動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)課程第五章

1、動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)課程講義(HAVC)電壓混成自動(dòng)系統(tǒng)的研究胡偉電力系統(tǒng)電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究一、引言二、電壓混成三、靜態(tài)電壓混成四、動(dòng)態(tài)電壓混成系統(tǒng)的研究的研究方案五、東北電網(wǎng)自動(dòng)電壓六、結(jié)論電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究一、引言我國(guó)電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展z發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量分居世界第二位；z三峽工程的建設(shè)，勢(shì)必將建立起的互聯(lián)電網(wǎng)；z我國(guó)正在逐步推行電力市場(chǎng)機(jī)制；范圍電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究電壓研究的重要意義z電壓水平和電壓質(zhì)量；z電壓的防治和穩(wěn)定性的；z無(wú)功優(yōu)化潮流的逼進(jìn)；電壓混成所要解決的三大主要問(wèn)題。電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究綜合指標(biāo)：電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量、電壓

2、安全穩(wěn)定性、頻率（功角）安全穩(wěn)定性、網(wǎng)損最小化、How?巨型條件變分問(wèn)題！No Way！如何解決？唯有復(fù)合目標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化的混成!電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀z電壓穩(wěn)定性分析的研究四十年代初靜態(tài)的問(wèn)題七十年代末期從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行研究靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析基于潮流方程的靜態(tài)分析法動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析基于微分方程的分析法該領(lǐng)域的研究工作遠(yuǎn)未成熟，需進(jìn)行更深入的研究并加以發(fā)展電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z電力系統(tǒng)電壓的研究電壓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)Vp參與因子無(wú)功功率QVp´發(fā)電機(jī)(i)設(shè)定值U0´區(qū)域控制中心機(jī)端電壓V電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)電機(jī)(i+1)發(fā)電機(jī)

3、(i+2)發(fā)電機(jī)單元電壓示意圖電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究多級(jí)電壓考慮系統(tǒng)范圍內(nèi)的運(yùn)行。電壓仍是電壓多級(jí)系統(tǒng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。層 次作用特點(diǎn)三級(jí)電壓在保障全系統(tǒng)安全 運(yùn)行條件下確定各 區(qū)域內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)定值全系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)調(diào)時(shí)間常數(shù)：十幾小時(shí)電壓確定本 區(qū)域內(nèi)各 發(fā)電機(jī)的AVR的電壓設(shè)定值及調(diào)壓變壓器分接頭位置本區(qū)域內(nèi)的協(xié)調(diào)時(shí)間常數(shù)：幾十秒幾分鐘一級(jí)電壓發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及自動(dòng)調(diào)壓器分接頭動(dòng)作局部的分散時(shí)間常數(shù)：零點(diǎn)幾秒幾十秒電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究電壓安全對(duì)象小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定利用運(yùn)行點(diǎn)與電壓分岔點(diǎn)之間的距離作為穩(wěn)定裕度指標(biāo)有其明顯的局限性電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究主要工作

4、內(nèi)容1、建立電壓混成自動(dòng)系統(tǒng)理論體系以“”為驅(qū)動(dòng)主體復(fù)合目標(biāo)優(yōu)化調(diào)控z電壓水平z電壓穩(wěn)定性具有分層的結(jié)構(gòu)z電壓動(dòng)態(tài)品質(zhì)z無(wú)功優(yōu)化潮流（網(wǎng)損極小化）電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)和意義z將不滿足復(fù)合目標(biāo)中的任意狀態(tài)定義為“”；z調(diào)控目的是消除；z消失意味著復(fù)合優(yōu)化目標(biāo)的滿足；z使多目標(biāo)優(yōu)化變得切實(shí)可行電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究2、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)選取的新方法3、實(shí)現(xiàn)方式4、形成不同性質(zhì)的自動(dòng)選取合適調(diào)控的判別準(zhǔn)則5、各種優(yōu)化調(diào)控方式的算法6、設(shè)計(jì)了基層AVC裝置實(shí)現(xiàn)方案7、東北系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的可行性方案研究電壓混成自動(dòng)二、電壓混成(HAVC)系統(tǒng)的研究系統(tǒng)混成系統(tǒng)基本概念z混成系統(tǒng)的定

