摘要：　介紹了用于東北電力系統(tǒng)鐵嶺發(fā)電廠的WAW-1型安全穩(wěn)定緊急控制裝置的原理及算法。裝置采用E^′_q恒定的發(fā)電機(jī)模型，自動(dòng)判別發(fā)電廠機(jī)組及電廠直接出線的運(yùn)行方式及狀態(tài)，自適應(yīng)地完成電廠與系統(tǒng)間靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備不足報(bào)警；預(yù)測(cè)擾動(dòng)后系統(tǒng)的暫態(tài)不穩(wěn)定性；實(shí)時(shí)計(jì)算為維持暫態(tài)穩(wěn)定需要的切機(jī)控制量。對(duì)于中長(zhǎng)期搖擺而造成的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定配置了經(jīng)過(guò)X^′_d補(bǔ)償后的視在電阻檢測(cè)的失步解列控制。該原理和算法用于可等值為單機(jī)無(wú)窮大母線的發(fā)電廠局部穩(wěn)定性控制，裝置經(jīng)過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行表明滿足工程要求。
關(guān)鍵詞：　安全穩(wěn)定控制裝置； 靜態(tài)穩(wěn)定； 暫態(tài)穩(wěn)定

Development of Power Plant Security Emergency Control Equipment-Theory and Algorithm

Abstract： The theory and algorithm of WAW-1 type power system security emergency control equipment have been presented,which is manufactured for the security and stability of Tieling power plant in Northeast China.The dynamic simulation and field operation prove that the equipment meets the engineering requirements.
Keywords： security emergency control equipment; static stability; transient stability

0　前言
　　90年代初，東北電管局調(diào)度中心根據(jù)鐵嶺發(fā)電廠220 kV機(jī)組接入系統(tǒng)的穩(wěn)定性計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在電廠出線檢修方式下發(fā)生故障存在穩(wěn)定性問(wèn)題，并呈現(xiàn)單機(jī)無(wú)窮大母線(鐵嶺—東北系統(tǒng))的失步模式。經(jīng)東電科技處立項(xiàng)，由西安交通大學(xué)、東北電管局調(diào)度中心、東北電力設(shè)計(jì)院、阿城電站設(shè)備自動(dòng)化研究所聯(lián)合研制具有通用判據(jù)，不依靠保護(hù)動(dòng)作信號(hào)和斷路器位置信號(hào)的高智能化的穩(wěn)定性局部控制裝置。
　　我國(guó)安全穩(wěn)定控制裝置的研制水平有較大提高，但同時(shí)尚有如下不足：①缺少快速有效具有工程實(shí)用價(jià)值的實(shí)時(shí)算法和判據(jù)，特別是暫態(tài)穩(wěn)定分析算法難以滿足實(shí)時(shí)控制要求；②電力系統(tǒng)中與穩(wěn)定相關(guān)的狀態(tài)量繁多，使用較少的輸入信息實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)與控制困難很大；③現(xiàn)有大部分成型產(chǎn)品，雖然滿足了一些工程的要求，但原理上缺乏通用性，實(shí)際上對(duì)用戶只能提供典型硬件，而把裝置原理、算法和實(shí)現(xiàn)這樣的重?fù)?dān)推給了使用部門(mén)。
　　安全穩(wěn)定控制裝置實(shí)現(xiàn)方案中最常見(jiàn)的有兩種：①離線決策方式；②邏輯判別方式。
　　方案①主要存在以下不足：離線工作量大，考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、潮流方式和故障情況三者組合，可達(dá)上千萬(wàn)種；一旦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和潮流方式與預(yù)定的有較大差別(難以避免)，就需要重新形成對(duì)策表；當(dāng)前運(yùn)行方式難以與離散的決策表一一對(duì)應(yīng)，存在較大誤差；為減少計(jì)算量，一般按較嚴(yán)重的運(yùn)行方式和故障條件確定控制量，控制過(guò)量，則帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。方案②則一般過(guò)于簡(jiǎn)單化和針對(duì)性過(guò)強(qiáng)，難以用于其它地點(diǎn)，并且一般引入大量可靠性不太高的開(kāi)關(guān)信號(hào)及保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。因此，研制一種具有一定通用性、輸入信息少、不使用斷路器動(dòng)作信號(hào)的智能型安全穩(wěn)定控制裝置是有理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義的。
　　根據(jù)文獻(xiàn)［1］的研究，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系統(tǒng)在大擾動(dòng)后的暫態(tài)穩(wěn)定性必須使用能反應(yīng)以下三點(diǎn)內(nèi)容的信息：①擾動(dòng)前全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈤_(kāi)機(jī)方式及運(yùn)行狀態(tài)；②擾動(dòng)對(duì)全系統(tǒng)各機(jī)的影響；③擾動(dòng)清除后全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈤_(kāi)機(jī)方式的變化。有相當(dāng)數(shù)量的發(fā)電廠，在其直接出線或下級(jí)出線上發(fā)生故障時(shí)呈現(xiàn)為等值的單機(jī)-無(wú)窮大母線的不穩(wěn)定模式，從而使暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與控制問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。這時(shí)，實(shí)時(shí)采集以上3類信息，采用一定的實(shí)時(shí)算法智能地進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與控制量計(jì)算是可能的。

