（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究.pdf

碩士論文 a b s t r a c t t h ep a p e ri sb a s e do nt h et r e n do fn e t w o r ks t a b i l i t yc o n t r o ld e c e n t r a l i z e dc o l l e c t i o n ， c o o r d i n a t i o no fs c h e d u l i n ga n dc e n t r a l i z e dc o n t r o la sw e l la st h eu l t r a h i 曲p r e s s u r ea n d l o n g - t e r mp r a c t i c a le x p e r i e n c ei nn m n i n gt h e f r o n tl i n e b yi n t r o d u c i n gt h et r a d i t i o n a l u n d e r l y i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l ，t h ep a p e rp r e s e n t san e wc o n t r o ls t r a t e g ya sw e l la si t s c o n t r o lm o d e la n do p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ，w h i c hc a ng e ti n t oe n t i r e l yi nas h o r tt e r m ，a n dc a r l b ea b l et om a k em a c r o c o n t r o li nt h er e s p e c to ft h ee n t i r en e t w o r k t h ec o n t r o ls t r a t e g y , w h i c hi su s e di ne x t r e m ef a i l u r es i t u a t i o ni nt h es y s t e m ，i sb a s e do nt h es c o p eo ft h e s t e a d y - s t a t ee n e r g yb a l a n c ep r i n c i p l e i tt a k e se m e r g e n c yc o n t r o li nt h es y s t e mb o t ha f t e rt h e f a i l u r eo rf a i l u r ei nt h ed e v e l o p m e n t ，e n a b l i n gt h ed a m a g e ds y s t e mt or e s u m et ot h es t a b l e s t a t eo f t h eo p e r a t i o n i na s p e c to fe n h a n c i n gt h ee f f e c t i v e n e s so fn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n , i no r d e rt og r e a t l y r e d u c et h ec o m p u t a t i o no fs y s t e ms t a b i l i t ya n a l y s i sm o d e li np o w e rs y s t e mf a u l tc o n d i t i o n s ， a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o w e rs y s t e ma n df u l l yt a k e ni n t oa c c o u n tt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o w e rs y s t e m ，t h ep a p e r , w h i c hh a sr e f e r st oh e u r i s t i ca l g o r i t h ms u c ha s p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ， f i s h - s w a r ma l g o r i t h m ，a n tc o l o n ya l g o r i t h ma n ds o o n ， t e n t a t i v e l yp u t sf o r w a r dt h e s h o p p i n g a l g o r i t h mt on a r r o w i n gt h es c o p eo ft h es e a r c hw h i l e s o l v i n g a tl a s t ，t h ep a p e rt a k e sa d v a n t a g eo fv cl a n g u a g et ob u i l das i m u l a t i o np l a t f o r ma n d t a k et h ec l a s s i ce x a m p l ea sab l u e p r i n tt ov e r i f yi t sc o r r e c t n e s s i nt h es i m u l a t i o ns t a g e ，t h e p a p e rt a k e st r a n s i e n tp h a s eo ft h es i m u l a t i o na n a l y so nh e n a np o w e rn e t w o r k ”6 2 5 ”i n c i d e n t a n di tp r o v e st h ep r a c t i c a lf e a s i b i l i t yo ft r a n s i e n ta n a l y s i st h e o r yp u tf o r w a r db yt h ep a p e r s e c o n d l y , h a v i n gt h er e a l t i m ep r o c e s sa n dd a t ao fh a i n a np o w e rg r i dc o l l a p s ei n2 0 0 5a st h e b a c k g r o u n d ，b ya d d i n gt h ec o n t r o ls t r a t e g y , t h ep a p e rh a st a k e na d v a n t a g eo ft h es i m u l a t i o nt o r e p l a yt h ew h o l ep r o c e s so fh a i n a nf a u l t f r o mt h er e s u l t so ft h es i m u l a t i o n , b yu s i n gt h e c o n t r o ls t r a t e g yi nl a r g ep o w e rg r i d su n d e re x t r e m ef a u l tc o n d i t i o n sw h i c hi sp u tf o r w a r db y t h ep a p e r , i ns p i t eo ft h es a m ea st h er e a le x p e r i e n c eo fr e a p t l yc o n s i s t e n tf a i l u r e ，t h e e v e n t u a l l ya d j u s t e dh a i n a np o w e r 酊di ss t i l la b l et om e e tt h ep a r a m e t e r so ft h ec o n d i t i o n so f s t a b l eo p e r a t i o n ，s od o e