電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析.ppt

2019/7/14,1,電力系統(tǒng)安全分析,2019/7/14,2,網(wǎng)絡(luò)安全分析是在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上對實(shí)時狀態(tài)及預(yù)測的未來狀態(tài)作出分析和判斷，安全分析的功能是確定系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)在出現(xiàn)事故時是否安全，預(yù)防性安全分析就是在一組假設(shè)事故分析的基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)的安全性。 N-1, N-2,2019/7/14,3,主要內(nèi)容,第一章 靜態(tài)安全分析 第一節(jié) 預(yù)想事故評定 第二節(jié) 自動故障選擇 第二章 安全約束調(diào)度 第一節(jié) 安全控制的模型 第二節(jié) 求解方法 第三章 動態(tài)安全分析,2019/7/14,4,第一章 靜態(tài)安全分析,電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析是提高電力系統(tǒng)安全性的重要措施之一，它的主要內(nèi)容包括： 預(yù)想事故評定 自動事故選擇 預(yù)防控制,2019/7/14,5,描述系統(tǒng)運(yùn)行條件的四種狀態(tài),安全正常狀態(tài)(secure normal state) 不安全正常狀態(tài)(insecure normal state) 緊急狀態(tài)(emergency state) 待恢復(fù)狀態(tài)(restorative state) 一般來說,電力系統(tǒng)如果在數(shù)量上和在質(zhì)量,都滿足了用戶的要求,就可認(rèn)為系統(tǒng)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。,2019/7/14,6,電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)滿足的條件： （1）系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的有功、無功功率的供需條件必須平衡； （2）各節(jié)點(diǎn)的電壓模值不應(yīng)超過允許的上限和下限； （3）為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相鄰節(jié)點(diǎn)間的電壓相位差不應(yīng)超過最大允許偏差； （4）各可控發(fā)電機(jī)組，其有功、無功功率不應(yīng)超過允許的上限和下限； （5）系統(tǒng)中各支路的潮流不應(yīng)超過潮流視在功率的最大允許限值。 對于（1）稱之為功率平衡約束條件或載荷約束條件，它隸屬于等式約束條件。對于（2)-(5)稱之為運(yùn)行約條件，隸屬于不等式約束條件。只有同時滿足等式和不等式兩種約束條件的系統(tǒng)，才可認(rèn)為是處于運(yùn)行的正常狀態(tài)。,2019/7/14,7,安全正常狀態(tài)：已處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)，在承受一個合理的預(yù)想事故集的擾動之后，如果仍不違反等式約束和不等式約束時系統(tǒng)的狀態(tài)。 不安全正常狀態(tài)：處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)，在承受規(guī)定預(yù)想事故集的擾動過程中，只要有一個預(yù)想事故是系統(tǒng)不滿足運(yùn)行約束條件時系統(tǒng)的狀態(tài)。 緊急狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在不滿足不等式約束條件下時的狀態(tài)。 待恢復(fù)狀態(tài)：當(dāng)整個系統(tǒng)處于瓦解或崩潰時的狀態(tài)。,2019/7/14,8,第一節(jié) 預(yù)想事故評定,預(yù)想事故評定(又稱預(yù)想事故分析),是根據(jù)系統(tǒng)中全部可能擾動集合中的某一子集-預(yù)想事故集，來評定系統(tǒng)的安全性。 在靜態(tài)安全評定中，預(yù)想事故集至少應(yīng)包括下列擾動： 線路（支路）開斷（line outage）; 發(fā)電機(jī)開斷（generator outage）。,2019/7/14,9,一、支路開斷模擬,在網(wǎng)絡(luò)的基本情況（既未發(fā)生預(yù)想事故 的情況）潮流解求得之后，對于支路開斷模 擬，通常采用的方法有： 1、直流法； 2、分布系數(shù)法； 3、與Newton潮流算法結(jié)合的直接法； 4、與快速解耦潮流算法結(jié)合的直接法； 5、補(bǔ)償法。,2019/7/14,10,1 直流法,直流法是以直流潮流法為基礎(chǔ)的模擬單一支路開斷或多重支路開斷的直流預(yù)想事故分析法，是最為簡單、快速但可能也是最不精確的一種方法。它只能解出支路的有功功率潮流和節(jié)點(diǎn)電壓相位角，而不能解出支路無功功率潮流和節(jié)點(diǎn)電壓模值。