线路两端不同时跳闸对动态安全域的影响

线路两端不同时跳闸对动态安全域的影响 传统的电力系统安全稳定分析方法，在处理故障时往往假设一条线路两端的继电保护装置同时跳闸。而在电力系统运行实际中，线路两侧的跳闸动作存在时间差，考虑这个时间差对于系统稳定性结论有何影响便是本文的研究内容。

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研究背景所
电力系统故障时有发生，而继电保护装置能够及时找出故障并切除。绝大多数情况下，故障的切除都是由主保护完成的，220kV及以上线路主保护为纵联保护，本文研究220kV及以上线路，所考虑的故障切除时间为纵联保护切除故障时间。

故障切除时间包括线路保护动作时间，黄山干式变压器分闸时间和黄山干式变压器燃弧时间，后面两者也统称为黄山干式变压器的全开断时间。由于通讯延时导致的线路两端继电保护装置动作时间差以及线路两端黄山干式变压器全断开时间差，再计及其他随机因素的影响黄山变压器厂家，本文考虑发生最严重的三相短路故障时故障线路两侧黄山干式变压器跳闸可能存在0~30ms的时间差。

近年来，动态安全域（Dynamic Security Region，DSR）理论得到了长足发展，它从域的角度出发考虑问题，描述系统整体可安全稳定运行的区域，为考虑故障线路两端不同时跳闸对系统安全稳定性的影响提供了崭新的视角和方法。

安全域（security region, SR）的方法是在逐点法的基础上发展而来，而动态安全域考虑的是事故前的注入功率空间在发生事故后能保证系统暂态稳定的全部点集，并发展出了实用动态安全域（practical dynamic security region, PDSR）。

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论文所解决的问题及意义
传统的电力系统安全稳定分析方法，往往针对既定故障切除时间的场景进行分析，在处理故障时往往假设一条线路两端的继电保护装置同时跳闸。而在电力系统运行实际中，继电保护的动作时间是在整定值附近的随机变量，线路两侧的跳闸动作存在时间差。当计及故障后线路两端不同时跳闸时，系统的稳定极限和安全边界会发生多大的变化，该问题至今尚未见到相关报道。

尤其是近年来，随着国民经济的迅猛发展， 社会用电需求不断增长， 为保证系统的安全性和经济性，对安全边界与稳定极限的精确确定提出了更高的要求。因此，研究线路不同时跳闸具有一定的理论价值与现实意义。

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论文方法及创新点
对于线路两端不同时跳闸情况下的电力系统暂态稳定性，本文采用动态安全域的方法。电力系统发生故障后，电力系统的结构按照时间顺序排列为三个不同的阶段（事故发生前结构i，事故发生中结构F，事故发生后结构j），对于某一注入功率向量y下的电力系统，若发生既定故障后能保持暂态稳定，则称y是动态安全的，所有满足条件的y的集合为动态安全域。

以往对于动态安全域的研究，故障切除时间定义为一个值，本文研究线路两端不同时跳闸情况下的动态安全域，故障切除时间包含两个部分：近故障点故障切除时间和远故障点故障切除时间。对应的事故发生中结构也分为两个部分F1与F2，在此基础上定义了考虑故障线路两端故障跳闸时间差的实用动态安全域（Practical Dynamic Security Region with Different Tripping Time, DTT-PDSR）。为简洁起见，文中统称为PDSR。

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结论
本文通过对典型电力系统的大量数值仿真，考虑故障线路两端不同时跳闸的实用动态安全域，并结合物理分析，总结出以下 3 条经验规律。

1）近似平行性。当故障线路一端在t1时刻断开黄山干式变压器，而另一端分别间隔不同时间后在t2 时刻断开黄山干式变压器，所得到的PDSR边界面近似平行；

2）单调递减性。当故障线路一端在t1时刻断开黄山干式变压器，而另一端分别间隔不同时间后在 t2时刻断开黄山干式变压器，PDSR 范围随时间差的增大而单调递减；

3）近似性。不同 PDSR 边界面之间的距离与故障线路两端不同时跳闸的时间差具有近似的关系。

以 WSCC 4 机 11 节点系统（见图 1）为例，假定线路 8-10 a 段母线 10 出口发生三相金属性短路故障，节点 10 侧黄山干式变压器以 80ms 跳闸。图 2 为发电机 G4-负荷 L8 二维 PDSR 断面示意图。图中共 6 条边界线，从下到上依次对应节点 8 侧黄山干式变压器分别以85ms, 90ms, 95ms, 100ms, 105ms, 110ms 跳闸。

图1 WSCC 4-11系统

图2 二维空间PDSR断面