考博必看--電力系統(tǒng)分析上冊諸駿偉-課程總結(jié)

1、第一章能量管理系統(tǒng).EMS的含義和作用.EMS 是以計算機為基礎(chǔ)的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)，是預(yù)測、計劃、控制和 培訓(xùn)的工具。.EMS主要針對發(fā)電和輸電系統(tǒng)，用于大區(qū)級電網(wǎng)和省級電網(wǎng)的調(diào)度中心。.EMS涉及計算機硬軟件的各個方面。它最終是通過EMS應(yīng)用軟件來實現(xiàn)對電力系統(tǒng) 的監(jiān)視、控制和管理。.EMS的主要內(nèi)容數(shù)據(jù)收集級(SCADA),能量管理級(GMS&OPS)包括實時發(fā)電控制,系統(tǒng)負荷預(yù)測，發(fā) 電計劃(火電調(diào)度計劃),機組經(jīng)濟組合,水電計劃(水火電協(xié)調(diào)計劃),交換功率計 戈U,燃料調(diào)度計劃,機組檢修計劃.網(wǎng)絡(luò)分析級(NAS)包括實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析,網(wǎng)絡(luò) 結(jié)線分析,母線負荷預(yù)測,潮流,網(wǎng)絡(luò)

2、等值,網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視,預(yù)想故障分析,安全約束調(diào) 度,無功優(yōu)化,最優(yōu)潮流,短路電流計算,電壓穩(wěn)定分析,暫態(tài)分析.培訓(xùn)模擬級。.現(xiàn)有EMS存在的問題.EMSE得到了廣泛的應(yīng)用，但目前只停留在分布式獨立計算分析階段，多數(shù)高級應(yīng)用 軟件都需要人工調(diào)用，然后由調(diào)度員進行綜合決策。2).在電網(wǎng)事故狀態(tài)下，沒有良好 的事故分析、定位和恢復(fù)手段.3)電力改革使得情況更加復(fù)雜。.EMS的發(fā)展趨勢針對現(xiàn)有的EMS存在的問題，需加入決策系統(tǒng)，增強、擴充了網(wǎng)絡(luò)分析功能，未來向著調(diào)度 機器人的方向發(fā)展。第二章 電力系統(tǒng)潮流計算.潮流計算的定義電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的 一項基本運算.它根據(jù)給定瓢航的同絡(luò)造構(gòu)

3、及通行 條件來確定整個系統(tǒng)的運行狀態(tài);主要是各節(jié)點電 壓(幅值和相角的絡(luò)中功率分布及功率損耗等.它 既是對電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行方式的合理性、可XeI- TL 金乩 UL. *-U- rt*J b Jkr-L JUL J-Ih?e 曰 d JU d .4潮流算法去種多樣.但一般要滿足四個基本要 求41可靠收斂，5)計算速度快，面使用方便靈 活.仃)內(nèi)存占用量少.它燈也是對潮流算法迸行彈.各種潮流計算的模型和算法的特點、適用范圍以及相互之間的區(qū)別和聯(lián)系。電力系統(tǒng)勰流的基本方程式為5螞七產(chǎn)八=九，3(1)1 - UJ其中*分別為首點導(dǎo)納陣和節(jié)點阻抗陣的相應(yīng)覺索通為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)0宜是一組靠線性方程，一

4、般通過迭代求解，對它（一）高斯塞德爾迭腌法世理，就匕成不同帽姨洗.算法-該算法具有存儲量小，程序設(shè)計簡單的優(yōu)點。但收斂速度慢，階梯式逼近時臺階的高度越來越小，以至于迭代次數(shù)過多。算法特點:1）在系統(tǒng)病態(tài)的情況下（重負荷節(jié)點負電抗支路較長輻射型線路長短線路接在同一節(jié) 點上，且長短線路的比值很大），收斂困難。計算速度緩慢每次迭代速度很快，但由于結(jié)構(gòu) 松散耦合，節(jié)點間相互影響太小，造成迭代次數(shù)增加，收斂緩慢。2） 程序編制簡便靈活（二）、牛頓一一拉夫遜迭代法（N_L）算法特點1）平方收斂，開始時收斂比較慢，在幾次迭代后，收斂得非?？?，其迭代次數(shù)和系統(tǒng)的規(guī) 模關(guān)系不大，如果程序設(shè)計良好，每次迭代的計算