1　安全穩(wěn)定緊急控制裝置的基本功能
1.1　鐵嶺局部系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　鐵嶺電廠220 kV部分為2臺(tái)300 MW機(jī)組，經(jīng)三回出線接入系統(tǒng)。該局部系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)具有兩個(gè)特點(diǎn)。

圖1　鐵嶺電廠局部系統(tǒng)圖

　　(1) 在給定的潮流方式下，鐵嶺電廠送出線故障，除下級(jí)母線故障及個(gè)別遠(yuǎn)方線路故障情況外，系統(tǒng)呈現(xiàn)鐵嶺廠對(duì)其余電廠單機(jī)失步的不穩(wěn)定模式。因此可以采用以就地量為主，以單機(jī)-無(wú)窮大模式為前提的實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制算法。
　　(2) 發(fā)電機(jī)X^′_d與X_q相差甚遠(yuǎn)且發(fā)電廠靠近系統(tǒng)負(fù)荷中心，為保證暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的精度，發(fā)電機(jī)必須采用E^′_q恒定模型。
1.2　安全穩(wěn)定預(yù)測(cè)、控制功能
　　安全穩(wěn)定控制裝置屬于就地判別就地控制型，主要解決以下問(wèn)題：
　　(1) 鐵嶺電廠直接出線或下級(jí)出線故障時(shí)鐵嶺廠對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制，對(duì)于暫態(tài)不穩(wěn)定按照實(shí)時(shí)計(jì)算的切機(jī)量自動(dòng)完成選擇切機(jī)任務(wù)；
　　(2) 該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制，當(dāng)動(dòng)穩(wěn)破壞、系統(tǒng)失步時(shí)，裝置按次序起動(dòng)不同解列點(diǎn)的開(kāi)關(guān)跳閘；
　　(3) 直接出線的過(guò)負(fù)荷控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，當(dāng)任一條出線嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷時(shí)，裝置采用關(guān)小主調(diào)速汽門(mén)控制；
　　(4) 靜穩(wěn)儲(chǔ)備不足報(bào)警，運(yùn)行人員手動(dòng)，或使用其它控制手段調(diào)整發(fā)電機(jī)出力。
1.3　事件、故障數(shù)據(jù)記錄功能
　　裝置充分利用微機(jī)系統(tǒng)獨(dú)有的記憶存儲(chǔ)優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)記錄以下內(nèi)容：
　　(1) 故障及處理時(shí)序；
　　(2) 故障前三周期的母線電壓、等值系統(tǒng)電流、等值發(fā)電機(jī)有功功率；
　　(3) 故障期間每周期的電壓、電流、不平衡功率、等值發(fā)電機(jī)與等值無(wú)窮大系統(tǒng)之間的功角；
　　(4) 對(duì)應(yīng)于本故障處理所用的臨界能量和故障期間等值發(fā)電機(jī)的暫態(tài)能量。為故障和裝置動(dòng)作情況分析以及暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算程序的校核提供有價(jià)值的實(shí)錄數(shù)據(jù)。
1.4　裝置總體構(gòu)成
　　裝置由4種功能不同的微機(jī)單元構(gòu)成，每種單元由不同功能模塊組成。每個(gè)單元以抽屜式插拔件裝入機(jī)箱。
　　臺(tái)數(shù)可擴(kuò)充的線路前置機(jī)完成線路電壓電流的采樣。靜態(tài)時(shí)完成線路過(guò)負(fù)荷判別，線路投運(yùn)與否判別，線路功率計(jì)算；采樣中斷中進(jìn)行故障檢出計(jì)算；故障發(fā)生后進(jìn)行選相、距離Ⅰ，Ⅱ段計(jì)算，預(yù)測(cè)故障切除后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓⒂?jì)算故障后每周期線路正序電壓、電流、基波正序有功功率。
　　機(jī)組單元靜態(tài)時(shí)計(jì)算發(fā)電機(jī)各自出力，判斷發(fā)電機(jī)是否投運(yùn)；故障期間時(shí)刻監(jiān)視發(fā)電機(jī)投切情況，判發(fā)切機(jī)指令后是否真正斷開(kāi)。以上兩類機(jī)型的計(jì)算、判斷結(jié)果都送給通信管理機(jī)。
　　通信管理機(jī)完成前置機(jī)及機(jī)組單元電流功率匯總、檢查，同時(shí)完成報(bào)告打印及監(jiān)控功能。
　　后臺(tái)控制機(jī)根據(jù)經(jīng)管理機(jī)匯總后的電壓、電流、功率和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ瑢?shí)時(shí)計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定性指標(biāo)，運(yùn)用一定的系統(tǒng)模型和算法完成以上4項(xiàng)穩(wěn)定預(yù)測(cè)、控制功能。