st h eh a i n a np o w e ri ss t i l li nag o o do p e r a t i o nc o n d i t i o n t h e r e f o r e ， t h ep o w e r 鰣ds t a b i l i t yc o n t r o ls t r a t e g yp r o p o s e db yt h i sp a p e r , w h i c hh a sb e e nw e l lv e r i f i e d i nt h es t e a d y - s t a t ep h a s e ，i sf e a s i b l e k e y w o r d ：t h r e e - l i n e - d e f e n s e ，c o n t r o ls t r a t e g y , t r a n s i e n ts t a b i l i t yc o n t r o l ，s t e a d y - s t a t es t a b i l i t y c o n t r o l ，v c + + s i m u l a t i o n i i 聲明嚴(yán)l 凋 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué) 位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布 過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的 材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說明。 研究生簽名：蘊(yùn)李 岬年6 月& 鄉(xiāng)日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上 網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán) 其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容。對(duì)于保密論文， 按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名： 碩士論文大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 1 緒論 1 1 我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展近況 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技的大發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、并趨于多元化和現(xiàn)代化【1 1 。 在新近的特高壓( e h v ) 電力網(wǎng)架建設(shè)方面，1 0 0 0 千伏特高壓交流試驗(yàn)工程建設(shè)于2 0 0 7 年圓滿完成了里程碑設(shè)計(jì)，同時(shí)1 0 0 0 千伏晉東南、南陽(yáng)、荊門站土建基礎(chǔ)施工全部完成。 各方面的數(shù)據(jù)都顯示，我國(guó)電網(wǎng)不論是數(shù)量還是質(zhì)量都已經(jīng)走到世界的前列。 人類關(guān)于電及電力系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)、大規(guī)模應(yīng)用至今已有百年歷史。然而電力大系統(tǒng)僅 管經(jīng)歷了百年的飛速、輝煌大發(fā)展，但其在全球范圍內(nèi)依然不夠安全，新近發(fā)生在北美 電力系統(tǒng)的“8 1 4 ”大停電是有記錄的最嚴(yán)重的事故。缺乏在線安全穩(wěn)定預(yù)警、分析、 控制和決策方法是導(dǎo)致這次事故發(fā)生的重要原因。 在國(guó)內(nèi)，我國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展速度空前，并在不久的將來很有希望成為世界上最大、 最復(fù)雜的電網(wǎng)之一。然而事實(shí)上我國(guó)電網(wǎng)本質(zhì)上仍是一個(gè)巨型物理“聯(lián)接 系統(tǒng)，缺乏 能夠有效保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定的技術(shù)體系。在我國(guó)新近發(fā)生的海南省大停電、西藏大停電、 華中電網(wǎng)局部解列更是用事實(shí)無(wú)可辯駁地指出了我國(guó)電力大系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性 方面的缺失。 面對(duì)沉重的損失與高昂的代價(jià)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者、專家對(duì)大停電事故的關(guān)注程度越來越 高，對(duì)此也進(jìn)行了大量有益的理論創(chuàng)新與探索。諸方面中加強(qiáng)針對(duì)故障后，特別是極端 多重故障情況下，系統(tǒng)穩(wěn)定性恢復(fù)的控制策略的研究顯得特別重要與突出。 然而，電力系統(tǒng)是不同于常見的工業(yè)控制系統(tǒng)，規(guī)?？涨? 大到了縱貫、跨越大洲 的地步) 是其主要特征，且還在不斷地增大。這是因?yàn)橹挥邢到y(tǒng)網(wǎng)架越大這個(gè)電力系統(tǒng) 才會(huì)越穩(wěn)定，其具有慣性系統(tǒng)的特征。其次經(jīng)過上百年的發(fā)展，涉及局部元件保護(hù)的各 項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)臻于完善。但是隨著系統(tǒng)的無(wú)限擴(kuò)大，涉及保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)及全網(wǎng)系統(tǒng) 總控方面的缺陷日益暴露，且越來越迫切需要的得到解決。然而目前，對(duì)于上述兩種情 況都沒有成熟、可行的完善裝置及理論。不過這一領(lǐng)域已日益引起了各國(guó)同行的高度重 視，各種有益的嘗試及實(shí)踐不斷問世并投入實(shí)踐生產(chǎn)之中。 1 2 近期國(guó)內(nèi)外大停電事故分析 大停電對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)帶來的巨大的災(zāi)難性損失，各國(guó)都有極為深刻和慘痛的教訓(xùn)。 目前世界范圍內(nèi)也不斷有大的網(wǎng)域停電事故的發(fā)生，因此如何在極端、多重故障下保證 電網(wǎng)的最低限度的穩(wěn)定，有效避免區(qū)域性電網(wǎng)解裂，是各國(guó)都面臨的艱巨而緊迫的任務(wù)。 下面就列舉近期發(fā)生的世界范圍內(nèi)的幾起典型大停電事故，加以列舉并分析說明。 1 緒論碩士論文 1 2 1 國(guó)外大停電事故分析 1 ) 北美大停電事故 根據(jù)北美電力可靠性協(xié)會(huì)n e r c 公布的事故資料【2 】可看出事故起因和發(fā)展過程。在 發(fā)生大停電事故前l(fā) 小時(shí)，俄亥俄州的一條3 4 5k v 輸電線路跳開，其輸送功率轉(zhuǎn)移到 相鄰3 4 5k v 線路上，引起該線路長(zhǎng)時(shí)間過熱并下垂從而接觸線下樹木，造成該線路因 短路而跳閘，使得克利夫蘭失去第二回電源線。 系統(tǒng)電壓降低，此后發(fā)生了系列連鎖反應(yīng)，包括多回輸電線路跳開和潮流大范圍 轉(zhuǎn)移。系統(tǒng)發(fā)生搖擺和振蕩，局部系統(tǒng)電壓進(jìn)一步降低引發(fā)發(fā)電機(jī)組跳閘，使系統(tǒng)功率 缺額增大，進(jìn)一步電壓崩潰，又導(dǎo)致更多的發(fā)電機(jī)和輸電線跳開，造成大面積停電事故 發(fā)生。 