5、量僅與節(jié)點數(shù)成正比。2） 對初值很敏感，有時需要其他算法為其提供初值。3）對函數(shù)的平滑性敏感，所處理的函數(shù)越接近線性，收斂性越好，為改善功率方程的非線 性，實用中可以通過限制修正量的幅度來達到目的。但幅度不能太小。4）對以節(jié)點導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的G_S法呈病態(tài)的系統(tǒng)，N_L法一般都能可靠收斂。牛頓迭代法有明顯的幾何解釋：收斂速度：平方收斂收斂性：局部收斂（三）、PQ分解法潮流N_L法的J陣在每次迭代的過程中都要發(fā)生變化，需要重新形成和求解，這占據(jù)了N_L法的大 部分計算時間，這也是N_L法速度不能提高的原因?？赡苄裕篘_L法可以簡化成為定雅可比矩陣法，如果固定的迭代矩陣構(gòu)造得當(dāng)，定雅可比矩 陣法可

6、以收斂，但只有線性收斂速度。算法特點用兩個階數(shù)幾乎減半的方程組代替原方程組，顯著減少了內(nèi)存量和計算量迭代矩陣為常數(shù)陣，只需形成求解一次，大大縮短每次迭代所需時間迭代矩陣對稱，可上（下）三角存儲，減少內(nèi)存量和計算量4）基于以上原因，該算法內(nèi)存需要量為N_L法的60%，每次迭代所需時間為N_L法的1/5。5）線性收斂，收斂次數(shù)多于N_L法，但總的計算速度任能大幅度提高。6）對R/X過大的病態(tài)條件以及線路特別重載的情況下，可能不收斂，一般適用于110kv及以 上的電網(wǎng)。7）由于算法的精確程度取決于，P-Q分解法的近似處理只影響計算過程，并不影響結(jié)果 的精度。3.影響潮流收斂性的因素以及如何改善潮流計

7、算的收斂性。（如果計算潮流不收斂，應(yīng)該采用何種方法改進）云杰的答案：主要是看潮流方程組本身是否有解，當(dāng)方程組有解或者無實數(shù)解，或者方程組 有解但是算法不夠完善時，潮流計算將不收斂。采用的方法是用數(shù)學(xué)規(guī)劃來求解潮流方程的解即非線性規(guī)劃潮流計算。這樣：1從原理上保證計算過程不發(fā)散。2有解目標函數(shù)趨近于03無解目標函數(shù)停留在不為0的正值上。電力系統(tǒng)潮流計算是求解密元非線性方程 組問題迭代的收斂性是實用者關(guān)心的技術(shù)焦 點。不收斂有兩種情況：-是潮流有解，由于算 法不完善而計算不出來二是給定條件不合理， j 改進潮流收斂性的措施是：m 將緩沖母線和p-v母線虛擬設(shè)到高區(qū)網(wǎng)母線.多機組聯(lián)合承擔(dān)緩沖功率和p

