基于廣域測(cè)量信息的電力系統(tǒng)解列研究.pdf

1、自2003年8月14日的北美“8.14”大停電后，世界范圍又發(fā)生了多次大停電。這些觸目驚心的大停電事故引起了世界各國(guó)從事電力生產(chǎn)和科研的專家的重視。所有國(guó)內(nèi)外重大事故的產(chǎn)生，幾乎都是由系統(tǒng)失去穩(wěn)定而擴(kuò)大，從而發(fā)展為災(zāi)害性后果的。是否考慮失去穩(wěn)定后的對(duì)策，對(duì)電力系統(tǒng)的安全有極其重要的影響。長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明，不管對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求如何嚴(yán)格、措施如何完善，總可能因一些事先不可預(yù)計(jì)的各種偶然因素相互疊加，產(chǎn)生穩(wěn)定破壞事故，而過分提高對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定

2、性的要求需要大量的投資。一個(gè)較弱而有措施準(zhǔn)備的系統(tǒng)，將會(huì)比一個(gè)較強(qiáng)而無措施準(zhǔn)備的系統(tǒng)有較好的運(yùn)行效果。因此，對(duì)電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的控制措施的研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)。 在我國(guó)，當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)的影響而失去同步時(shí)，失步解列作為防止系統(tǒng)崩潰的最后一道防線得到了廣泛的應(yīng)用。但目前大多數(shù)失步解列裝置的動(dòng)作是基于就地信息，其判據(jù)僅能反映一類或幾類失步特性，并且實(shí)際應(yīng)用中多套裝置的配合也很困難。另外，大多數(shù)判據(jù)都是針對(duì)等值兩機(jī)系統(tǒng)的，對(duì)于

3、多頻失步振蕩，目前的方法在失步振蕩判據(jù)和解列點(diǎn)選擇上都將失效。 研究解列問題主要解決“何時(shí)”在“何處”解兩個(gè)方面的問題。文獻(xiàn)提到的解列時(shí)機(jī)，有的直接考慮時(shí)間，有的考慮振蕩周期數(shù)，而沒有考慮系統(tǒng)頻率等參數(shù)的運(yùn)行限制以及解列后各個(gè)孤島能否保持穩(wěn)定等關(guān)鍵問題。解列割集搜索問題是一個(gè)NP-hard問題，必須用啟發(fā)式方法求解，現(xiàn)有方法計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，難以滿足在線應(yīng)用要求。研究著眼于整個(gè)系統(tǒng)的振蕩解列地點(diǎn)，研究易于保持解列后各孤島穩(wěn)定的解列時(shí)機(jī)

4、，以及研究保持孤島穩(wěn)定的控制措施是非常必要的，也是十分緊迫的。 本文將電力系統(tǒng)用一個(gè)節(jié)點(diǎn)-權(quán)重圖來表示，在此基礎(chǔ)上結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，將機(jī)組的失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為子區(qū)域的失穩(wěn)。利用廣域測(cè)量系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息，可以在線識(shí)別失穩(wěn)區(qū)，搜索解列割集，自適應(yīng)地確定解列時(shí)機(jī)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下： 1.提出了一種基于電力系統(tǒng)分區(qū)調(diào)度與機(jī)組同調(diào)分群的電力系統(tǒng)分區(qū)方法。在電力系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行工況下，設(shè)置預(yù)想事故，根據(jù)機(jī)組

5、的搖擺曲線對(duì)機(jī)組進(jìn)行同調(diào)分群，一個(gè)調(diào)度區(qū)的發(fā)電機(jī)可能屬于一個(gè)同調(diào)群，也可能分為兩個(gè)或多個(gè)同調(diào)群。結(jié)合分區(qū)與分群結(jié)果，將系統(tǒng)機(jī)組分為盡量多的機(jī)群，系統(tǒng)分區(qū)數(shù)與機(jī)群數(shù)相對(duì)應(yīng)。從各機(jī)群節(jié)點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)鄰接關(guān)系，利用廣度優(yōu)先搜索方法將系統(tǒng)的非發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)分到與各機(jī)群對(duì)應(yīng)的子區(qū)域中去。一個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)被分為一系列子區(qū)域，各子區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)同調(diào)，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)為各子區(qū)域的核心節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)為其外層節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用該方法對(duì)山東實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行了仿真分析。 2.