2 ) 7 1 3 紐約大停電事故 資料【2 】顯示事故當(dāng)天大風(fēng)暴橫掃系統(tǒng)北部，一系列故障導(dǎo)致6 條3 4 5k v 線路相繼退 出運(yùn)行，從而使剩下的2 條1 3 8k v 線路也因嚴(yán)重過載而跳閘。 故障過后，愛迪生公司供電區(qū)與系統(tǒng)解列，形成孤島系統(tǒng)頻率下降，低頻減載裝置 動(dòng)作切除了部分負(fù)荷，但發(fā)動(dòng)機(jī)組仍然由繼電保護(hù)跳閘，最后造成愛迪生供電系統(tǒng)全部 停電。 3 ) 美加?xùn)|北部電網(wǎng)大停電事故 事故【3 】起因是由于線路保護(hù)定值有誤，當(dāng)水電站發(fā)電使線路潮流達(dá)到3 6 0 m w 時(shí)， 后備保護(hù)動(dòng)作跳開了安大略b e c k 水電廠至多倫多地區(qū)的5 條2 3 0k v 線路中一條，當(dāng)潮 流對(duì)剩余4 條線路瞬時(shí)重新分配功率時(shí)，4 條線路相繼跳閘；此后b e c k 水電廠原來北 送的功率突然改變方向南送美國(guó)東北部電網(wǎng)，使南送功率大增。 故障結(jié)果造成了美加?xùn)|北部電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞，電壓和功率大幅度波動(dòng)，聯(lián)絡(luò)線和 發(fā)動(dòng)機(jī)組相繼跳閘，事故發(fā)生1 2 分鐘擴(kuò)大為北美東北部及加拿大安達(dá)略省大面積停電。 1 2 2 國(guó)內(nèi)大停電事故分析 1 ) 華北電網(wǎng)“4 2 8 事故 資料【4 】顯示1 9 9 9 年4 月2 8 日1 4 時(shí)3 0 分，華北電網(wǎng)房山變電站因2 2 0k v 母聯(lián)2 2 4 5 開關(guān)內(nèi)部故障，母差保護(hù)動(dòng)作，致使2 2 0k v 母線失壓，造成河北南網(wǎng)與華北主網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng) 解列，房山站1 1 0k v 母線一良鄉(xiāng)站一北京第三熱電廠構(gòu)成的1 1 0k v 小系統(tǒng)與華北主網(wǎng) 解列。事故中，北京地區(qū)低頻減載裝置動(dòng)作，切去負(fù)荷約3 3m w ，低壓釋放負(fù)荷約7 0m w ， 河北南網(wǎng)事故拉路8 0m w 。 2 ) 湖南電網(wǎng)“2 1 0 低頻事故 資料【5 j 顯示2 0 0 5 年2 月7 日至1 7 日，湖南電網(wǎng)遭遇了嚴(yán)重的冰害襲擊，多條5 0 0k v 和2 2 0k v 輸電線路先后多次跳閘或被迫融冰，電網(wǎng)安全穩(wěn)定和供電可靠性受到了嚴(yán)重的 2 碩士論文大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制餓略研究 藏脅。其中對(duì)電鼴穩(wěn)定影響較大的一次為2 月1 0e t5 0 0k v 葛崗線及江復(fù)線先焉跳闌。 該2 回聯(lián)絡(luò)線的先后跳閘，使湖南電網(wǎng)與華中電網(wǎng)解列運(yùn)行，湖南電網(wǎng)頻率最低下降到 4 8 9 9h z ，低頻減負(fù)荷裝置基i 輪、基i i 輪、特i 輪分別動(dòng)作。 特別需要擺出的是它們巾的許多電網(wǎng)解裂及全網(wǎng)停電事故，甚至是在相關(guān)傺護(hù)及自 動(dòng)裝置，正確動(dòng)作的情況下所發(fā)生的。究其原因，各保護(hù)、自動(dòng)裝雹之間的動(dòng)作缺乏協(xié) 調(diào)性、選擇性是導(dǎo)致故障最后發(fā)展到全網(wǎng)停電的罪魁禍?zhǔn)住Ｒ虼艘环N全新的，具有有效 協(xié)調(diào)全網(wǎng)各保護(hù)及自動(dòng)裝置的，控制算法及裝置，迫切的有待出現(xiàn)。 1 3 電露區(qū)域防御控制的現(xiàn)狀 1 3 1 國(guó)內(nèi)區(qū)域防御控制的架構(gòu) 基前在電力行業(yè)孛，我圈對(duì)于系統(tǒng)故障情況下的穩(wěn)定性控制聞?lì)}，采用的是按照數(shù) 字電力系統(tǒng)( d p s ) 三道防線的劃分方法來定義的，根據(jù)故障情況下不同階段分階段、 分步驟實(shí)施的穩(wěn)定控制策略的。其主要?jiǎng)澐智闆r及優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述如下。 圭) 電力系統(tǒng)第一道防線概述 第一道防線對(duì)于網(wǎng)架麗言就是各種元件的“繼電保護(hù)”。近年來隨著強(qiáng)化主保護(hù)、 簡(jiǎn)化后備保護(hù)以及重要元件保護(hù)雙重化配鼴等繼電保護(hù)配置思想的成形，使得簡(jiǎn)單故障 完全可以在5 0m s 內(nèi)被隔離。但是繼電保護(hù)本身的發(fā)展特性，決定了其協(xié)調(diào)配合性的缺 乏。因此在連續(xù)性極端事故面翦，往往會(huì)出現(xiàn)：各元件的繼電保護(hù)都正確動(dòng)佟或只有少 數(shù)、甚至沒有元件保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)的情況下，而整個(gè)大電網(wǎng)卻會(huì)發(fā)生系統(tǒng)崩潰的極 端事故。在有報(bào)導(dǎo)的大面積停電事故中，保護(hù)的不協(xié)調(diào)動(dòng)作往往對(duì)事故的擴(kuò)大起到了決 定性的作用。究其原因主要有兩點(diǎn)，一是在系統(tǒng)的不正常運(yùn)行條件下暴露出繼電保護(hù)存 在的隱蔽故障：二是繼電保護(hù)系統(tǒng)只檢測(cè)被保護(hù)對(duì)象本身的運(yùn)行狀態(tài)，其動(dòng)作也只是局 部的開環(huán)控制刪。 2 ) 電力系統(tǒng)第二道防線概述 第二道防線是依靠調(diào)度員及站端入為余入干預(yù)的一種控制措施。它依賴予中心調(diào) 度，及站端運(yùn)行人員的協(xié)同處理。按照目前華東電網(wǎng)公司最新的“5 分鐘一1 5 分鐘匯報(bào) 制度，這道防線的介入時(shí)間為事故發(fā)生的2 0 分鐘以后。因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足故障處理快 速性的要求。 這種情況下的緊急控制包括切除發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)快速控制汽門、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁緊急控 制、動(dòng)態(tài)電阻制動(dòng)、串聯(lián)或并聯(lián)電容強(qiáng)行補(bǔ)償、h v d c ( 高壓直流輸電) 功率緊急調(diào)制和 集中切負(fù)荷等。緊急控制是改變系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，使故障后的運(yùn)行點(diǎn)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。 酲前電力系統(tǒng)內(nèi)廣泛采焉的“離線決策，實(shí)時(shí)匹配 的安全穩(wěn)定控制方案便屬此類。這 類方案的共同特點(diǎn)是：將系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式以及預(yù)想事故按照某種 1 緒論碩士論文 方式進(jìn)行組合，離線計(jì)算出各種方式組合下維持暫態(tài)穩(wěn)定所需的控制規(guī)律，從而形成一 個(gè)控制策略表存放在穩(wěn)定控制裝置內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)而裝置起動(dòng)時(shí)，從其中選取與 實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行方式和擾動(dòng)情況最接近的控制方案執(zhí)行實(shí)施這類按擾動(dòng)特性及嚴(yán)重性實(shí) 施的控制，其控制動(dòng)作快，效果好，但裝置和計(jì)算分析較復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)發(fā)展變化的適應(yīng) 性較差。