5、義凡是系統(tǒng)自身具有分層結(jié)構(gòu)，并且其行為結(jié)果來(lái)自于離散系統(tǒng)和連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的相互作用的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)就可稱為混成系統(tǒng)電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z混成G系統(tǒng)模型L（層）SU(t)SC(t)中間層（操作層）uD(t)xC(t)底層（受控層）u(t)y(t)混成系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究電壓混成z電壓混成（HAVC）系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖信息反饋信息反饋信息反饋指令指令指令操作指令操作指令信息反饋信息反饋操作指令信息反饋基層基層發(fā)電廠、變電站及FACTS裝置 自身反饋電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 電壓混成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖調(diào)度員操作數(shù)據(jù)通訊電壓混成自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓混成z關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的選取(HAVC)系統(tǒng)的研究的兩個(gè)首要

6、問(wèn)題關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的選擇原則：代表該區(qū)電壓水平對(duì)系統(tǒng)電壓安全裕度靈敏度強(qiáng)對(duì)無(wú)功潮流有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用Step 1.在擾動(dòng)下，調(diào)節(jié)無(wú)功電源®系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的電壓偏移為零，全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓偏移最小®關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的“候選節(jié)點(diǎn)”；電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究電力系統(tǒng)的線性化模型SGL ù éDVGDQéSGGùéù=GêSú êDV úêDQúSëû ëûëûLGLLLLDV = SSDQ -SSDV-11LL

7、LLGLLLLGG選擇若干節(jié)點(diǎn)，使得滿足DV= CDV = CS D- CS SDV= 0-1Q1PLLLLLLLGGmin DVLTDVTLT為對(duì)角權(quán)距陣選出的節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究Step 2.計(jì)算系統(tǒng)收斂潮流算法中的矩陣J的最小模特征值，同時(shí)求得相對(duì)各候選節(jié)點(diǎn)的電壓的靈敏度；DqéDP ù = é HNù × éùnn-rêDQúêMLúêDVV úëûëû ëû

8、nn-rDY = J × DXDY = DP ,L, DP , DTn-r1nDX = Dq ,L, Dq , DVV , L, DVTVn-rn-r1n11電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究計(jì)算J矩陣的最小模特征值lmin，同時(shí)求得lmin相對(duì)狀態(tài)變量 DUi的靈敏度：Ui× é ¶ Jù × uvTê ¶ xúminmin¶ l ëi û= min ¶ x× uvTminiminStep3.進(jìn)行綜合校驗(yàn)電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z電壓調(diào)控類型與

9、選擇環(huán)節(jié)xPkxDPkxk電壓調(diào)控類型與選擇框圖穩(wěn)態(tài)電壓混成中長(zhǎng)期電壓混成暫態(tài)電壓混成電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究數(shù)據(jù)離散化處理環(huán)節(jié)TD : xP (t) ® xDP k xk = U ( x k , xk , x k )TDP1i2i3iiÎaPx1i k = -1,x2i k = -1,x3i k = -1,0, 10, 10, 1關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)i的電壓狀態(tài)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)i的電壓減小速度關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)i的電壓增長(zhǎng)速度電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究系統(tǒng)電壓調(diào)控類型環(huán)節(jié)= EZxykZ kZ (DxP Z xk)k)= OZ (=)ìïï穩(wěn)態(tài)電壓3)I

