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1、2000年5月10日May.10,20005电力系统紧急控制综述12李兴源,李立(1.四川大学电力系,成都610065;2.UniversityofBath,英国)摘要:综述了电力系统紧急控制的定义及其主要目标、已有的紧急控制措施和存在的问题。以先进的系统为例,阐述了集中分层紧急预防控制系统的设计准则和框架。着重介绍了具有紧急控制针对性的分析方法和控制策略,介绍了在线动态安全评价(DSA)的暂态能量函数法和扩展等面积法。在紧急控制系统建模方面,阐述了大规模动力系统的降阶方法,观测解耦状态空间模型以及基于辨识方法的低阶模型。在紧急控制策略方面,侧重介绍了最优目标策略(OAS)、微分几何控制、
2、H∞鲁棒控制和结构奇异值分析(μ分析)等方法。关键词:电力系统;紧急控制;集中分层协调控制系统;在线动态安全评价;数学模型中图分类号:TM712;TM760引言整个系统完全崩溃。一旦崩溃停止,如果仍有设备运行在额定容量之内,或某些设备紧跟崩溃而重新启现代电力工业的主要特征是发展大型互联电力动,则系统可能进入恢复状态。采取恢复控制措施,系统。但互联电网对事故易发生连锁反应,从而导致[1]重新带上所有失去的负荷和连接系统,系统可能过大面积停电。随着电力市场的发展,电力系统的重渡到警戒状态或正常状态则视情况而定。构和解除管制,在主网基础上建立起来的现代互联通常按扰动性质将系统稳定性分为:静态稳定
3、电网在区域之间传输的功率将日益增加。这种需求或小干扰稳定性;暂态稳定性。进一步增加了电力传输系统的压力。专家们一致认紧急控制虽然与暂态稳定密切相关,但不仅仅为,借助紧急控制系统来保证互联电网的安全稳定考虑暂态稳定问题,而应该从整个系统的要求出发。[2]运行是一种经济、有效的方法。对于系统紧急状态来说,个别电机的不稳定性既不1电力系统的运行状态和稳定性是必要条件,也不是充分条件。系统演变到紧急状态,可能不会直接威胁个别电机的连续同步运行,危电力系统可由1组微分方程及2组代数方程来及个别电机连续稳定运行的扰动可能(但不需要)出描述。根据约束条件是否满足,系统运行分为正常状现在系统紧急状态出现之
4、前或演变过程中。防止某态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态和恢复状态。台发电机失步或防止某个元件损坏的当地控制作用当扰动概率增加,使系统安全水平逐步降低而甚至可能恶化整个系统的性能。例如,1996年7月进入警戒状态时,虽然所有约束条件仍然满足,但是2日和8月10日美国西部大停电事故中,系统进入备用储备减少,某些干扰可能导致不等式约束破坏紧急状态都没有经历暂态稳定过程。换言之,这种当(如设备过载),使系统安全受到威胁。在这种状态地紧急控制作用的后果是,使主要联络线或干线以下,应采取预防控制使系统恢复到正常状态。故障前最小静态稳定裕度运行,大多数情况下会进在采取预防控制之前,如果发生足够严重的
5、干一步加载,从而超过故障后功角特性的最大幅值。按扰,系统就进入紧急状态。此时,不等式约束被破坏,照CIGRE和IEEE提出的术语,这种情况称为“条系统安全水平为零。但是,系统仍然完整,应启动紧件稳定性”[2]。急控制使系统至少恢复到警戒状态。如果紧急控制此外,电力系统紧急状态的出现不仅表现在发措施未及时实施或失效,系统将解列并进入极端紧电和输电设备极限的破坏上,而且表现在基本变量急状态。在极端紧急状态中,等式和不等式约束都被频率和电压极限的破坏上。在电源开断或负荷突然破坏,系统不再完整,系统大部分负荷丧失。紧急控增大时,由于电源和负荷间功率的严重不平衡,会引制作用应尽可能多地挽救解列后的子
6、系统,以避免起系统频率突然大幅度下降。如果系统备用容量不足和不及时采取措施,将使频率进一步下降,而产生收稿日期:2000-01-31。频率崩溃,导致全系统的瓦解。由于无功电源不足或国家重点基础研究专项经费资助项目(G1998020312)。无功电源突然切除时,当负荷(特别是无功负荷)逐第24卷第9期Vol.24No.96渐增加到一定程度时,有可能使电压大幅度下降,以[3]致发生电压崩溃现象。因此,按照文献[4]所述,紧急控制的定义是,当系统遭受一个事件的扰动后,部分或整个系统现有容量暂时不再能充分满足负荷需求时,使系统能够维持和恢复到可行的运行状态,而且不会出现不可忍受的过载或不正常的频率
7、(或电压)所采取的措施和过程。2紧急控制系统的基本框架经典的和较广泛采用的紧急控制都是当地控制,主要是防止单台发电机(个别情况是对发电机[5]群)失去暂态稳定性。IEEE工作组的报告对已有的稳定控制方法做了较全面的综述。目前,北美、欧洲和日本的预防控制大多是针对图1集中紧急预防自动控制(CEPAC)系统Fig.1TheimplementationofCEPACsystem单条线路过载或单个事件做出反应。经验证明,在大多数