,2019/7/14,11,直流潮流算法模型：,2019/7/14,12,2019/7/14,13,2 分布系數(shù)法,2019/7/14,14,(3),2019/7/14,15,2019/7/14,16,有了各條支路的Lij-km后，當(dāng)支路km在基本情況下Ikm乘以相應(yīng)的支路開斷分布系數(shù)Lij-km ，再加上該基本情況下響應(yīng)支路的電流Iij，就得支路開斷后的個支路的新電流，即可判斷是否過負(fù)荷。,2019/7/14,17,3 與Newton潮流算法相結(jié)合的直接法,2019/7/14,18,2019/7/14,19,假想支路ij并未被開斷，而用在節(jié)點(diǎn)I和節(jié)點(diǎn)j處分別注入 和 的方法來模擬其開斷（圖c）；在網(wǎng)絡(luò)接近線性的假 設(shè)下，這些新注入的功率增量應(yīng)滿足下列的靈敏度方程式：,2019/7/14,20,所以，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j上加上待求的注入功率增量后，將由下式給出網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)電壓的相應(yīng)變化：,2019/7/14,21,2019/7/14,22,4 與快速解耦潮流算法相結(jié)合的直接法,基本思想和前一種方法相同，只是把P和Q解耦分別計(jì)算，公式如下：,2019/7/14,23,5 補(bǔ) 償 法,所謂補(bǔ)償法是指：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中支路開斷的情況下，可以認(rèn)為該支路未被開斷，而在其兩端節(jié)點(diǎn)處引入某一待求的功率增量或電流增量（或稱補(bǔ)償功率或補(bǔ)償電流）來模擬支路的開斷。,2019/7/14,24,2019/7/14,25,設(shè)原網(wǎng)絡(luò)的初始狀態(tài)如圖（a）所示，可用網(wǎng)絡(luò)方程式表示： 式中，Y為原網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣。 現(xiàn)在假設(shè)支路ij被開斷（圖b），于是網(wǎng)絡(luò)的最終狀態(tài)定義為： 式中， 分別表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已被修改的導(dǎo)納矩陣和最終解。 新支路用假想的節(jié)點(diǎn)注入電流來取代，根據(jù)圖（b）有： 根據(jù)圖（d）有： 兩式相減得：,2019/7/14,26,模擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持支路未開斷前的狀態(tài)，只是節(jié)點(diǎn)注入電流有所變化，因此它將由下式定義：,2019/7/14,27,為了求的最終解，我們寫出上式的第i個方程式和第j個方程式：,2019/7/14,28,2019/7/14,29,二、 發(fā)電機(jī)開斷模擬,在網(wǎng)絡(luò)的基本潮流解求得之后，對于發(fā)電機(jī)開斷模擬， 通常采用的方法有下列幾種： 支流法 發(fā)電量轉(zhuǎn)移分布系數(shù)法 廣義發(fā)電量分布系數(shù)法 計(jì)及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機(jī)開斷模擬,2019/7/14,30,1 支 流 法,所謂直流法也是和直流潮流法配合使用的。,2019/7/14,31,在求得 后，就可求得在開斷發(fā)電機(jī)k的情況下，任一支路ij的有 功功率潮流： 這種支流解法雖然簡單，分析時所用的機(jī)時很少，但精度較差，而且 也不能給出系統(tǒng)中的電壓和無功潮流解。,2019/7/14,32,2 發(fā)電量轉(zhuǎn)移分布系數(shù)法,在已獲得網(wǎng)絡(luò)的基本潮流解后，為求發(fā)電機(jī)開斷對線路潮流所致的影響，可以利用發(fā)電量轉(zhuǎn)移分布系數(shù)法(Generation Shift Distribution Factor,GSDF)。 GSDF被定義成： 它表示了：當(dāng)發(fā)電機(jī)k出現(xiàn)了1個單位的有功功率變化時，在支路ij中導(dǎo)致的有功功率變化。,2019/7/14,33,2019/7/14,34,2019/7/14,35,3 廣義發(fā)電量分布系數(shù)法,增量形式的發(fā)電量轉(zhuǎn)移分布系數(shù)（GSDF），在實(shí)際使用時將受到一定的限制。即當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)開斷時，要由松弛節(jié)點(diǎn)提供相應(yīng)的增量予以平衡，如果系統(tǒng)中總的發(fā)電量發(fā)生變化，就要進(jìn)行新的潮流計(jì)算以建立起新的初始狀態(tài)。 廣義發(fā)電量分布系數(shù)（Generalized Generation Distribution Factor, GGDF),可以克服GSDF的局限性。它能在不同的系統(tǒng)發(fā)電水平下，求出因發(fā)電機(jī)開斷而對個線路潮流所致的影響。 GGDF由下式定義：,2019/7/14,36,下面來推導(dǎo) 的值。