10、Iîì2P3PïPïy k=others動(dòng)態(tài)電壓loníZïif³ a3a³(cU)c3)ï2P3Pï暫態(tài)電壓ifïPtrac2 < a3PI) b2 ³( aP(22)íïî(ïU c < a3I) b ³( aî3P3P電壓混成自動(dòng)三、靜態(tài)電壓混成靜態(tài)電壓混成(HAVC)系統(tǒng)的研究的研究系統(tǒng)靜態(tài)電壓最高層電壓調(diào)控選擇離散電壓安全性驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié) 驅(qū)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)電力系統(tǒng)狀態(tài)x(t)靜態(tài)電壓混成系統(tǒng)框圖中層靜態(tài)

11、電壓中間層控uG(t)制指令uS(t)uT(t)指令電壓混成自動(dòng)靜態(tài)電壓混成最高z面向電壓安全性的面向電壓安全性的“(HAVC)系統(tǒng)的研究層與調(diào)控”條件lk - lk > Dl無(wú)ìPififrefminEk = ísconminsafelk - lk £ DlsafePrefmin出現(xiàn)î snonminsafe面向電壓安全性的調(diào)控環(huán)節(jié)¶lk a Pa Pmin z = k( Dlk - å(min) × DV k ) + å DV k ¶VPiPii =1i =1Pi電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研

12、究z面向運(yùn)行面向運(yùn)行性的性的“與調(diào)控”條件Slossk > SecoìPifif出現(xiàn)k =econEíSk £ SecoîPenon無(wú)losseco面向運(yùn)行性的調(diào)控環(huán)節(jié)ì minJ ( x k , u k )f ( x k , u k ) = 0h ( x k , u k ) £ 0ïuí s .t .ïî電壓混成自動(dòng)靜態(tài)電壓混成中間(HAVC)系統(tǒng)的研究層z發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無(wú)功補(bǔ)償器節(jié)點(diǎn)的電壓ù éDVD kùéBDDêBé&#

13、249;úBDPBDGBDS00ú êDVkúêBBB- êú êú = êúPDPPFGPSPêBú êDVk úêDQ kúBBBêGDGPGGGSú êGúêGúû ëDVS kûëDQS kûë BSDBSPBSGBSSi = 1,L,aDVDVk = V set k - Vk SiSiSiSi =

14、1,L,ak = Vk - Vsetk GiGiGiG電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究é ùDéùéùBBPGBPSV k0êPPúPêúêú- êBGPBGS ú êDVG kú = êDQG kúBGGê ú êDV kúêDQ kúë BSPBSGBSSû ëûëûSSD V k = Vk

15、- Vk i = 1,L, lrefsetGiGiGiD V k = Vk - Vk i = 1,L, jrefsetSiSiSiì1T1Tïmin2 (DVG k)Rk(DVG k) + 2 (DVS k)Zk(DVS k)íïs.t.DV k - SDV k -TDV k = 0îPPGGPSSDUG k DUS k 求出 li ( i = 1,L, m)，從而得到和。電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z調(diào)壓變壓器節(jié)點(diǎn)電壓é¶Q k ùé¶Q k ùQ k =DUk +Dtk =

16、0 P P¶ tT k êúêúP¶UT k PëûëûPDUP k = TPt k Dtk Dt k = t set k - t k i = 1,L, giii-1éù¶Q k é¶QP k ù = -é¶QP k ùT k = -1Lk Pêúêúêú¶UT k ¶ tT k ¶ tT k PtPPë&#

17、251;ëûëûPDt k = t ref k - t set k i = 1,L, giii電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究ìmin1 Dt T k W k Dt k 2ïíïs.t.DU k - T k Dtk = 0îPPtL = 1 Dt TW k Dt k + åm l (DUk - Tk Dt k )iPiPiti2i =1¶L = -W k Dt k - åm l T= 0¶Dt¶L¶liPiSi =1= DUk - TDt k

