基于响应电力体系暂态稳固化实时判别与管控技术研究

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1、基于响应电力体系暂态稳固化实时判别与管控技术研究第一章绪论1.1选题的背景和意义电力工业是关系国计民生的支柱产业，电力系统的安全稳定运行对国家能源安全及社会经济发展具有重要意义。随着我国经济的快速增长，对电力的需求和依赖日益增强，与此同时电网也步入了快速发展的轨道。目前，全国己形成若干个同步电网⑴，根据国家电网公司规划，十二五期间将形成以三纵三横特高压交流和14回特高压直流为骨千网架的三华交直流互联电网，西北电网与三华电网之间、东北电网与三华电网之间将通过大规模直流互联。大规模交直流互联电力系统的发展，有效缓解了电力的供需矛盾，同时也给电力系统安全稳定运行带来更大

2、的挑战，尤其对电力系统暂态稳定分析及其控制策略提出了更高要求。电力系统暂态稳定分析是研究电力系统受到故障扰动后，电力系统的动态行为和保持稳定运行的能力[2]，是改善和保证电力系统稳定运行最有效、最基本的手段之一。大规模互联电力系统能充分利用地域上广泛分布的各种自然资源，实现大范围资源优化配置，减少系统的装机容量和投资，提高系统运行的经济性，并能在故障时增强系统中各区域电网间的相互支撑能力，提高供电的可靠性。但同时，系统的互联使得区域内部省网之间、区内和区外电网之间、交直流之间的相互作用显著增强，电力系统的动态特性更加复杂多变。远距离、大容量、多回路交直流电力传输，

3、使得互联电网的地域分布范围十分广泛，传统的基于就地信息的暂态稳定分析与控制手段难以保证互联电网的安全稳定运行，需要从系统整体的角度进行分析，研究具有广域协调能力的稳定控制策略。.1.2广域测量系统的发展现状S系统主要由分布于系统各处的子站、位于监控中心的主站以及联系两者的高速通信网络组成。子站主要是基于PMU装置实现系统状态量的同步测量，主站主要是实现数据的存储、转发、分析等功能，高速通信网络实现二者之间数据的实时交换。早期S系统主要集中在设备级的研究上，如测量装置的功能、PMU装置的优化配置、主站的结构设计等方面[13-17]。随着计算机、通信和自动化技术的发展

4、，S系统主要侧重于系统级的应用，如系统的可靠性、风险评估、建模与仿真、测试方法以及系统建设的规范和标准等[18_22]。相量测量单元的研究起源于20世纪80年代美国弗吉尼亚理工与州立大学，1993年商业化产品问世，并于1994年在美国U的相关研究工作起步于1994年，1995年中国电力科学研究院与台湾欧华公司合作，共同研制了国内第一台相量测量装置，并安装在南方电网500kV天广联络线上。PMU装置的测量功能关键在于相角和功角的测量上，其它量的测量如电压幅值、电流幅值等与传统装置无异。相角测量的方法主要有过零检测法和傅里叶变换法，其中前者测量的实时性较高，后者测量的

5、精度较高。功角测量的方法主要有间接测量法和直接测量法，直接测量法的精度较高，但实施困难。目前，国外PMU装置实际上只测量相角，国内部分PMU装置能测量功角和相角。第二章暂态稳定的动态特征信息提取研究2.1引言暂态稳定是电力系统稳定性研究的一个方面，国内外对电力系统稳定性的定义和分类并不完全相同。IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组于2004年给出了新的电力系统稳定定义和分类报告[8e],如图2-1所示。从图中可知，IEEE/CIGRE的稳定分类主要是基于失稳的物理特性、系统受扰严重程度和稳定研究的时间范围来划分的。其中暂态稳定是指大干扰功角稳定，表现形式为非周期

6、失稳和振荡失稳两种形式。两者研究的时间框架不同，前者为扰动后的3-5s时间，后者需延长到扰动后的10-20s时间。由上图可知，《电力系统安全稳定导则》将功角稳定分为四个子类，即静态稳定、小干扰动态稳定、暂态稳定及大干扰动态稳定。其中，暂态稳定主要涉及受扰系统在第一、二摇摆过程中的功角稳定性，主要是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力[2]。暂态功角稳定分析的目的是确定系统的暂态稳定极限及可釆取的稳定控制措施，其物理特性是与同步力矩相关的暂态稳定性。通常暂态稳定的

7、研究模型可用一组非线性微分-差分-代数方程来表示，微分方程组反映了电力系统中动态元件的动力学行为，差分方程组反映系统中元件的离散动作，代数方程组反映电力系统中动态元件之间的相互作用及网络的拓扑约束[81]。在暂态稳定分析中，由于电力系统的复杂性，为了方便问题的研究，通常从简单系统的暂态稳定问题入手，来研究多机系统的暂态稳定问题。.2.2简单系统的暂态稳定机理本章从简单系统的运动方程出发，分析了暂态稳定的物理过程及基于等面积法则的暂态稳定控制量化计算方法。在此基础上，研究了复杂多机系统的暂态功角稳定特性。结合实时量测的系统受扰轨迹，基于暂态稳定机理，提取了能反映系统

8、受扰后暂态