基于廣域測(cè)量信息的失步解列判據(jù)與控制方案研究.pdf

1、電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到國(guó)家安全、社會(huì)穩(wěn)定與人民安居。然而，受到自身原因和外部干擾的影響，在電力系統(tǒng)中事故時(shí)有發(fā)生，特別是造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞和不可控惡性連鎖反應(yīng)的故障，不但使電力企業(yè)本身蒙受經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)電力用戶乃至整個(gè)社會(huì)都會(huì)造成嚴(yán)重的影響。因此，保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，防止大面積停電事故的發(fā)生是電力系統(tǒng)所面臨的一項(xiàng)迫切而重大的任務(wù)。失步解列控制作為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施，是防止電網(wǎng)崩潰

2、的重要手段。當(dāng)互聯(lián)電力系統(tǒng)之間發(fā)生失步振蕩時(shí)，采取合理的解列控制方案，可以有效地防止事故的蔓延，以免系統(tǒng)大停電事故的發(fā)生。但是，不合理的解列往往給系統(tǒng)帶來(lái)更大的混亂，促使系統(tǒng)崩潰。
　　 各國(guó)電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐表明：針對(duì)安全穩(wěn)定破壞事故，無(wú)論采取如何嚴(yán)密的防范措施，都難以完全避免，尤其對(duì)于由多種不可預(yù)計(jì)的偶然因素疊加而導(dǎo)致的事故更是防不勝防。針對(duì)小概率的罕見(jiàn)事故，在防御措施上，應(yīng)從防止事故發(fā)生向提高事故后的處置能力傾斜，最大程度

3、地減少事故危害。當(dāng)安全穩(wěn)定破壞事故發(fā)生之后，如何阻止事故的擴(kuò)大與發(fā)展，盡可能減少對(duì)用戶的不良影響，并為電力系統(tǒng)恢復(fù)提供有利的條件，是事故處置方案應(yīng)予以解決的問(wèn)題。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)而失去同步時(shí)，恰當(dāng)?shù)慕饬写胧┠軌驅(qū)⑾嗷ナР降母鞑糠謹(jǐn)嚅_(kāi)，阻止事故蔓延，減少停電范圍，防止系統(tǒng)崩潰。因此，失步解列方案是常規(guī)安全穩(wěn)定控制與保護(hù)措施的堅(jiān)強(qiáng)后備。失步解列的關(guān)鍵是能夠在系統(tǒng)被動(dòng)解列之前，準(zhǔn)確、及時(shí)地把系統(tǒng)解列為若干個(gè)各自保持同步運(yùn)行的子系統(tǒng)。目前，

4、電力系統(tǒng)所采用的各種失步解列方案存在若干問(wèn)題，包括：1)基于等值兩機(jī)系統(tǒng)模型，不能準(zhǔn)確地刻畫大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的失步特點(diǎn)；2)采用單端測(cè)量捕捉失步中心，不能跟蹤失步振蕩中心的轉(zhuǎn)移；3)難以適應(yīng)運(yùn)行方式與故障形態(tài)的變化，對(duì)未知的失步模式不能可靠地響應(yīng)。
　　 針對(duì)上述問(wèn)題，本文在分析電力系統(tǒng)失步后的電氣量變化特征與比較多種現(xiàn)有失步解列方案的基礎(chǔ)上，提出了基于廣域測(cè)量信息的失步解列判據(jù)與控制系統(tǒng)方案。所提出的解列判據(jù)與方案，采用多端

5、量測(cè)量，能夠準(zhǔn)確地跟蹤失步振蕩中心、識(shí)別系統(tǒng)失步狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行方式與故障形態(tài)的變化具有較好的自適應(yīng)性，對(duì)不同的失步模式可靠地響應(yīng)。所采用的分層分布控制結(jié)構(gòu)計(jì)及了大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。論文主要的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.提出了一種基于PMU量測(cè)量的改進(jìn)失步判據(jù)。基于單端量的ucosψ判據(jù)可以根據(jù)振蕩中心電壓的變化規(guī)律來(lái)區(qū)分失步振蕩、同步振蕩和短路故障。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)失步時(shí)各電氣量變化規(guī)律和振蕩中心特征的

