局信息識別失穩模式，確定振盪中心，制定全網最佳化的控制策略。隨著通信技術的發展和相量測量可靠性的提高，利用實測全局信息進行系統穩定性的判斷和控制勢在必行，基於廣域信息的解列控制技術將是未來大電網解列控制的一個重要研究方向。為了增強解列控制的可靠性和安全性，融合就地信息和廣域信息的自適應解列控制系統在複雜大電網中的套用研究值得進一步深化。為了實現上述目標，以下幾個方向還有待突破:
1)不同擾動因素導致振盪中心遷移的機理，振盪中心的實時動態跟蹤技術，以及應對振盪中心遷移的解列策略。
2)多頻振盪失步的機理及適應時變振盪模式的失步解列控制技術。
3)解列操作對分區電網暫態穩定性的影響機理，解列後分區電網的穩定性預測方法及其相繼失穩防禦技術。
失步振盪現象的識別
基於相位角的失步判據
隨著系統振盪兩機群功角差的擺開，就地測量的電壓和電流之間相位角跟隨功角差正向漸增或負向漸減而變化。如果振盪中心兩側等值電勢相等，相位角等於功角差的一半。該判據正是利用在解列裝置安裝處所測量到的這一變化規律，來判斷系統失步。
該判據除了可識別系統失步外，還能根據相位角穿越規律，判斷振盪中心相對於裝置安裝處的方向。但當振盪中心兩側的等值電壓幅值差別比較大時，裝設在等值電壓較高一側的解列裝置，存在不能有效識別系統失步的風險。通過採取線上路兩側變電站均配置解列裝置的方式，可有效解決該問題。
基於ucosrp的失步判據
系統發生失步振盪時，振盪中心處的電壓將出現周期性的變化，在功角擺開到1800時，振盪中心電壓為零。該判據通過監測裝置安裝點的電壓和相位角，計算出ucosrp值來反映失步過程中振盪中心電壓變化的特徵，通過。cosrp的變化軌跡判斷系統是否失步。該判據反應了失步振盪中心電壓變化規律，物理意義相對清晰。但距離較近的多個解列裝置，在系統失步時，可能同時檢測到失步振盪，因此必須注意裝置之間的協調配合問題。
基於視在阻抗軌跡的失步判據
當系統失步時，保護安裝處的電流和電壓的周期性變化，可通過裝置檢測到的視在阻抗來集中體現。該判據根據視在阻抗軌跡是否進入整定區域來識別系統是否失步，常見的阻抗型失步解列判據有透鏡型、同心圓型、圓遮擋型及雙遮擋型等，其核心都是構造內、外2個及2個以上阻抗元件，用於區分短路故障、同步振盪和失步振盪。
該判據的原理決定了只有處在失步振盪中心所線上路上的裝置，才具有比較理想的動作特性，判據的可靠性容易受到運行方式和網架結構變化的影響。
基於廣域信息的失步判據
該類判據根據失步振盪的定義，通過檢測機組功角(電壓相位)差信息，通過判斷機組功角(電壓相位)差擺開超過180。來判斷系統失步。其中基於變電站母線電壓相位差的失步判據在東京解列控制系統和法國Syclopes失步防禦系統獲得了工程套用。
該類判據對廣域量測的信息量要求較低，卻仍面臨著基於廣域信息的各類判據的共性問題，即信息採集系統的可靠性、時滯及不確定性。此外，在失步振盪過程中，如果振盪中心恰好落在變電站母線上，則線路兩側母線電壓相位差存在突變現象。由於在系統雖無振盪但電網發生短路故障時，電壓相位角也可能發生急劇變化，判據必須對這些現象進行可靠甄別。
基於系統失穩充要條件判斷的失步判據
