电力体系分布型动态状态估计分析

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1、电力体系分布型动态状态估计分析第1章绪论1.1课题的研究背景和意义电力是国家社会发展的重要能源形式，在国民经济的可持续发展中起着无法替代的重要作用。电力系统的安全稳定运行对保证社会经济持续快速发展以及社会稳定至关重要。随着我国电力需求的迅猛增长，西电东送、南北互供以及全国联网的实施，一个超大规模的全国互联电网己经形成。在电网规模不断扩大的同时，我国电网中大规模新能源的不断接入，电力电子设备以及各种储能设备大量增加，又极大地增加了电网的复杂度。同时，随着电力工业市场化改革的不断深入，电力企业为了追求更高的经济效益，充分挖掘现有电网的输

2、电潜力，使得电力系统不断接近运行极限。最终导致了复杂大电网的安全稳定控制难度极大增加。近些年来，不少国家都发生了由于系统故障后，电网稳定性遭到破坏而导致的大停电事故1996年美国西部9个州发生断电事故，导致空中和地面交通混乱、工厂停产、400万人生活受到影响；2003年美加大停电影响地区达到24000平方公里，人数达5千万；2012年印度大停电受影响人数达到3.7亿，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。我国电网已经发展成为一个高度互联、多种能源形式并存的大规模复杂电网，故障处理不当容易发生蔓延，后果严重。电力系统的故障难以避免，但

3、是如果能够在故障后机电暂态过程中及时准确地对系统动态过程进行监测，并采取及时有效的控制策略，就可以有效防止故障的进一步扩大，从而避免大停电事故的发生。.1.2动态状态估计总体研究思路在电力系统稳态运行过程中，断路器状态不会发生改变，网络拓扑结构己知。因此，可以在调度中心基于网络拓扑约束进行集中式状态估计。而当系统发生故障后，在保护装置的作用下，断路器会迅速动作，将故障线路从系统中隔离，自动重合闹装置还可能进行一次或多次重合。该过程结束后，系统中断路器将不再动作，系统拓扑结构也不会再发生改变，电力系统进入机电暂态过程。在系统故障的持续

4、期间，主要由保护装置和自动重合闸装置作用于断路器，系统拓扑结构会不断发生改变，控制设备难以实施有效的控制措施。而在机电暂态过程中，故障线路已经从系统中切除，断路器状态不会发生改变，监控设备能够对机电暂态过程进行监测并采取及时有效的控制措施，从而保证电力系统的安全稳定运行。因此，电力系统动态状态估计就是研究系统机电暂态过程状态估计问题。在系统故障后的机电暂态过程中，网络拓扑结构改变，难以实时获得，传统的基于网络拓扑约束的集中式状态估计已经不再可行。因此，需要分别在发电厂和变电站内进行状态估计，将状态估计结果以及断路器的真实状态上送至调

5、度中心进行全系统状态估计，即分布式状态估计总体架构，如图1-1所示。第2章分布式发电机动态状态估计2.1引言PMU能够直接测量发电机功角，然而，作为一种量测设备，PMU难免存在随机误差和不良数据，这会对PMU的应用造成不良影响。因此，需要研究系统故障后的机电暂态过程中基于PMU的分布式发电机动态状态估计。本章提出了一种机电暂态过程中分布式发电机动态状态估计方法。由于机电暂态过程中发电机机械转矩在调速器作用下会发生改变，因此，基于发电机四阶动态方程建立了计及调速器作用的发电机动态状态估计模型；提出了一种系统噪声误差方差的计算方法；给出

6、了基于无迹卡尔曼滤波算法的发电机动态状态估计方法。将所提出的动态状态估计方法应用于IEEE9节点测试系统和IEEE39节点测试系统，通过计算滤波系数和估计误差总方差，结果表明本章提出的发电机动态状态估计方法能够有效滤除PMU量测中的随机误差，并且估计精度高于机械转矩恒定的发电机动态状态估计方法。同时，算法能够满足机电暂态过程动态状态估计实时性的需求，具有一定现实意义。2.2分布式发电机动态状态估计总体框架电力系统发生故障后，网络拓扑结构改变，难以实时获得；系统节点电压会发生突变，不易预测。因此，传统的基于网络拓扑约束的状态估计已经不

7、再可行。针对该问题，利用PMU对发电机出口电压相量进行直接测量，不必基于网络拓扑约束对出口电压相量进行计算，从而实现发电机和外部网络解稱。同时，由于发电机转子具有的内在巨大惯性以及磁通不能发生突变的特性，在系统机电暂态过程中，发电机状态量不会发生突变，并且满足发电机动态方程的约朿。因此，可以选定发电机状态量作为动态状态估计的状态变量X，利用发电机动态方程对状态变量进行预报，通过PMU量测对状态量预报值进行滤波，从而达到滤除PMU量测随机误差的作用。当系统发生故障，继电保护将故障从网络切除，电网拓扑结构发生变化，导致系统潮流发生突变。

8、因此，在系统机电暂态过程中，发电机输出的电磁转矩与机械转矩不再平衡。在转矩差的作用下转子转速发生改变，同时，调速器根据转子转速的变化调整机械转矩。近年来，随着计算机技术的不断发展，电液调节等新的控制技术的出现使得调速器的响应速度越来越