,2019/7/14,37,4 計(jì)及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機(jī)開斷模擬,2019/7/14,38,2019/7/14,39,第二節(jié) 自動故障選擇,自動故障選擇是在實(shí)時情況下，利用描描運(yùn)行現(xiàn)狀的實(shí)時數(shù)據(jù)，自動地選出對應(yīng)于該現(xiàn)狀下的有意義的預(yù)想事故集，即：按每一可能的預(yù)想事故對系統(tǒng)導(dǎo)致后果嚴(yán)重程度的順序，排列出預(yù)想事故一覽表。,2019/7/14,40,選擇終止判據(jù)，可以有兩種形式： （1）只分析預(yù)想事故表中的頭N個情況。如果規(guī)定的N不大，就能減少計(jì)算的執(zhí)行時間。但是這種判據(jù)也存在著如下缺點(diǎn)，即：如果N以后的開斷情況也會引起較嚴(yán)重的違限，則就不能對它們做進(jìn)一步的詳盡分析。 （2）對有功功率事故表，采用“在M個相繼情況中沒有出現(xiàn)線路過負(fù)荷”的終止判據(jù)，和對無功功率事故表，采用“在M個相繼開斷情況中，沒有出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓違限”的終止判據(jù)，將更為靈活，并降低了遺漏嚴(yán)重情況的可能性。不足之處則是：擬作進(jìn)一步A.C.潮流分析的情況數(shù),隨系統(tǒng)的運(yùn)行狀況而變化,以致預(yù)想事故分析所需的計(jì)算時間周期,不得不考慮到最惡劣的條件,2019/7/14,41,任何ACS算法,必需具有下列兩個特點(diǎn)才有實(shí)用價值,即:,預(yù)想事故自動選擇的計(jì)算量,加上隨后對違限事故所進(jìn)行的進(jìn)一步A.C.潮流分析的計(jì)算量,它們的總和必須小于所有可能預(yù)想事故的A.C.分析計(jì)算量。 有足夠大的俘獲率。即盡最大可能地不漏失關(guān)鍵性預(yù)想事故。 ACSAutomatic Contingency Selection,2019/7/14,42,FDLF1法,本算法直接利用了快速解耦潮流（FDLF-1）在各種開斷情況下的第一次迭代解，所以具有一定的方便性。 在這算法中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的有功功率和無功功率間只存在著弱耦合，定義了兩種行為指標(biāo)：有功功率行為指標(biāo)和無功功率行為指標(biāo)，分別表征線路潮流違限和節(jié)點(diǎn)電壓違限的嚴(yán)重程度。這些行為指標(biāo)都是以偏離于系統(tǒng)變量限值的多少來定義的。 （1）有功功率行為指標(biāo),2019/7/14,43,（2）電壓-無功功率行為指標(biāo),2019/7/14,44,負(fù) 荷 卸 除 法,本算法把各節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)到事故前的水平而需要卸去的總負(fù)荷，來作為判斷預(yù)想事故嚴(yán)重程度的行為指標(biāo)。,2019/7/14,45,對某一規(guī)定的預(yù)想事故，其行為指標(biāo)可定義成：,2019/7/14,46,分 布 系 數(shù) 法,本方法利用了以D.C.潮流法為基礎(chǔ)的支路開斷分布系數(shù)，算出某一預(yù)想事故下各線路的有功潮流，進(jìn)而根據(jù)與線路有功潮流有關(guān)的行為指標(biāo)PI=J(P),按它們的遞減順序進(jìn)行排列，就可以得到預(yù)想事故一覽表。,2019/7/14,47,反映線路有功過負(fù)荷的行為指標(biāo)定義為：,2019/7/14,48,提供最大載荷能力法,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生支路開斷或發(fā)電機(jī)開斷時，如果余下的線路和發(fā)電機(jī)滿足它們上、下限的約束條件，那么各發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)提供的發(fā)電量（或載荷量）就必然會有所降低；愈是嚴(yán)重的事故，這一載荷量就降低得愈多。為此，本方法就以事故后各發(fā)電機(jī)能向系統(tǒng)提供的最大載荷量作為衡量事故嚴(yán)重程度的行為指標(biāo)。,2019/7/14,49,數(shù)學(xué)式表示為：,2019/7/14,50,第二章 安 全 約 束 調(diào) 度,它的基本任務(wù)就是通過系統(tǒng)中可控變量的再安排(rescheduling)來移去潛在的(即因預(yù)想事故而引起的)約束條件越限現(xiàn)象，通常稱之為預(yù)防性再安排或預(yù)防性控制(簡稱預(yù)防控制)。如果系統(tǒng)已經(jīng)存在約束條件的越限現(xiàn)象，也可以通過可控變量的再安排來使之恢復(fù)到安全狀態(tài)。這種情況通常稱之為校正再安排或校正控制。,2019/7/14,51,目前，對安全性提高問題有兩個解算方法： 利用靈敏度分析和最小二乘法； 利用有約束最優(yōu)化方法或稱為安全約束最優(yōu)化法（security constrained optimization）。 預(yù)防再安排或預(yù)防控制問題的列式，可以表示為：,2019/7/14,52,電力系統(tǒng)的有功校正安全分析,支路ij的有功潮流方程式為：,2019/7/14,53,化簡為： 根據(jù)解耦線性模型，有： 得：,2019