該類判據不再以功角擺開180。作為系統失步的標準，立足於用測量信息實時地構造判斷系統失穩的充要條件。採用PMU(powexmanagement unit)實測數據，利用李雅普洛夫準則來判斷系統是否失穩，並觸發解列控制。但對於複雜的大電網，存在無法找到嚴格的李雅普洛夫函式的困難。基於等面積法則判斷系統穩定性並觸發解列的方法在美國Florida-Georgia聯絡線解列控制中的套用，該系統針對該電網的典型2機系統特徵，利用線路兩側功角差的變化與機械功率的關係，給出了根據功角差歷史曲線計算機械功率的方法。 在動態捕捉DsP的基礎上，增加了P-s軌跡穿越DsP時斜率和功角的輔助判據，以期減小將系統滑步判為系統失步的風險。然而，該類判據基於集中計算和控制的理念，對廣域信息傳輸的實時性和可靠性要求極高。
基於回響軌跡凹凸性的解列判據
基於振盪過程中P-Q-e的變化規律，通過檢測失步振盪臨界特徵點，確定系統是否失步。利用功角差及其二階導數大於等於設定閥值時，判斷系統即將失步。擠日用失步振盪過程中有功功率隨著功角擺開的周期變化，提出了利用功角加速變大且有功趨勢變化減小的原則來識別判斷系統即將失步的方法。
基於回響軌跡凹凸性的解列判據，本質是一種基於理想兩群振盪模式下系統動態時序外延的預測方法，因為群內非同調因素及失穩模式的時變性都有可能使得預測時的假設不再成立，該類判據的可靠性還有待深入研究。
大電網失步解列控制需求
隨著互聯電網的發展，電網結構呈現格線化特徵，系統穩定特徵的時變性也越來越強，大量直流、風電、串補等FACTS元件的投運，也增加了電網穩定特徵的複雜性，對失步解列控制提出了更高要求。
對於複雜的交直流混聯大電網，很多場景下，系統失穩現象往往呈現群內非理想同調的兩群振模式，如果解列不及時，可能會演化為多群振盪，或解列操作後在同調性差的機群中再出現相繼失穩。多篇 中基於實際電網的研究表明，即使同調性良好的兩群失穩模式下，解列後的分區電網也存在暫態失穩的風險
為適應交直流混聯大電網的控制需求，失步解列控制研究需重點關注以下幾個方面:
1)適應多頻振盪場景的失步解列控制技術。
對於多頻率失步振盪，存在主導模式的更迭。如果依次解列所有失步斷面，將大幅度破壞網架結構，增加解列後分區電網的不可控性。如何通過對解列控制時刻和不同斷面解列時序的最佳化，來減少解列控制動作的數目，減小電網緊急狀態下全過程的控制代價，是一個值得關注的問題。
2)應對振盪中心遷移的失步解列控制技術。
目前，無論是基於就地信息的解列控制還是基於廣域信息的解列控制研究，多關注單一、非時變的失穩模式，缺乏考慮振盪中心遷移對解列控制的影響。應對振盪中心遷移的大電網最佳化解列控制的研究剛剛起步
3)兼顧解列後分區電網穩定性的解列策略。
作為系統保護的一種控制措施，解列控制應考慮解列後分區電網的安全穩定運行。目前廣泛套用的基於就地信息失步解列控制技術，無法考慮解列後孤網的穩定性，特別是暫態穩定性。在基於廣域信息的解列控制方面，由於缺乏解列操作對分區電穩定性影響機理的深入研究，對解列後分區電網穩定性的識別方法及其最佳化控制策略的研究還比較缺乏。
展望
解列控制的理想目標是，通過實時、全面和主動地監視系統動態，根據全局信息識別失穩模式，確定振盪中心，制定全網最佳化的控制策略。隨著通信技術的發展和相量測量可靠性的提高，利用實測全局信息進行系統穩定性的判斷和控制勢在必行，基於廣域信息的解列控制技術將是未來大電網解列控制的一個重要研究方向。為了增強解列控制的可靠性和安全性，融合就地信息和廣域信息的自適應解列控制系統在複雜大電網中的套用研究值得進一步深化。為了實現上述目標，以下幾個方向還有待突破:
1)不同擾動因素導致振盪中心遷移的機理，振盪中心的實時動態跟蹤技術，以及應對振盪中心遷移的解列策略。
2)多頻振盪失步的機理及適應時變振盪模式的失步解列控制技術。
3)解列操作對分區電網暫態穩定性的影響機理，解列後分區電網的穩定性預測方法及其相繼失穩防禦技術。