18、= 0i = 1,L, mPiPitiiDtk 。求出 li ( i = 1,L, m)，從而得到電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究靜態(tài)電壓混成底層底層B接受中間B通過(guò)自身器層底操作指令器的反饋B完成指令以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)消除最系統(tǒng)的安全的離散運(yùn)行。，從而實(shí)現(xiàn)電力電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究基層發(fā)電廠AVC結(jié)構(gòu)圖比較發(fā)電機(jī)給定值中間層指令處理單元指令接口發(fā)電機(jī)給定值發(fā)電機(jī)給定值人機(jī)接口器電壓混成自動(dòng)四、動(dòng)態(tài)電壓混成(HAVC)系統(tǒng)的研究的研究電力系統(tǒng)元件數(shù)學(xué)模型z發(fā)電機(jī)模型d&= w - wii0wwDw& i (w- w )=-P- 0 P 0 imieii0MMMiiiz靜態(tài)

19、負(fù)荷模型P= P A+ B+ BV ) + C ) NP) NQ(V V(VD0P0P0P A (V V0Q0電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z感應(yīng)電模型s& = 1 (T- T )轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程meJ動(dòng)態(tài)電壓混成系統(tǒng)框架離散x(t)x(t)中長(zhǎng)期電壓混成系統(tǒng)框架圖電壓混成自動(dòng)最高管理指揮層z電力系統(tǒng)線性化環(huán)節(jié)(HAVC)系統(tǒng)的研究(=f(x )0&t(xt ),yt () x0D&A=C×× Dx +× DBD ×yD y( =g (xt),(ty=D+xz最小模特征值分析環(huán)節(jié)lìï® l:Tk k

20、RminDPliflk>1minlsafesafe電壓安全穩(wěn)定性分析0 l k =DPíl³if l >min kalertï-llif³1 k îalertmin電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究z面向穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的判別準(zhǔn)則和調(diào)控方案k),lk=E (xkx(DEDEDPDP H k=-k 1kx)uH )O=ifìuk (x,kxDDEDEHìïïPimpïïïl(k = 1)DPïkl()DP=(0Ix)= 0I(x=( 0(xIk >-

21、k1M )ifí ifï volvoxl)不需要控制，即無(wú)事件kl(=vol kîifìDPk l( )k =x -k1 ¹ïPMx-) k穩(wěn)定性不滿DPvolvolk= ïíxíïïacc足1要求)£x -) I£ k(îxì( I kdeck1ixn(cinc)DEdecl k =if(-1)(volïDPklDPïiïfP0=k<-kï) Ixvoxl1)1M 穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)品質(zhì)均不滿足1 要)求)

22、ïíl0= ) xI( k = x -k ¹bad (ifïïîï k)DPvolvolixnc(x ïî£x-)£ kx-kIkdeck1IdecincPacc70：無(wú)1：發(fā)電機(jī)調(diào)整2：無(wú)功補(bǔ)償3：低壓切負(fù)荷4：發(fā)電機(jī)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償5：無(wú)功補(bǔ)償?shù)蛪呵胸?fù)荷PbadPbadPbadPimpPbadPPbadPimpPbadimp6：低壓切負(fù)荷發(fā)電機(jī)調(diào)整7：發(fā)電機(jī)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償?shù)蛪呵胸?fù)荷P3accPimpPimpPbad0Pimp&Pacc環(huán)節(jié)輸出函數(shù)圖離散電壓混成自動(dòng)z人機(jī)接口環(huán)節(jié)該

23、環(huán)節(jié)對(duì)調(diào)度輸入時(shí)，最(HAVC)系統(tǒng)的研究的的指令賦予最高權(quán)限，即有輸出即為調(diào)度員的輸入；若沒(méi)有輸入時(shí)，最的輸出等于離散控制環(huán)節(jié)的輸出。if (uuser k = 8)if (uuser k ¹ 8)ìuk k =DuíHîuuser k 電壓混成自動(dòng)中間管理操作層z靈敏度計(jì)算環(huán)節(jié)(HAVC)系統(tǒng)的研究× ¶J( l , a ) × uv Tr¶l¶a¶arr=¶J( l , a ) ) × u× ( I -v Tr¶lrrz決策環(huán)節(jié)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)勵(lì)磁電壓給定