特別是對(duì)于極端緊急狀態(tài)下的緊急控制，由于對(duì)復(fù)雜故障的具體形態(tài)很難事先 預(yù)料，因而很難按擾動(dòng)情況進(jìn)行控制，而要按擾動(dòng)后參數(shù)變化特征進(jìn)行控制【6 】。 3 ) 電力系統(tǒng)第三道防線概述 第三道防線指在最極端故障情況下，通過事先設(shè)定的解列點(diǎn)把大系統(tǒng)解列分割成一 個(gè)一個(gè)的“孤島，以求能夠保持各孤電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣做還可以加速整個(gè)電網(wǎng)事 故后的恢復(fù)過程。如果電網(wǎng)第三道防線建設(shè)得比較完善，系統(tǒng)事故開始時(shí)能快速解列失 步電網(wǎng)，迅速消除振蕩，就不至于在短時(shí)間內(nèi)機(jī)組和線路紛紛跳閘，從而不會(huì)由于聯(lián)絡(luò)線 振蕩解列后導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)供電之間的功率嚴(yán)重不平衡而造成系統(tǒng)崩潰。但這種方式存在著 事前性，實(shí)時(shí)性差等缺陷，況且解列就其本身而言已經(jīng)是一種嚴(yán)重的電力系統(tǒng)大事故。 在事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)受擾嚴(yán)重，進(jìn)入動(dòng)態(tài)變化過程，目前系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電廠和變電 站都裝有“第三道防線”要求的安全穩(wěn)定控制裝置和解列裝置，但它們所采用的預(yù)測(cè)系 統(tǒng)失穩(wěn)的檢測(cè)方法多數(shù)是基于就地信息的，沒有很好的反映全局信息，因而不能動(dòng)態(tài)自 適應(yīng)地跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。在現(xiàn)在互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn) 行中，威脅區(qū)域甚至全網(wǎng)的穩(wěn)定問題通常涉及到多元件的復(fù)雜現(xiàn)象。如何在實(shí)時(shí)運(yùn)行所 要求的時(shí)間內(nèi)制定出合適的全網(wǎng)運(yùn)行方案( 包括控制保護(hù)裝置的整定值) 是第三道防線 發(fā)展要解決的關(guān)鍵問題。新一代第三道防線能在系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)，協(xié)調(diào)實(shí)施切機(jī)、切負(fù)荷， 甚至人為解列，系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷有可能保存。第三道防線在系統(tǒng)出現(xiàn)某些最能影響 電網(wǎng)穩(wěn)定的事件后，必須正確判別及迅速確定控制策略，并迅速準(zhǔn)確地執(zhí)行控制策略。 通信技術(shù)的發(fā)展為第三道防線的在線動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保證。通信技術(shù)是近年來發(fā) 展最迅速的技術(shù)之一，以太網(wǎng)( e t h e r n e t ) 正逐步取代工業(yè)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線。許多地區(qū) 在高壓變電站間鋪設(shè)了s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 光纖環(huán)網(wǎng)，并承載a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 業(yè)務(wù)，可將信號(hào)傳輸延時(shí)控制在4 m s 以內(nèi)。隨著快速穩(wěn) 定分析方法的發(fā)展及計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的不斷提高，使基于大系統(tǒng)理論與分散控制理論 的大電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的研制開發(fā)成為可能，同時(shí)也使得第三道防線從“離線計(jì)算、在 線匹配 向“在線預(yù)決策、在線匹配”轉(zhuǎn)化成為可能【6 】。 綜上所述，我國(guó)電網(wǎng)保護(hù)缺乏一種能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍快速介入的，全網(wǎng)架的，全面協(xié) 調(diào)的穩(wěn)定控制自動(dòng)裝置。 1 3 2 大面積停電的防御對(duì)策研究 目前有關(guān)大面積停電的防御對(duì)策可分為三類【刀： 4 碩士論文大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 1 ) 預(yù)防性控n - 通過電壓穩(wěn)定計(jì)算、功角穩(wěn)定計(jì)算和輸電線路的可用容量計(jì)算( 包 含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)) 等離線計(jì)算確定系統(tǒng)運(yùn)行安全域，離線制定安全防御對(duì)策； 2 ) 緊急性控制：包括低頻減載、自動(dòng)投入無(wú)功設(shè)備與低壓減載、系統(tǒng)解列； 3 ) 恢復(fù)性控n - 包括黑啟動(dòng)、系統(tǒng)再互聯(lián)等在預(yù)防性控制方面，針對(duì)電壓崩潰是 造成大面積停電的最常見的嚴(yán)重故障，靜態(tài)電壓穩(wěn)定防御對(duì)策1 8 ，通過計(jì)算電壓穩(wěn)定邊 際指標(biāo)的簡(jiǎn)單方法，可以快速求出系統(tǒng)靜態(tài)電壓薄弱點(diǎn)；文獻(xiàn) 9 】提出了“穩(wěn)定尺度和不 穩(wěn)定包線”的方法以快速求取系統(tǒng)功角穩(wěn)定裕度，以快速?zèng)Q定控制策略。在緊急性控制 方面，文獻(xiàn) 9 同時(shí)介紹了b p a 系統(tǒng)w a c s ( w i d ea r e as t a b i l i t ya n dv o l t a g ec o n t r o ls y s t e m ) 緊急控制系統(tǒng)。w a c s 分為2 部分：一部分為快速控制，主要針對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定，要求在第 一擺達(dá)到峰值以前動(dòng)作( 幾百毫秒以內(nèi)) ；另一部分為慢速控制，主要用于電壓和無(wú)功 控制，可以在幾秒到幾十秒內(nèi)動(dòng)作。w a c s 已經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)，可以跟蹤連續(xù)的故障事件 和控制行為，但尚未投入使用，其最大的缺點(diǎn)是需要大量的專用光纖通道和p m u ，投 資較大。在緊急狀態(tài)震蕩中心變化時(shí)，可以利用智能方法尋找最佳解列點(diǎn)的方法【i o 】；基 于系統(tǒng)等值和故障集簡(jiǎn)化的“在線預(yù)決策，在線匹配”穩(wěn)定系統(tǒng)；以區(qū)域性電網(wǎng)為研究 對(duì)象，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性提出了分散與集中相結(jié)合的控制方案。