2　安全穩(wěn)定緊急控制裝置的基本原理
2.1　線路過(guò)載
　　鐵嶺電廠的三回220 kV出線要送出600 MW功率，在某些檢修方式或故障下有可能出現(xiàn)線路過(guò)負(fù)荷情況。為此設(shè)置安全性監(jiān)視和控制，對(duì)每一條線路按照不同的定值設(shè)置過(guò)負(fù)荷報(bào)警和過(guò)負(fù)荷啟動(dòng)關(guān)主汽門(mén)。判據(jù)為

　　(1)

線路中任一相電流大于整定值經(jīng)一個(gè)預(yù)定延時(shí)則報(bào)警；

　　(2)

線路中任一相電流大于較大的整定值經(jīng)一個(gè)預(yù)定延時(shí)則啟動(dòng)關(guān)汽門(mén)。
2.2　靜穩(wěn)儲(chǔ)備不足報(bào)警
　　電廠對(duì)系統(tǒng)之間的靜態(tài)穩(wěn)定性受輸電線路運(yùn)行回?cái)?shù)、開(kāi)機(jī)方式及機(jī)組出力變化的影響，為了防止靜態(tài)穩(wěn)定破壞，設(shè)置靜穩(wěn)儲(chǔ)備監(jiān)視功能。當(dāng)靜穩(wěn)儲(chǔ)備不足時(shí)裝置報(bào)警。其判據(jù)為

　　(3)

其中，P_e為全電廠出力；P_emax為電廠送電的靜穩(wěn)極限，它是變化的，與開(kāi)機(jī)方式、線路投運(yùn)回?cái)?shù)等有關(guān)，需要實(shí)時(shí)計(jì)算；K_p為儲(chǔ)備系數(shù)，整定值。
2.3　暫態(tài)不穩(wěn)定的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與控制量實(shí)時(shí)計(jì)算
　　采用暫態(tài)能量函數(shù)法進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性的快速估計(jì)，取能量函數(shù)為

　　(4)

其中，P_T為機(jī)械功率；ω，δ為角速度和角度；δ_s為擾動(dòng)清除后的穩(wěn)定平衡點(diǎn)；P_E為電磁功率。它們與開(kāi)機(jī)方式、故障前運(yùn)行狀態(tài)，擾動(dòng)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑹欠袷┘涌刂频戎T多因素有關(guān)。
　　擾動(dòng)后系統(tǒng)能夠承受的臨界能量為

　　(5)

其中，δ_u為擾動(dòng)切除后系統(tǒng)的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。
　　當(dāng)擾動(dòng)清除時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)能量

　　(6)