24、值的l¶k aGaGåål¢DE ¢ k min z = k (d-k ) -() × DEk +wmin¢¶GsafeminGiGiGiEi =1i =1Gi¢¢¢¢ì£k + Dk £ EEMINEEMAXïGii = 1,L,aGiGiGiíD£ DGïEkEMAXGiGi電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究無(wú)功補(bǔ)償器節(jié)點(diǎn)電壓給定值的¶l ka S( d-l

25、 - åz=)min ×) V(D+min kkkSsafemin¶Vi =1i =1Siì £ k +DV k£VMINVMAXVL aSiSi k £SiSii =1,íDîVDSMAXVSiSi切負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的切負(fù)荷量的¶l k a La L - å)min ×) P(D+å w= k( d-lDP kminzkkLsafemin¶PLiLiLii =1i =1Litg / f £maPxìï P- kDQMIN;MINLi

26、P kLiLiLiLii =L a L1,íDåP k £DPMAXïLiLîLiÎa電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究動(dòng)態(tài)電壓混成底層B接受中間B通過(guò)自身層底操作指令器的反饋B完成指令以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)消除最的離散，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保電壓動(dòng)態(tài)品質(zhì)。電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究五、東北電網(wǎng)自動(dòng)電壓東北電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的研究群林l 500kV系統(tǒng)總的補(bǔ)償度約為0.89（部頒標(biāo)準(zhǔn)0.9）；z補(bǔ)償度分布不均衡，與220kV電網(wǎng)中無(wú)功交換量較大;z歷史久，設(shè)備老舊，電廠建設(shè)與電網(wǎng)建設(shè)不同步，網(wǎng)架比較薄弱；方正伊敏電廠永源大慶哈

27、南七臺(tái)河馮屯北部電網(wǎng)合心包家中部電網(wǎng)雙遼電廠梨樹(shù)東豐鐵嶺電廠南部電網(wǎng)沙嶺z目前無(wú)功采徐家遼陽(yáng)王石元寶山電廠取分層分區(qū)就地平衡的原則，沒(méi)有做到整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)董家的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)；華北電網(wǎng)南關(guān)嶺綏中電廠東北500kV電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖電壓混成自動(dòng)?xùn)|北電網(wǎng)電壓混成(HAVC)系統(tǒng)的研究方案指令（事件驅(qū)動(dòng)）中層信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊（）操作基層信息指令及基層發(fā)電廠、變電站及FACTS基層發(fā)電廠、變電站及FACTS設(shè)備自身反饋電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究東北電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的選取東北電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度表北部電網(wǎng)中部電網(wǎng)南部電網(wǎng)母線節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度母線節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度母線節(jié)點(diǎn)電壓靈敏度2H哈南510.008762J東豐5

28、10.010032L徐家510.008812H永源510.008752J雙廠510.009722L南關(guān)510.008562H方正510.008322J合心510.009662L遼陽(yáng)510.007892H七TH510.008132J四變510.009582L王石510.007882H木斯510.008092J包家510.009422L沙嶺510.007852H大慶510.007232L董家510.006872H馮屯510.006072M元寶510.006782M伊敏510.002732L綏中510.004782L綏中520.00478電壓混成自動(dòng)(HAVC)系統(tǒng)的研究東北電網(wǎng)研究系統(tǒng)信息初始狀態(tài)

29、常規(guī)電壓電壓混成常規(guī)電壓電壓混成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)哈南1.036501.064611.065401.088951.09114合心1.039131.058391.059001.081641.08352遼陽(yáng)1.047131.062891.063091.082151.08310節(jié)點(diǎn)雙廠0.974510.950310.953610.967110.97291綏中1.00001.004600.999901.02661.01480鐵LB0.996301.005800.984201.015400.98680伊敏0.960571.010771.011971.031571.03427元寶1.000001.011801.04561.021701.05760最小模特征值幅值數(shù)值0.587630.61