8、 v母踐 的無功功率：(2)對初始潮流條件進行功率平衡檢掂T不平衡量過大時進行頊調(diào)整：臼】診斷環(huán)網(wǎng)丹斷，必要時利用武敏度最低限度調(diào)整發(fā)電功率和負荷，使潮流達到收斂n經(jīng)過改進的潮流軟件在華北、華中、山東(如果計算潮流不收斂，應(yīng)該采用何種方辭嗎y收一:京和8”的不同用合形式會直接影響PQ分解 法的收斂特性不論是理論推導(dǎo)還是實際算例都 證明，在形成朋時，回最好將線路并聯(lián)電納和打點 并聯(lián)電納2倍處理口一般情況下在形成B，時，忽 略線路并聯(lián)電納和節(jié)點并聯(lián)電納,不考慮理想變壓 器變比;在形成E”時,將線路并聯(lián)電納和節(jié)點并聯(lián)第三章 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計狀態(tài)估計的定義環(huán)境噪聲使理想的運動方程無法精確求解。測量系統(tǒng)

9、的隨機誤差，使測量向量不能直接 通過理想的測量方程求出狀態(tài)真值。只有通過統(tǒng)計學(xué)的方法加以處理以求出對狀態(tài)向量的估 計值。這種方法，稱為狀態(tài)估計。.狀態(tài)估計的作用和步驟作用：降低量測系統(tǒng)投資，少裝測點；計算出未測量的電氣量；利 用量測系統(tǒng)的冗余信息，提高量測數(shù)據(jù)的精度（獨立測量量的數(shù)目與狀態(tài)量數(shù)目之比，成為冗余度）。 狀態(tài)估計的流程 3、狀態(tài)估計與潮流計算的關(guān)系潮流計算是狀態(tài)估計的一個特例狀態(tài)估計用于處理實時數(shù)據(jù)，或者有冗余的矛盾方程的場合潮流計算用于無冗余矛盾方程的場合兩者的求解算法不同在線應(yīng)用中，潮流計算在狀態(tài)估計的基礎(chǔ)上進行，也就是說，由狀態(tài)估計提供經(jīng)過加工 處理過的熟數(shù)據(jù)，作為潮流計算的

10、原始數(shù)據(jù)。4各種狀態(tài)估計模型和算法的特點1）基本加權(quán)最小二乘法的估計質(zhì)量和收斂性最好，是狀態(tài)估計的經(jīng)典解法和理論基礎(chǔ)，適 合各種類型的量測系統(tǒng)。缺點是使用內(nèi)存多，計算量大，計算時間長，不適用于大型電力系 統(tǒng)的實時狀態(tài)估計。2）快速解耦法估計質(zhì)量和收斂性能在實用精度范圍內(nèi)與基本加權(quán)最小二乘法相近，而在計 算速度和內(nèi)存耗量方面優(yōu)于基本加權(quán)最小二乘法，很實用，缺點是使用內(nèi)存較多，程序也比 較復(fù)雜。3）僅用支路量測量的唯支路法計算速度快，內(nèi)存省，對于純支路量測系統(tǒng)可以得到滿意的 估計結(jié)果，且運行經(jīng)驗豐富，缺點是不能處理注入型量測量。4）遞推狀態(tài)估計使用內(nèi)存最少，對注入型量測量具有一定的適應(yīng)能力，程序簡

11、單。缺點是 收斂速度慢，計算時間長，估計質(zhì)量差。5）數(shù)學(xué)規(guī)劃法的計算速度慢,但其受不良數(shù)據(jù)的影響較小。正交變換的特點：變換后矩陣 的范數(shù)不變。判斷增加哪些測量點，可以取得最佳的估計效果；提高狀態(tài)估計的數(shù)值穩(wěn)定性。 5 相關(guān)的概念和定義1）通常測量錯誤數(shù)據(jù)分為兩類：一類是穩(wěn)定的錯數(shù)（屬設(shè)備和維修問題）；另一類是在一次 采樣周期中隨機出現(xiàn)的錯誤數(shù)據(jù)（即下一次采樣不一定還是那幾個錯誤數(shù)據(jù)）。狀態(tài)估計現(xiàn)場 安裝后一段時間主要是消除第一類錯數(shù)，或者是設(shè)備損壞，或者是符號相反。隨著狀態(tài)估計 使用時間加長和維護工作的完善，第一類錯數(shù)逐步減少，正常運行中往往開關(guān)狀態(tài)錯誤（測 量錯或無測量）是引起這一類錯數(shù)的主