文獻(xiàn) 1 1 提出了基 于信息廣域保護(hù)系統(tǒng)的緊急控制系統(tǒng)，文獻(xiàn) 1 2 貝j j 提出了基于e e a c 的快速量化的在線 預(yù)決策，能快速追蹤級(jí)聯(lián)事件，并且能快速?zèng)Q定控制行為，預(yù)防大停電事故的發(fā)生。 在恢復(fù)性控制方面，文獻(xiàn) 1 3 】對(duì)恢復(fù)控制提出了三點(diǎn)要求：1 ) 快速的恢復(fù)控制極端 重要；2 ) 在事故時(shí)要盡量保留廠用電，新的機(jī)組要有黑啟動(dòng)能力；3 ) 要有計(jì)劃地利用 實(shí)時(shí)培訓(xùn)模擬訓(xùn)練運(yùn)行人員和調(diào)度員。文獻(xiàn) 1 4 提出用多代理的方法研究故障在線檢測(cè)、 在線恢復(fù)的思想，目前都處在研究階段。預(yù)防控制、緊急控制、恢復(fù)控制是在不同的空 間結(jié)構(gòu)、不同的時(shí)間序列所采取的不同控制手段，但是隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)程度越來越高， 大停電是系統(tǒng)性、全面性的，因此須從全局觀點(diǎn)綜合考慮控制手段的協(xié)調(diào)實(shí)施。 1 3 3 國(guó)外大面積停電防御系統(tǒng)的現(xiàn)狀 據(jù)資料【6 l 5 ，1 6 l7 j 加拿大的h y d r o - - q u e b e c 電力公司開發(fā)的防御系統(tǒng)p l s s 。h 、舊r o q u e b e c 電網(wǎng)的特點(diǎn)是：長(zhǎng)距離輸電，距離可達(dá)1 0 0 0 k m 。p l s s 包含4 個(gè)系統(tǒng)，涉及的 穩(wěn)定包含電壓崩潰和暫態(tài)穩(wěn)定，要求系統(tǒng)的反映時(shí)間在2 0 0 m s 左右。 巴西穩(wěn)控系統(tǒng)( s p s ) 將整個(gè)電網(wǎng)分為多個(gè)穩(wěn)定區(qū)，各個(gè)穩(wěn)定區(qū)依據(jù)各區(qū)電網(wǎng)情況投 入s p s 系統(tǒng)，s p s 系統(tǒng)是快速考慮各種嚴(yán)重故障的穩(wěn)控系統(tǒng)。各區(qū)的s p s 的主控制器安 裝在變電站，同時(shí)各個(gè)安全區(qū)域的s p s 之間的通信也有充分的保證，通信信道為雙通道 備用，整個(gè)s p s 的相應(yīng)時(shí)間為2 0 0 m s 左右。 日本東京電力公司的t e p c o 系統(tǒng)為解列穩(wěn)控系統(tǒng)，在發(fā)生大故障時(shí)，t e p c o 的目 標(biāo)是解列系統(tǒng)以保證重要用戶的供電，中心計(jì)算機(jī)每2 s 完成解列控制策略計(jì)算，該系 5 1 緒論碩士論文 統(tǒng)在1 9 9 9 年1 1 月曾經(jīng)成功動(dòng)作，一架飛機(jī)撞上了給東京供電的2 7 5 k v 線路，雖然解列 損失了1 6 1 0 m w 的負(fù)荷，但保證了4 0 0 m w 重要用戶的供電。法國(guó)e d f 電力公司的防 御系統(tǒng)。e d f 電網(wǎng)由2 0 個(gè)控制區(qū)域組成，該穩(wěn)控系統(tǒng)類似s p s 系統(tǒng)，但采用各區(qū)的相 角測(cè)量值來判別穩(wěn)定。e d f 建立了一個(gè)集中廣域保護(hù)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在檢測(cè)到電網(wǎng)失 去暫態(tài)穩(wěn)定時(shí)，解列電網(wǎng)并進(jìn)行減負(fù)荷，從監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)失穩(wěn)到廣域保護(hù)完成，必須在1 3 s 內(nèi)完成。 1 3 4 大停電防御控制在我國(guó)工程實(shí)踐上的現(xiàn)狀 近年，隨著超高壓電網(wǎng)中無(wú)人站、集控中心站的出現(xiàn)，以及光纖通訊的廣泛應(yīng)用， 使得在地域行政區(qū)劃國(guó)土面積范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)，施行分層分區(qū)統(tǒng)一實(shí)時(shí)控制成為可 能。國(guó)內(nèi)電網(wǎng)在規(guī)劃建設(shè)時(shí)，由于歷史原因就已經(jīng)帶有強(qiáng)烈的行政區(qū)劃色彩。 以南京為例【1 8 1 ，目前南京2 2 0 k v 等級(jí)的變電站有2 8 座分別由3 個(gè)2 2 0 k v 集控中心 站控制。5 0 0 k v 等級(jí)的變電站有4 座由1 個(gè)5 0 0 k v 集控中心站控制，分別是5 0 0 k v 東 善橋變電站、5 0 0 k v 龍王山變電站、5 0 0 k v 三汊灣變電站、5 0 0 k v 回峰山變電站；現(xiàn)階 段實(shí)行集中監(jiān)控、操作，監(jiān)控中心設(shè)在5 0 0 k v 東善橋變電站。由設(shè)在5 0 0 k v 東善橋變 電站的監(jiān)控中心統(tǒng)一施行遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制。 經(jīng)過我國(guó)科研人員近十年廣的共同努力，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)建立了一個(gè)電力大系統(tǒng)的軟件 跟蹤指揮系統(tǒng)簡(jiǎn)稱“數(shù)字電力系統(tǒng) ( d s p ) 的可實(shí)施性的基礎(chǔ)構(gòu)架，整個(gè)d s p 可以看 作是由三道防線構(gòu)成的災(zāi)變防治體系。 近期定位介于第一、第二道防線之間的“江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定實(shí)時(shí)預(yù)警及協(xié)調(diào)防御系 統(tǒng)( e a c c s ) 已由南京南瑞集團(tuán)公司以及江蘇省電力公司【l9 】在全江蘇電網(wǎng)陸續(xù)投入使 用，該系統(tǒng)兼容了穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)的全部過程。 1 4 論文的主要工作 縱觀我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀，在電網(wǎng)相當(dāng)健全的今天( 江蘇電網(wǎng)按抵御n 一1 方式下的故障設(shè) 計(jì)，南京已經(jīng)建成5 0 0 k v 、2 2 0 k v 兩個(gè)電壓等級(jí)的雙環(huán)網(wǎng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)) ，足以威脅到系統(tǒng) 穩(wěn)定的故障必然是類似于某段母線全停、誤切發(fā)電機(jī)組、甚至全站停電、全廠停電等極 端惡性事件。在此類故障下元件保護(hù)必然會(huì)有：線路保護(hù)延時(shí)段動(dòng)作、母差、主變保護(hù) 以及失靈等少數(shù)幾種保護(hù)信號(hào)發(fā)出，這些信號(hào)發(fā)出后往往需要帶大于l o o m s ( 5 個(gè)周波) 的延時(shí)才能出口去跳開相應(yīng)設(shè)備至使極端事件完全發(fā)生【2 0 】 2 。 1 4 1 極端故障下穩(wěn)定控制策略 論文采用以少數(shù)幾種保護(hù)信號(hào)來判定故障的必然發(fā)生，而不進(jìn)行基于電流、電壓量 算法的判別。 然后在l o o m s 左右的時(shí)間段內(nèi)計(jì)算完論文所提的穩(wěn)定策略算法( 涵蓋靜態(tài)與暫態(tài)穩(wěn) 6 碩士論文 大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 定范疇) ，以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的出力、負(fù)荷以及潮流的優(yōu)化控制措施。