其中，M為等值系統(tǒng)的慣性，當(dāng)V(t_c)≤V_cr時(shí)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。
　　假定擾動(dòng)前和擾動(dòng)清除后(不施加切機(jī)控制)的機(jī)械功率P_T不變，擾動(dòng)清除后系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢灶A(yù)知，式(5)的值可以在擾動(dòng)前實(shí)時(shí)計(jì)算。同理可以計(jì)算施加切機(jī)控制后不同的臨界能量V_cri，存儲(chǔ)以備事故后快速選擇切機(jī)方案使用。
　　這樣，在擾動(dòng)期間只需實(shí)時(shí)求解δ(t)，并逐步代入式(6)，獲得V(t)，并與所預(yù)想的擾動(dòng)清除后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的V_cr相比較，當(dāng)

V(t)≥V_cr(7)

時(shí)，發(fā)出暫態(tài)不穩(wěn)定的判別，實(shí)時(shí)選擇預(yù)算切機(jī)后V_cri，直至式(7)變符號(hào)。
　　可見(jiàn)暫態(tài)不穩(wěn)定的預(yù)測(cè)與控制必須將擾動(dòng)前預(yù)算和實(shí)時(shí)計(jì)算相結(jié)合，才能提高判別和控制的速度。由于實(shí)時(shí)計(jì)算δ(t)，對(duì)于故障的嚴(yán)重程度、有無(wú)過(guò)渡電阻、故障清除時(shí)間等因素做到自適應(yīng)，提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
2.4　動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的檢出
　　考慮機(jī)組在各種調(diào)節(jié)器下?lián)u擺后的不穩(wěn)定，同時(shí)作為暫態(tài)不穩(wěn)定控制的后備，設(shè)置動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定檢出，起動(dòng)系統(tǒng)解列。失步解列采用視在電阻軌跡運(yùn)動(dòng)判別原理，由于鐵嶺發(fā)電廠高壓母線到等值東北系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗小于到機(jī)組內(nèi)部E^′_d的等值阻抗，當(dāng)采用安裝在高壓母線上裝置的視在阻抗時(shí)，振蕩中心落在背側(cè)，動(dòng)作的正確性和靈敏性受到影響，為此采用補(bǔ)償法獲得等值電勢(shì)：

　　(8)

再使用

　　(9)

獲得測(cè)量電阻分量。它與系統(tǒng)功角的關(guān)系為

　　(10)

　　當(dāng)給定功角整定值δ_zd后，R_zd的大小與系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嚓P(guān)，因而R_zd的值在擾動(dòng)清除后實(shí)時(shí)計(jì)算。當(dāng)用式(9)計(jì)算出的視在電阻小于式(10)計(jì)算的整定值R_zd并滿足一定的邏輯關(guān)系時(shí)，判為失步檢出，起動(dòng)解列。

3　安全穩(wěn)定控制裝置的算法
3.1　用E^′_q表達(dá)的發(fā)電機(jī)功率方程
　　當(dāng)發(fā)電機(jī)X^′_d與X_q相差甚遠(yuǎn)且發(fā)電廠靠近系統(tǒng)的負(fù)荷中心時(shí)，為保證暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的精度，發(fā)電機(jī)須使用E^′_q恒定模型。但使用E^′_q模型后與網(wǎng)絡(luò)方程沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需在計(jì)算電流和功率時(shí)用一個(gè)d,q軸電抗相等的發(fā)電機(jī)，這個(gè)虛構(gòu)的發(fā)電機(jī)的電抗?jié)M足在相同的端電壓和角度時(shí)，有功、無(wú)功功率都和實(shí)際的發(fā)電機(jī)相等。圖2(a)的等值系統(tǒng)，當(dāng)取發(fā)電機(jī)的電抗為X_q時(shí)該條件滿足，虛構(gòu)發(fā)電機(jī)電勢(shì)為E_Q，含有E_Q，X_q的系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)如圖2(b)，矢量圖如圖2(c)。

圖2　等值系統(tǒng)圖

　　(11)

α₁₁,α₁₂分別為輸入阻抗Z₁₁、轉(zhuǎn)移阻抗Z₁₂阻抗角的余角。
　　則有功表示為

　　(12)

　　(13)

