电力体系暂态稳固约束预防控制算法研究

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1、电力体系暂态稳固约束预防控制算法研究第一章绪论1.1研究背景与意义随着电网规模的不断扩大，区域间联络线和远距离大容量输电系统不断增加，使得电网的结构、运行方式和系统的动态行为变动曰益复杂，电网的安全稳定问题变得尤为重要。为保证电网的安全稳定运行，国家电网公司编制《国家电网公司十一五科技发展规划》和《大电网安全关键技术研究框架》等，确定了未来较长一段时间的科研攻关项目和研究目标。《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级标准：在单一故障（出现概率较高的故障)保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准：在出现单一严重故障（出现概率较低的故障)保持

2、稳定运行，但允许损失部分负荷；第三级标准：当多重严重故障（出现概率很低的故障)系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩清并尽量减少负荷损失。我国电网设置三道防线来确保电力系统在遇到各种事故时的安全稳定运行。第一道防线：快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施，确保电网在发生常见的单一故障时保持电网穂定运行和电网的正常供电；第二道防线：釆用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施，确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行；第三道防线：设置失步解列、频率及电压紧急控制装置，当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时，依靠这些装置防止事故f大，防止大面积停电。本文主要考虑第一

3、道防线预防控制问题，即考虑电力系统在预想故障和扰动下大电网能否保持稳定，其中在暂态稳定问题中主要考虑的是功角的稳定性。从数学上来说，该问题可以抽象成一个含约束的非线性优化问题，其最终目标是通过整发电机出力、调整负荷配置、切换线路等主要措施，改善系统暂态稳定性能，以确保电力系统在遭受故障后仍能保持稳定运行。从实际系统的运行分析上说，即是如何能够协调好暂态稳定运行和电力系统的经济优化调度之间的问题。这个问题就是考虑暂态稳定约束的最优潮流（TransientStabilityConstrainedOptimalPoIB等效，在每个时域仿真步上以等值系统最大发电机偏差角小于某个值，建立暂态

4、稳定判据，文献[1]中暂态稳定约束条件的个数为发电机个数乘以仿真步数，因为在每个仿真步内都要考虑功角稳定，而文献[3]在把多机系统进行单机无穷大等效后，把暂态稳定约束条件的个数降低到仿真步数。.第二章TSCOPF模型的建立2.1引言OPF是由J.Carpentier在1962年首次提出，常规的OPF算法只考虑了静态安全约束，没有考虑暂态稳定约束，所以很多在常规OPF求解得到的最优化运行条件下，系统往往处于临界稳定状态，当发生故障或其他大扰动后系统就有可能失去稳定。尤其在现代电力系统中，随着电压等级提高、大电网互联，以及电力市场的引入，系统本身巳经常常运行在穩定极限边界，所以发生暂态

5、失稳的可能性也大大增加了。早期考虑暂态稳定约束的经济调度方法一般采用试错法（TrialandErrorMethod),即当发现系统发生不稳定情况后，运行人员凭借自己的经验，通过不断调节各种控制变量，以使潮流结果能够满足稳定约束。这种方法需要平时大量的离线计算以及运行人员丰富的实际经验，而且由于没有精确的理论支持和事实依据，这种方法不仅耗时费力，有时还不能达到稳定控制的作用。所以有必要寻求一种有严格理论依据，且能兼顾安全性与经济性的分析方法来实现安全经济调度。考虑暂态稳定约束下的最优潮流(TSCOPF)正是这样一种有效的方法。TSCOPF其实就是传统最优潮流问题的扩展，它将暂态稳定过

6、程的微分-代数方程以及暂态稳定判据作为特别的约束条件，并将其加入到最优潮流的约束当中，以此形成了含有动态方程组的强非线性规划问题。..2.2暂态稳定约束判据的描述电力系统暂态稳定性包括暂态功角稳定性和暂态电压稳定性。本文只研究暂态功角稳定。对于电力系统的暂态功角稳定分析，常见的文献中主要有以下几种判据形式：判据1:如果暂态过程中的每个时间点发电机间最大功角差都不大于规定的阀值，则系统视为暂态稳定；否则视为暂态失稳。这种判据作为稳定约束可以看做是一种过程控制，并能有效控制研究时间段内的功角轨迹。但是由于其所引入的约束变量和约束数量庞大，造成计算量过大，而且结果偏保守，因为有些算例显示

7、，即使在暂态过程中相对功角摇摆出很大的范围，最终系统还是能保持稳定。为了得到扰动过程中的功舞变化曲线，需要先进行暂态计算。本文采用发电机二阶经典模型，即发电机直轴暂态电抗X/后的电势五I在暂态过程中始终保持不变，并用此电势的角度近似表示发电机功角；负荷釆用恒阻抗模型的形式。这样既能获得比较准确的第一摆功角曲线，又能极大地简化系统模型，给计算和编程带来很大的便利。但是需要说明的是，这种简化的模型仅仅是为了方便研究所关注的问题而巳，从理论上讲，对于更高阶的数学模型后面章节