6、分析，可知當(dāng)系統(tǒng)可以等值為幅值相等的兩機(jī)系統(tǒng)且各處阻抗角一致時(shí)，ucosψ實(shí)質(zhì)上反映了系統(tǒng)振蕩電壓的最低值。但是，當(dāng)?shù)戎档膬蓹C(jī)系統(tǒng)幅值不相等時(shí)，有可能出現(xiàn)ucosψ沒(méi)有物理意義的情況，從而無(wú)法確定失步振蕩中心位置。利用PMU測(cè)量的聯(lián)絡(luò)線兩端電壓相角差，輔助識(shí)別系統(tǒng)的失步狀態(tài)，確定失步振蕩中心的位置，彌補(bǔ)基于單端量的ucosψ判據(jù)的不足。
　　 對(duì)新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和山東電網(wǎng)進(jìn)行仿真。利用同調(diào)分群結(jié)果設(shè)置解列點(diǎn)，執(zhí)行基于P

7、MU量測(cè)量的改進(jìn)失步判據(jù)，識(shí)別系統(tǒng)的失步狀態(tài)。仿真結(jié)果表明該改進(jìn)失步判據(jù)準(zhǔn)確地跟蹤失步振蕩中心，識(shí)別系統(tǒng)失步狀態(tài)。
　　 2.提出了一種適用于系統(tǒng)斷面的自適應(yīng)復(fù)合解列判據(jù)。系統(tǒng)從遭受擾動(dòng)后發(fā)生搖擺到失步是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，各種參數(shù)在不同階段的特性不同，不同的判據(jù)各有利弊。可用不同的判據(jù)構(gòu)成復(fù)合判據(jù)，互為補(bǔ)充，揚(yáng)長(zhǎng)避短。將系統(tǒng)按失步斷面解列是一種有效的方法，它的優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)不同的失步模式按不同的失步斷面解列。在分析電力系統(tǒng)失步振蕩過(guò)

8、程和各種失步解列判據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于失步斷面的自適應(yīng)復(fù)合解列判據(jù)。該復(fù)合判據(jù)不僅利用主判據(jù)ucosψ反映振蕩中心電壓的變化規(guī)律，而且以動(dòng)作特性獨(dú)立于振蕩中心位置的電流變化量作為輔助判據(jù)，可及時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)是否失步。主判據(jù)與輔助判據(jù)相輔相成，可靠地實(shí)施解列。
　　 以山東電網(wǎng)為例進(jìn)行仿真。根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度分層、分區(qū)的特點(diǎn)，依照調(diào)度分區(qū)在線搜索解列斷面，即在線搜索失穩(wěn)部分與剩余部分之間的聯(lián)絡(luò)線。利用PMU測(cè)量解列斷面的多端信息

9、，把基于單端量針對(duì)等值兩機(jī)系統(tǒng)單一線路ucosψ判據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)失步狀態(tài)判據(jù)。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)斷面復(fù)合判據(jù)對(duì)運(yùn)行方式與故障形態(tài)的變化具有較好的自適應(yīng)性，可靠地響應(yīng)復(fù)雜多機(jī)系統(tǒng)的失步模式，準(zhǔn)確性高。
　　 3.提出了一種基于廣域測(cè)量信息的失步解列控制系統(tǒng)方案。在對(duì)現(xiàn)有失步解列方案和電力系統(tǒng)分層分區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)失步解列措施的協(xié)調(diào)與配合進(jìn)行了探討，指出目前存在的主要問(wèn)題，提出了一種基于廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)和多Agent的

10、失步解列控制系統(tǒng)方案，著重解決多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的復(fù)雜失步模式。該控制系統(tǒng)采用分層分布結(jié)構(gòu)，由控制中心層、區(qū)域控制層和就地執(zhí)行層三層協(xié)調(diào)合作，完成失步解列控制的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。控制中心層收集和處理涉及全系統(tǒng)的綜合信息，識(shí)別整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，搜索解列斷面，識(shí)別區(qū)域系統(tǒng)之間的失步振蕩，與緊急控制措施協(xié)調(diào)，并將有關(guān)運(yùn)行方式的信息和解列控制方案下傳到區(qū)域控制層和就地執(zhí)行層。根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)分成若干區(qū)域，而區(qū)域

11、控制層包括若干區(qū)域控制子站，負(fù)責(zé)采集區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行信息，進(jìn)行失步斷面的協(xié)調(diào)優(yōu)化和斷面的失步狀態(tài)識(shí)別，并把必要的信息向就地執(zhí)行層傳送；就地執(zhí)行層有若干本地解列子站，采集就地信息，實(shí)施傳統(tǒng)的就地解列控制，同時(shí)也可以從主站接收實(shí)時(shí)的解列控制策略和正確的解列裝置動(dòng)作信息。從而實(shí)現(xiàn)各層次既能相對(duì)獨(dú)立工作又能協(xié)調(diào)一致的分層解列控制方案，較好地解決大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的解列控制問(wèn)題。
　　 針對(duì)新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和“三華“電網(wǎng)進(jìn)行仿真，