等待故障事件延時(shí)結(jié) 束后出口跳開關(guān)的同時(shí)也完成基于能量的優(yōu)化控制。 這樣可以做到極端故障事件的跳令與優(yōu)化策略動(dòng)令同時(shí)出口，將最有利于暫態(tài)及動(dòng) 態(tài)穩(wěn)定。這樣這種控制將至遲在故障發(fā)生后1 s 內(nèi)完全介入( 考慮了失靈保護(hù)的延時(shí)整 定) 。使得單一極端故障下能夠通過有選擇的實(shí)時(shí)切除負(fù)荷、出力、線路來使系統(tǒng)在故 障后仍能保持一個(gè)較高的穩(wěn)定裕度，能夠在可能的下一個(gè)連續(xù)性極端故障情況下保持大 系統(tǒng)穩(wěn)定。如果假想的下一個(gè)故障真的發(fā)生了，那么再次通過算法有選擇的實(shí)時(shí)切除負(fù) 荷、出力、線路將故障后系統(tǒng)調(diào)整到一個(gè)可獲得的高穩(wěn)定裕度，以期在可能的下一個(gè)連 續(xù)性極端故障情況下仍能保持大系統(tǒng)的穩(wěn)定。 一 以這種控制策略對(duì)故障下的電網(wǎng)進(jìn)行緊急控制，可以預(yù)見，在任何極端嚴(yán)重故障的 情況下，都可以保證電網(wǎng)最大程度的局部穩(wěn)定，可以最大程度的避免發(fā)生整個(gè)網(wǎng)架崩潰 事故。 本文所涉及的“極端故障 ，是指能夠使系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的事故及異常。 1 4 2 基于控制策略的仿真研究 利用v c + + 語(yǔ)言為手段建立了仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并以經(jīng)典算例為藍(lán)本對(duì)仿真平臺(tái)的正 確性進(jìn)行了驗(yàn)證。在仿真實(shí)驗(yàn)階段，首先對(duì)河南電網(wǎng)“6 2 5 事故重點(diǎn)進(jìn)行了暫態(tài)階段 的仿真分析，驗(yàn)證了論文所提暫態(tài)分析理論的實(shí)際可行性。其次，以0 5 年海南電網(wǎng)崩 潰的實(shí)時(shí)過程及數(shù)據(jù)為背景，在加入控制策略的情況下利用仿真平臺(tái)重演了海南電網(wǎng)故 障的全過程。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在引入論文所提出的大電網(wǎng)極端故障情況下的控 制策略后，海南仿真電網(wǎng)系統(tǒng)雖然經(jīng)歷了和實(shí)際情況相一致連續(xù)故障的分階段反復(fù)打 擊，但最終調(diào)整后的海南電網(wǎng)各參數(shù)依然可以滿足穩(wěn)定運(yùn)行條件，海南電網(wǎng)仍然可以穩(wěn) 定的運(yùn)行。因此論文所提出的電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略，在穩(wěn)態(tài)暫態(tài)階段都得到了很好的驗(yàn)證， 證明該策略是可行的。 1 5 本課題的實(shí)踐意義 上述控制策略想法的提出，正是基于近期電網(wǎng)控制技術(shù)與實(shí)踐新的發(fā)展趨勢(shì)，以及 筆者長(zhǎng)期超高壓一線運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該控制策略是可以在故障發(fā)生后短期內(nèi)完全介入的 新型控制方案。 筆者期望通過這種控制策略的提出，可以給正在探索中前進(jìn)的中國(guó)電網(wǎng)穩(wěn)定控制技 術(shù)，提出一點(diǎn)新的思路。通過初步及以后更加深入的研究，如果能夠完成這種全新控制 策略的涉及穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)的完備理論與實(shí)際的驗(yàn)證，并能最終應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。到那時(shí)， 我國(guó)的電力大系統(tǒng)將真正成為安全的電網(wǎng)；同時(shí)對(duì)于現(xiàn)在正在探索中的全國(guó)電力市場(chǎng)建 設(shè)以及全國(guó)跨區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)工程都能起到關(guān)鍵性技術(shù)的作用。 7 2 穩(wěn)態(tài)控制模型的研究及建立 碩士論文 2 穩(wěn)態(tài)控制模型的研究及建立 2 1 基于經(jīng)驗(yàn)的控制策略探索 在極端故障的情況下，現(xiàn)行的穩(wěn)定計(jì)算方法多采用將系統(tǒng)通過高階數(shù)學(xué)模型等值 后，將各個(gè)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的電流電壓量作為已知量代入并求解數(shù)學(xué)模型，來獲得系統(tǒng)是否穩(wěn) 定的判據(jù)量。但是由于模型階數(shù)高、非線性方程組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且在故障狀態(tài)下電流電壓 值往往是不正確的，所以目前完善的關(guān)于系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)還沒有， 目前引入實(shí)際應(yīng)用的也僅僅限于少數(shù)重點(diǎn)線路的切機(jī)及聯(lián)跳負(fù)荷開關(guān)的小規(guī)模系統(tǒng)。 2 1 1 基于保護(hù)信號(hào)的控制策略 論文擬根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用僅依靠少數(shù)幾種保護(hù)信號(hào)來判定故障的真實(shí)存在及 故障準(zhǔn)確定位、測(cè)距的算法，且盡量避免進(jìn)行繁瑣的基于電流或者電壓的判別。然后在 極短的時(shí)間段內(nèi)計(jì)算完成各種穩(wěn)定策略算法，以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的出力、負(fù)荷以及潮流的優(yōu) 化控制措施。等待故障事件延時(shí)結(jié)束后出口跳開關(guān)的同時(shí)也出口以完成基于能量的優(yōu)化 控制。 這樣可以做到極端故障事件跳閘與優(yōu)化策略實(shí)施同步進(jìn)行( 同時(shí)發(fā)跳閘命令) ，將 最有利于暫態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。這樣這種控制將至遲在故障發(fā)生后很短的時(shí)間內(nèi)完全介入。 使得單一極端故障下能夠通過有選擇的實(shí)時(shí)切除負(fù)荷、出力、線路來使系統(tǒng)在故障后仍 能保持一個(gè)較高的穩(wěn)定裕度，能夠在可能的下一個(gè)連續(xù)性極端故障情況下保持大系統(tǒng)穩(wěn) 定。如果假想的下一個(gè)故障真的發(fā)生了，那么再次通過算法有選擇的實(shí)時(shí)切除負(fù)荷、出 力、線路將故障后系統(tǒng)調(diào)整到一個(gè)可獲得的高穩(wěn)定裕度，以期在可能的下一個(gè)連續(xù)性極 端故障情況下仍能保持大系統(tǒng)的穩(wěn)定。 2 1 2 控制策略的現(xiàn)實(shí)依據(jù) 以上基于保護(hù)信號(hào)的控制策略不是憑空想象或者任意杜撰的，而是基于以下這樣的 長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)事實(shí)，并經(jīng)過認(rèn)真總結(jié)得出的。主要依據(jù)如下。 1 ) 目前系統(tǒng)中針對(duì)元件保護(hù)( 第一道防線) 的技術(shù)是成熟的、可靠的。