式中
　　
令δ′=δ-α₁₂，則
　　　　(14)
其中，A₁=AE^′2_q+BU²，A₂=CE^′_qU，A₃=DE^′_qU，A₄=EU²，A₅=FU²。
　　由式(13)可以看出，P_e既是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)A～F的函數(shù)，又是狀態(tài)量E^′_q，U,δ的函數(shù)，取決于等值系統(tǒng)參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。A～F只與線路參數(shù)和發(fā)變組有關(guān)，可進(jìn)行一次性計(jì)算存儲(chǔ)備用。A₁～A₅是與運(yùn)行狀態(tài)E^′_q，U，δ有關(guān)的系數(shù)，隨電力系統(tǒng)的潮流變化而更新。
3.2　系統(tǒng)等值參數(shù)及定值
　　系統(tǒng)等值參數(shù)及定值如圖3所示。使用《綜合計(jì)算程序》將不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎?可取最大潮流方式)的系統(tǒng)消減為只保留發(fā)電廠高壓母線節(jié)點(diǎn)的單機(jī)-無(wú)限大母線系統(tǒng)，而獲得多組Z_L，Z_n。不同方式下的多組Z_L，Z_n參數(shù)及發(fā)電機(jī)常數(shù)X_q，X^′_d，M以定值形式存入裝置。

圖3　等值參數(shù)及定值

3.3　開(kāi)機(jī)與線路投運(yùn)方式的判別
　　測(cè)量每臺(tái)發(fā)變組和每條線路的相電流，使用全周傅氏算法，當(dāng)電流值小于無(wú)電流定值時(shí)認(rèn)為該發(fā)電機(jī)或線路停運(yùn)，從而掌握等值系統(tǒng)的拓?fù)洹?br/>3.4　系數(shù)A～F的計(jì)算
　　首先計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌腪₁₁，Z₁₂

　　(15)

其中，X_M=X_q+X_T，計(jì)算等值參數(shù)時(shí)，X_M以發(fā)電機(jī)定值形式存入。然后利用式(13)對(duì)全部可能運(yùn)行方式下的A～F一次性計(jì)算并存儲(chǔ)。
3.5　系數(shù)A₁～A₅的計(jì)算
　　系數(shù)A₁～A₅與當(dāng)前潮流情況有關(guān)，利用A～F及式(14)計(jì)算當(dāng)前方式下及預(yù)想發(fā)生故障并網(wǎng)絡(luò)操作后對(duì)應(yīng)的A₁～A₅。A₁～A₅實(shí)時(shí)根據(jù)系統(tǒng)潮流情況刷新，刷新條件為系統(tǒng)功率波動(dòng)超過(guò)預(yù)定門(mén)坎值。
3.6　故障后預(yù)想?yún)?shù)的計(jì)算
　　根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)下已求得的高壓母線電壓U_M和聯(lián)絡(luò)線電流I_L得：

E_Q=U_M+jI_F(X_q+X_T)　　(16)
E′=U_M+jI_F(X^′_d+X_T)　　(17)

E^′_q與E_Q同相位，其長(zhǎng)度等于E′在E_Q上的投影；使用求點(diǎn)積的方法得到：

　　(18)

當(dāng)前運(yùn)行方式下的穩(wěn)定平衡點(diǎn)δ_s與不穩(wěn)定平衡點(diǎn)δ_u用牛頓迭代法進(jìn)行求取，令f(δ)=P_T-Pe₀,則方程f(δ)=0的解即為δ_s，δ_u。
　　迭代式

　　(19)

　　收斂條件為│δn+1-δ_n│≤ε
式中　f(δ)=P_T-(A₁+A₂sinδ-A₃cosδ-A₄sin2δ+A₅cos2δ)，f ′(δ)=-A₂cosδ-A₃sinδ+2A₄cos2δ+2A₅sin2δ。
3.7　臨界能量的預(yù)計(jì)算
　　取等值系統(tǒng)的能量函數(shù)為

　　(20)

對(duì)應(yīng)i種故障清除后網(wǎng)絡(luò)變化，求得每種網(wǎng)絡(luò)的臨界能量存儲(chǔ)。

　　(21)