6、提出了一種基于系統(tǒng)分區(qū)的失步解列割集搜索算法。電力系統(tǒng)失穩(wěn)后，根據(jù)廣域測(cè)量信息可以確定失穩(wěn)機(jī)群，失穩(wěn)機(jī)群所在的子區(qū)域?yàn)槭Х€(wěn)子區(qū)域。相鄰的失穩(wěn)子區(qū)域構(gòu)成失穩(wěn)區(qū)，搜索解列割集時(shí)，一次只考慮將一個(gè)失穩(wěn)區(qū)解列。失穩(wěn)區(qū)中與剩余區(qū)有支路直接相連的子區(qū)域?yàn)槭Х€(wěn)區(qū)邊界。搜索失穩(wěn)區(qū)邊界與剩余區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線即得解列割集。 網(wǎng)絡(luò)的割集搜索問題是一個(gè)NP-hard問題，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)后，搜索解列割集時(shí)就不需要搜索子區(qū)域內(nèi)部的大量支路，從而減小了搜索

7、空間；再加上電力系統(tǒng)高度稀疏的特點(diǎn)，用該方法進(jìn)行解列割集搜索的計(jì)算量與失穩(wěn)區(qū)非發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)成正比，大大降低了電力系統(tǒng)割集搜索問題的計(jì)算復(fù)雜度。以1318節(jié)點(diǎn)、134機(jī)山東省實(shí)際系統(tǒng)為例說明該算法搜索速度快、計(jì)算時(shí)間短，可滿足在線應(yīng)用要求。 3.提出了一種自適應(yīng)解列時(shí)機(jī)確定方案。用發(fā)電機(jī)角頻率和角頻率的變化率來衡量機(jī)組受系統(tǒng)振蕩影響的程度，提出系統(tǒng)應(yīng)該在發(fā)電機(jī)所受的沖擊影響還能夠被解列、減載等措施抵消前解列。當(dāng)機(jī)組間最大相對(duì)搖擺角

8、差大于某一設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)可能失穩(wěn)，搜索將“可能失穩(wěn)區(qū)”解列的解列割集。根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率限制，從機(jī)組角頻率角度提出了自適應(yīng)解列時(shí)機(jī)確定方案?？紤]到解列操作需要時(shí)間，當(dāng)判定系統(tǒng)可能失穩(wěn)時(shí)，如果機(jī)組當(dāng)前角頻率或此后0.1s的角頻率預(yù)測(cè)值滿足設(shè)定條件，系統(tǒng)可以先于失步時(shí)刻解列。若系統(tǒng)已失穩(wěn)，根據(jù)發(fā)電機(jī)組電流、樞紐變電站電壓和機(jī)組的角頻率決定何時(shí)實(shí)施解列。如果失穩(wěn)系統(tǒng)不滿足上述的解列條件，仍可以短時(shí)異步運(yùn)行。采取必要控制措施后，若系統(tǒng)不能恢

9、復(fù)同步，運(yùn)行一定時(shí)間后解列。對(duì)新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和山東電網(wǎng)實(shí)例的仿真表明，根據(jù)本文提出的解列時(shí)機(jī)實(shí)施解列，再輔助以合適的控制措施可保持孤島穩(wěn)定。 4.針對(duì)待解列區(qū)域有功缺額較大的情況，總結(jié)出一種解列連鎖切負(fù)荷，并配合低頻或低壓減載的綜合控制措施。分析了振蕩過程中和解列后缺乏有功的孤島的頻率變化特點(diǎn)，指出對(duì)有些缺乏有功的孤島，在解列后的最初一段時(shí)間內(nèi)，孤島的頻率可能上升，故基于低頻的控制措施將失效；并且當(dāng)孤島的有功缺額較大

10、時(shí)，孤島機(jī)組頻率可能升高到頻率上限。對(duì)待解列區(qū)域有功缺額較大，且仿真表明解列后該區(qū)域頻率會(huì)異常升高的情況，給出了解列連鎖切負(fù)荷措施。解列的同時(shí)切除一定比例的負(fù)荷，以改善孤島的電壓水平，增加發(fā)電機(jī)的功率輸出，限制解列后最初一段時(shí)間內(nèi)孤島的頻率值，使之不越限。過了最初的一段時(shí)間后，若孤島頻率下降，當(dāng)下降到一定值時(shí)，低頻減載裝置動(dòng)作切除部分負(fù)荷；如果孤島的電壓水平仍然低，也可由低壓減載裝置切除部分負(fù)荷。針對(duì)山東電網(wǎng)實(shí)例，比較了直接解列形成的孤