第一道防 線對(duì)于網(wǎng)架而言就是各種元件的“繼電保護(hù) 和“自動(dòng)裝置”。近年來隨著強(qiáng)化主保護(hù)、 簡(jiǎn)化后備保護(hù)以及重要元件保護(hù)雙重化配置等繼電保護(hù)配置思想地成形，使得簡(jiǎn)單故障 完全可以在5 0m s 內(nèi)被隔離。 特別是經(jīng)過近期普遍實(shí)施的所用直流系統(tǒng)改造工程，保護(hù)用直流電源的可靠性已得 到很大的提升，即使在交流全失的情況下也可保證2 0 小時(shí)以上的直流供給。再加上現(xiàn) 在普遍實(shí)行的保護(hù)雙重化配置思想、以不同廠家不同原理雙套分差作為主保護(hù)的配置思 8 碩士論文 大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 想的落實(shí)?，F(xiàn)在保護(hù)據(jù)動(dòng)的可能性越來越小，幾乎到了可以忽略的地步( 在筆者多年的 一線運(yùn)行實(shí)踐中沒有發(fā)生過一例) 。 2 ) 目前應(yīng)對(duì)大的網(wǎng)域故障或者一般性故障，除了依靠保護(hù)、自動(dòng)裝置的介入外， 主要依靠的還是調(diào)度、運(yùn)行人員的人工對(duì)事故進(jìn)行判斷和處理。不論這種人為的處理是 在何種情況下做出的，按照華東網(wǎng)局的5 1 5 分鐘匯報(bào)制度則，在故障后1 5 分鐘內(nèi)故障 類型、故障測(cè)距、處理方案都必須完成。這也就是講，在現(xiàn)行制度下人工智力的介入時(shí) 間最遲為1 5 分鐘。實(shí)踐證明，在這種情況下人們主要基于裝置信號(hào)量而不是電流電壓 實(shí)時(shí)值的判斷，是極其準(zhǔn)確的高效的。這就證明了，故障情況下整個(gè)系統(tǒng)的故障狀態(tài)， 對(duì)于后臺(tái)自動(dòng)裝置的信號(hào)量是具有能觀性的。 正是基于以上兩點(diǎn)，在高速計(jì)算機(jī)、適當(dāng)?shù)乃惴◣椭?，把第二道防線的動(dòng)作時(shí)間 大大提前，甚至提前到第一道防線的動(dòng)作時(shí)間是可能、可行的。 2 1 3 電網(wǎng)穩(wěn)定控制模型結(jié)構(gòu)概述 隨著電力系統(tǒng)百年的大發(fā)展，其穩(wěn)定控制技術(shù)，也經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的線性控制，到復(fù) 雜的非線性控制的過程，其主要控制方法也日益成熟和復(fù)雜化。在大系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方 面，現(xiàn)在的主流方法采用的是，首先建立系統(tǒng)中各元器件的高階數(shù)學(xué)模型，然后將這些 數(shù)學(xué)模型或經(jīng)過一定簡(jiǎn)化后的模型，采用直解算法或代數(shù)求解方法進(jìn)行計(jì)算。用數(shù)學(xué)數(shù) 值分析的方法，來推演、判斷電網(wǎng)在經(jīng)歷一定的擾動(dòng)后，是否能夠滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài) 及暫態(tài)約束條件。 但是隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，同一系統(tǒng)中所含有的元器件數(shù)量也越來越多，最終 導(dǎo)致采用以上方法的計(jì)算速度放緩。在實(shí)踐中系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算的應(yīng)用，往往被局限于調(diào) 度輔助系統(tǒng)和網(wǎng)架前期驗(yàn)證等領(lǐng)域，而無(wú)法直接應(yīng)用到更核心的實(shí)時(shí)故障恢復(fù)方面，就 是受制于采用常規(guī)建模方法無(wú)法滿足電力系統(tǒng)對(duì)控制快速性的要求( 通常要求在2 0m s 左右就完成所有的計(jì)算及通訊) 。 為了大幅度地提高負(fù)控方案的計(jì)算速度，可以考慮在損失掉一定精確度的前提下， 用如下的計(jì)算方法來達(dá)到高速求解的目的( 對(duì)應(yīng)圖2 1 所示) 。 1 ) 接受故障狀態(tài)的信號(hào)量。啟動(dòng)量采用保護(hù)及自動(dòng)裝置的信號(hào)量、線路保護(hù)速動(dòng) 段動(dòng)作量、距離零序延時(shí)段保護(hù)啟動(dòng)量、開關(guān)失靈信號(hào)、母差啟動(dòng)信號(hào)、遠(yuǎn)跳信號(hào)、切 機(jī)信號(hào)等作為判劇。 2 ) 判斷故障發(fā)生地點(diǎn)、主網(wǎng)即將損失負(fù)荷及出力、故障類型及測(cè)距、更新可控負(fù) 控開關(guān)表及系統(tǒng)故障后主接線圖。 3 ) 以穩(wěn)態(tài)條件下的電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓方程數(shù)學(xué)模型為背景，引入電網(wǎng)穩(wěn)定控制方 案的選擇與判別模型，采用遍歷搜索的模式求出初步的穩(wěn)定控制方案。即，穩(wěn)態(tài)下的快 速負(fù)控方案計(jì)算階段。 9 2 穩(wěn)態(tài)控制模型的研究及建立 碩士論文 4 ) 對(duì)初步方案，進(jìn)行暫態(tài)條件下的選擇與暫態(tài)穩(wěn)定性判別。即，初步穩(wěn)控方案的 快速暫態(tài)穩(wěn)定性篩選階段。 5 ) 發(fā)出穩(wěn)定控制指令。 由于電力系統(tǒng)自身顯而易見的系統(tǒng)龐大性、波動(dòng)過程的復(fù)雜性，以及現(xiàn)行理論的不 充分性，決定了完成上述理論研究步驟不可能一蹴而就，因此論文只特別針對(duì)上述步驟 中的第3 步、第4 步進(jìn)行深入地研究，其他步驟將留在后續(xù)階段的學(xué)習(xí)中完成。 l o 初步故障判 別、及故障后 一次接線預(yù)測(cè) 1r 穩(wěn)態(tài)下的快速負(fù) 控方案計(jì)算 1r 初步穩(wěn)控方 案的快速暫 態(tài)穩(wěn)定性篩 1 r l控制方案的執(zhí)行c 動(dòng)令，i 圖2 1 電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖 碩士論文大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 2 2 數(shù)學(xué)模型的建立 在通常情況下電力大系統(tǒng)故障下的穩(wěn)定控制，主要分為暫態(tài)穩(wěn)定控制階段，以及隨 后的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定控制階段。其中在暫態(tài)控制階段，需要考慮發(fā)電機(jī)及同步電機(jī)的機(jī)電及電 磁暫態(tài)特性，還需要考慮故障可能引發(fā)系統(tǒng)的低頻震蕩、次同步震蕩等因素。并且在暫 態(tài)階段，系統(tǒng)中的各電氣量均呈現(xiàn)出不穩(wěn)定地震蕩或衰減的非線性特性，各量均難以準(zhǔn) 確地量化、跟蹤、反映。在處理大系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算過程中，對(duì)于發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 有七階模型、五階簡(jiǎn)化模型、三階簡(jiǎn)化模型，同樣對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器、電動(dòng)機(jī)等均 是需要采用高階數(shù)學(xué)模型來等值的。