式中　δ^s_i,δ^u_i分別為第i種故障清除后系統(tǒng)的穩(wěn)定和不穩(wěn)定平衡點(diǎn)；P_T，P_e分別為機(jī)械輸入和電磁輸出功率；R為故障清除后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆颉?br/>3.8　控制切機(jī)后臨界能量的預(yù)計(jì)算
　　預(yù)測(cè)出暫態(tài)不穩(wěn)定后要快速采取切機(jī)措施，為保證切機(jī)后穩(wěn)定，在故障前的實(shí)時(shí)潮流下要預(yù)先計(jì)算出各種故障清除、系統(tǒng)切機(jī)(大機(jī)、小機(jī))后的δ^s_i,δ^u_i,V_cri,計(jì)算方法同上。
3.9　網(wǎng)絡(luò)變化的預(yù)測(cè)與確認(rèn)
　　因?yàn)檠b置不使用繼電保護(hù)及開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號(hào)，每條線路前置機(jī)配置了相間和接地距離保護(hù)Ⅰ，Ⅱ段(特性與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作特性、整定值完全相同)。當(dāng)故障發(fā)生后，線路前置機(jī)快速計(jì)算距離特性，預(yù)測(cè)是否本線路將要跳閘。若是，送“將跳掉本線路”的信號(hào)給后臺(tái)機(jī)，后臺(tái)機(jī)使用跳開(kāi)該線路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕A(yù)測(cè)暫態(tài)穩(wěn)定。若測(cè)出故障在Ⅰ段外、Ⅱ段內(nèi)，則時(shí)刻監(jiān)視線路電流，待電流消失后，送本線路單相或三相跳閘信息給后臺(tái)機(jī)。其距離保護(hù)的算法與現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)保護(hù)一致，線路跳閘使用無(wú)電流判斷。
3.10　暫態(tài)不穩(wěn)定的預(yù)測(cè)
　　預(yù)測(cè)分為兩部分，其一為暫態(tài)不穩(wěn)定預(yù)估；其二為用逐步積分的方法進(jìn)行的暫態(tài)不穩(wěn)定實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。
3.10.1　暫態(tài)不穩(wěn)定預(yù)估
　　為了加快預(yù)測(cè)的速度，近似認(rèn)為故障至快速保護(hù)動(dòng)作切除故障期間(t_c1)，不平衡功率為常數(shù)，t_c1時(shí)刻功角變化量為

　　(22)

　　估計(jì)在清除故障時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)能量為

　　(23)

DV_pe函數(shù)中P_e是擾動(dòng)清除后發(fā)電機(jī)的功率方程式，如果線路前置機(jī)已算出在本線路上的故障，則P_e方程中的A₁～A₅用故障清除后本線路斷開(kāi)拓?fù)湎碌闹担蝗绻收显冖穸畏秶猓瑹o(wú)法預(yù)計(jì)是本線路將斷開(kāi)，則A₁～A₅取故障前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌闹怠＿@種快速預(yù)估在故障后約需45 ms,如果預(yù)估結(jié)果穩(wěn)定，轉(zhuǎn)入實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，跟蹤狀態(tài)變化及故障的發(fā)展。
3.10.2　實(shí)時(shí)暫態(tài)不穩(wěn)定預(yù)測(cè)
　　實(shí)時(shí)暫態(tài)不穩(wěn)定預(yù)測(cè)，采用逐步積分法。實(shí)時(shí)測(cè)量故障后每時(shí)段的不平衡功率ΔP_e(n)，并根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程，采用逐步積分求得每時(shí)段的角速度、功角變化量，n時(shí)段末的動(dòng)能、勢(shì)能：

　　(24)

n時(shí)段末的暫態(tài)能量

V_sys(n)=V_ke(n)+V_pe(n)　　(25)

取當(dāng)前拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的臨界能量來(lái)進(jìn)行同上的穩(wěn)定性判斷。
3.11　暫態(tài)不穩(wěn)定的控制——切機(jī)量的計(jì)算
　　當(dāng)計(jì)算出暫態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，就要計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻切機(jī)后系統(tǒng)所帶有的暫態(tài)能量，只有它小于切機(jī)后的臨界能量，切機(jī)后系統(tǒng)才是穩(wěn)定的。利用角度、角速度連續(xù)的特點(diǎn)，切機(jī)后瞬間等值系統(tǒng)暫態(tài)能量為