因此在暫態(tài)穩(wěn)定控制領(lǐng)域，不論是在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 地建立上、求解高次非線性方程組上還是對(duì)具體物理過程進(jìn)行研究上都是相當(dāng)困難的； 況且時(shí)至今日關(guān)于電力大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性控制的許多理論還不夠完善，還有很多現(xiàn)象無(wú) 法完善地用現(xiàn)有理論進(jìn)行解釋。因此論文，將理論研究重點(diǎn)放在電力大系統(tǒng)故障情況下 的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，在取得階段性成果之后，再在后續(xù)的研究中將模型引入暫態(tài)穩(wěn) 定性控制領(lǐng)域。 2 2 1 進(jìn)入研究范圍各量值的選取 在狀態(tài)控制上，表征系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的穩(wěn)定情況的主要有：電壓穩(wěn)定、線路的過載的 穩(wěn)定、功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定等。根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在綜合考慮到各電氣量之間的相 關(guān)性的強(qiáng)弱，及表征系統(tǒng)穩(wěn)定性能力的強(qiáng)弱等因素后。 論文選取大電網(wǎng)中各樞紐變電站節(jié)點(diǎn)的電壓值( 矢量) 和系統(tǒng)頻率，作為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)定性的觀察量，以此作為系統(tǒng)穩(wěn)定與否的判據(jù)。 由于論文的研究首先基于穩(wěn)態(tài)領(lǐng)域不涉及系統(tǒng)的暫態(tài)過程，因此所計(jì)入研究的各電 氣量值，均假設(shè)是已經(jīng)收斂于穩(wěn)定值的電氣量值，如果出現(xiàn)不能收斂的電氣量值的情況 則判斷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)不能穩(wěn)定。在這種假設(shè)前提下，論文選擇基于能量平衡的原理來構(gòu)架整 個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定控制理論無(wú)疑最為有利的。所以，論文結(jié)合實(shí)際，選取系統(tǒng)中各樞紐變電站、 發(fā)電廠母線節(jié)點(diǎn)的注入功率作為控制量( 有功) ，來對(duì)已經(jīng)判斷為失穩(wěn)狀態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行 基于功率平衡的控制，以使其能夠恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)定性運(yùn)行狀態(tài)。 自此，論文中的各研究量均已確定。狀態(tài)量分別為： 1 ) 樞紐變電站、發(fā)電廠節(jié)點(diǎn)的電壓量e ， 2 ) 系統(tǒng)頻率h 。 控制量為： 1 ) 各樞紐變電站各負(fù)荷開關(guān)p ； 2 ) 各電廠出力p 。 論文考慮各變電站及發(fā)電廠都有足夠的無(wú)功功率儲(chǔ)備，可以根據(jù)需要就地平衡，因 此在仿真過程中不涉及無(wú)功補(bǔ)償過程。 1 1 2 穩(wěn)態(tài)控制模型的研究及建立碩士論文 2 2 2 系統(tǒng)穩(wěn)定性研究目標(biāo)函數(shù)的確定 1 ) 考慮能量守恒公理 根據(jù)能量守恒公理，能量即不會(huì)被消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，只會(huì)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪?種狀態(tài)?，F(xiàn)給出猜想假設(shè)。 假設(shè)2 1 ： 任一慣性、絕熱系統(tǒng)，在損失單一性質(zhì)種類的一定量能量之后，以某種方式補(bǔ)償該 系統(tǒng)同樣單一性質(zhì)種類的等量能量；是該慣性、絕熱系統(tǒng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變的必要條件。 根據(jù)假設(shè)2 1 的命題，當(dāng)一個(gè)區(qū)域性電力大系統(tǒng)在多重極端故障打擊下，損失了相 當(dāng)數(shù)量的電源有功出力；那么該系統(tǒng)必須損失相對(duì)應(yīng)數(shù)量的負(fù)荷才能在最低限度上保證 系統(tǒng)不至于瓦解。 即要求有只也= 0 。 令p ，為由于故障所導(dǎo)致的有功出力損失；p c 為恢復(fù)策略所需采取控制的有功值， 此處的控制主要采取切負(fù)荷和拍停發(fā)電機(jī)。假設(shè)某一故障對(duì)應(yīng)于有n 個(gè)電源點(diǎn)被切除分 別為p 加肋，砌。而基于運(yùn)算需要有m 個(gè)負(fù)荷控制量p c l ，p c 2 ，砌需要被執(zhí) 行才能將系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的情況建立目標(biāo)函數(shù)。 另2 a 。，局2 ， c2 見l ，見2 ，) in mi f 2 蛔( ) = c i x p , , - 兒l ( 2 1 ) ii = 1 t = l i c 是一個(gè)非負(fù)的實(shí)加權(quán)系數(shù)。 2 ) 考慮到各電力系統(tǒng)中的同心松弛理論 考慮到各完好母線節(jié)點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的同心松弛原理，列出目標(biāo)函數(shù)。 名。( ) = 口i p d 卜五 ( 2 2 ) i = 1 式中麓為表征第f 個(gè)母線節(jié)點(diǎn)與故障點(diǎn)之間電氣距離的量，在此以第i 個(gè)母線節(jié)點(diǎn) 與故障點(diǎn)之間的電抗值代替；口是一個(gè)非負(fù)的實(shí)加權(quán)系數(shù)。 3 ) 考慮到負(fù)荷的不同重要程度( 負(fù)荷級(jí)別) 在實(shí)際的電力生產(chǎn)中，對(duì)于負(fù)荷控制是按照該負(fù)荷對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活、國(guó)家 安全的重要程度劃分為三級(jí)進(jìn)行逐級(jí)控制的。與之對(duì)應(yīng)列出目標(biāo)函數(shù)為： 3 ( 只) ：b e i p d 卜五 ( 2 3 ) i = 1 式中丑為對(duì)應(yīng)負(fù)荷的等級(jí)，對(duì)應(yīng)于不同重要程度的負(fù)荷采用不同的系數(shù)；b 是一個(gè) 非負(fù)的實(shí)加權(quán)系數(shù)。 4 ) 最后，考慮到目前江蘇省電力公司關(guān)于事故頻率的規(guī)定( 故障頻率偏差為0 3 h z ， 碩士論文大電網(wǎng)極端故障情況下的穩(wěn)定控制策略研究 廠4 ( ) = k 宰a h 4 ( 乞) ( 2 4 ) 1 0 ， 幽0 3 h z d = 1 ，0 3 h z 0 5 h z 厶。( 只) = i 所一兒l li mf l1 名。( e o ) = 口i 辦卜薯 f 3 ( 只) = 6 l 如卜五 廠4 ( e o ) = k * z h d 10 ， 幽0 3 h z d = 1 ，0 3 h z 0 5 h z 綜合式( 2 1 ) 到( 2 5 ) 列寫綜合系統(tǒng)穩(wěn)定目標(biāo)函數(shù)方程有式。 nmi ( ) = c i 既一兒f + ( i p d l 木以木6 + 訓(xùn)宰誓宰口) + p a h d l ( 2 6 ) ii = 1 t = l l i = 1 可以看出，求解模型穩(wěn)定控制方案的過程就是對(duì)式( 2 6 ) 求最小函數(shù)值即尋優(yōu)的過 程。根據(jù)式( 2 6 ) ，為能夠直觀的找