V_sys0+=V_ke0++DV_pe0+　　(26)

式中　
　　
0+表示切機(jī)后的量，0-表示切機(jī)前的量。在預(yù)計(jì)算部分已經(jīng)預(yù)算了在不同故障后預(yù)計(jì)方式下切發(fā)電機(jī)后功率曲線A₁～A₅及V_cr。用切機(jī)后的暫態(tài)能量與切機(jī)后的臨界能量比較，當(dāng)滿足

V_sys0+≤V_cri　　(27)

所對(duì)應(yīng)的切機(jī)方案就是要執(zhí)行的方案，否則依次查找。
3.12　利用視在電阻的失步檢出算法及解列控制
　　動(dòng)穩(wěn)計(jì)算如圖4所示，直接測(cè)量和計(jì)算出的母線等值正序電壓U和電流I后，聯(lián)絡(luò)線電流為

　　(28)

圖4　動(dòng)穩(wěn)計(jì)算示意

　　Z₁可由定值中X_q,Z_if,Z_ij進(jìn)行星-三角變換得到，E′可由(29)式補(bǔ)償求得，之后可求得視在電阻：

　　(29)

　　(30)

　　裝置只考慮超前失步檢測(cè)，故滿足m次，超前檢測(cè)起動(dòng)：

R_J(k)<R_J(k-1)　　(31)

滿足n次，判動(dòng)穩(wěn)超前失步檢出：

　　(32)

　　考慮到重合閘合于故障時(shí)，測(cè)量到短路阻抗對(duì)于失步檢測(cè)的影響，使用突變進(jìn)行閉鎖至故障再切除后開(kāi)放

　　(33)

　　失步檢出原理如圖5所示。

圖5　失步檢出原理示意

3.13　靜態(tài)監(jiān)視算法
　　靜態(tài)時(shí)裝置監(jiān)視靜穩(wěn)儲(chǔ)備情況，判據(jù)為

P_e>K_pP_emax

滿足時(shí)，判為靜穩(wěn)儲(chǔ)備不足。P_e為實(shí)時(shí)計(jì)算得電磁功率；K_p為整定系數(shù)，即靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)；P_emax為由A₁～A₅決定的功率曲線的最大值，由當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼斑\(yùn)行方式?jīng)Q定，隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜?shí)時(shí)更新。

　　(34)

考慮到裝置實(shí)時(shí)計(jì)算的速度要求，對(duì)上式進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。式中各系數(shù)有如下關(guān)系：A₃，A₅A(yù)₂，A₄，故略去A₃，A₅兩項(xiàng)。P_e表達(dá)式變?yōu)?/span>

P_e=A₁+A₂sin(δ′)-A₄sin(2δ′)　　(35)

取得最大值的條件為

　　(36)

令X=cosδ′,可得：

　　(37)

　　(38)

4　結(jié)論
　　(1) 介紹了一套模塊式的穩(wěn)定控制裝置。
　　(2) 提出了一套單機(jī)率先失步下的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備不足，暫態(tài)不穩(wěn)定快速預(yù)測(cè)與控制量實(shí)時(shí)計(jì)算以及失步檢出的原理。
　　(3) 建立了一套自動(dòng)適應(yīng)方式、運(yùn)行狀態(tài)、故障類型變化的計(jì)算方法。
　　(4) 做到了安全穩(wěn)定控制裝置不再依賴于繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)而獨(dú)立工作，便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介： 張保會(huì)(1953-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的研究；
　　　　　閻海山(1974-)，男，碩士，從事微機(jī)線路保護(hù)的開(kāi)發(fā)和研究工作；
　　　　　錢(qián)國(guó)明(1973-)，男，碩士，從事微機(jī)線路保護(hù)的開(kāi)發(fā)和研究工作。

作者單位：張保會(huì)　西安交通大學(xué)電氣學(xué)院，陜西　西安　710049
　　　　　閻海山，錢(qián)國(guó)明　南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠，江蘇　南京　210003
　　　　　陶家琪，王　鋼　東北電網(wǎng)調(diào)度通信中心，遼寧　沈陽(yáng)　110006

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