12、要原因。第二類錯數(shù)是由測量與傳送系統(tǒng)質(zhì)量以及受 到干擾而產(chǎn)生的。2）幾個概念不良數(shù)據(jù)檢測：判斷某次量測采樣中是否存在不良數(shù)據(jù)。不良數(shù)據(jù)辨識：通過檢測確知量測采樣中存在不良數(shù)據(jù)后，確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點位置。不良數(shù)據(jù)估計：不僅能確定不良數(shù)據(jù)具體側(cè)點位置，還能給出不良數(shù)據(jù)估計值。不良數(shù) 據(jù)辨識定量化。狀態(tài)估計修正：根據(jù)不良數(shù)據(jù)估計值，對原來受不良數(shù)據(jù)影響的狀態(tài)估計進行修正，從 而排除不良數(shù)據(jù)的影響，獲得可靠狀態(tài)估計。3）不同水平的檢測與辨識量測量的極限檢查：超出正常運行條件下的可能范圍，而系統(tǒng)又沒有事故或異常。量測量的突變檢查：在平穩(wěn)負荷條件下，某一量測量超過正常變化速率或發(fā)生突變，隨 后下一采樣時

13、刻又恢復(fù)了。量測量的相關(guān)檢查：一個量測量變化后，檢查與其緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)是否也相應(yīng)變化。狀態(tài)估計中的檢測與辨識。4）不良數(shù)據(jù)辨識不良數(shù)據(jù)的估計辨識法應(yīng)該說量測系統(tǒng)辨識不良數(shù)據(jù)的最大能力不會超過冗余圖，而且由于不良數(shù)據(jù)分布 的不均勻性先破壞了局部可觀測性，實際上辨識能力遠遠低于這一數(shù)量。假設(shè)在一次 測量中包含p個不良數(shù)據(jù)，而且由一可靠的檢測系統(tǒng)檢測出S個可疑數(shù)據(jù)，這里不妨用 p和S分別表示不良數(shù)據(jù)和可疑數(shù)據(jù)的集合與數(shù)量，檢測功能可表示為：p g S , p S K ；前一式表示不良數(shù)據(jù)已包含在可疑數(shù)據(jù)中，后一式表示這些不良數(shù)據(jù)可辨識。第四章電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析1.靜態(tài)安全分析的定義凡用來判斷在發(fā)生

14、預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會發(fā)生過負荷或電壓越限的功能稱為靜態(tài)安全分析。 2.電力系統(tǒng)各種運行狀態(tài)的定義及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系安全正常狀態(tài)（secure normal state）、不安全正常狀態(tài)（insecure normal state）、緊急 狀態(tài)（emergency state）和恢復(fù)狀態(tài)（restorative state）。正常狀態(tài)時負荷約束與運行 約束均被滿足的狀態(tài)。不安全正常狀態(tài)指系統(tǒng)存在安全隱患的狀態(tài)。而緊急狀態(tài)指對運行約 束有重大破壞的狀態(tài)。恢復(fù)狀態(tài)是指負荷約束被破壞的狀態(tài)。關(guān)系：3.方法一：1）在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計或歷史統(tǒng)計方面，系統(tǒng)保證對負荷持續(xù)供電的能力，稱為可靠性。它涉及到較長的時間段

15、，是一個長時期持續(xù)供電的平均值概念，為此必須考慮 眾多可能的運行狀態(tài)及各種鼐;2）.統(tǒng)運行方面，:當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，保證對負荷持續(xù)供電的能力，稱為安全性。 它涉及到系統(tǒng)的當(dāng)前現(xiàn)狀和突然發(fā)生的故障，因此是一個時變的或瞬時性的問題。電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和由于倜然事方法二：把兩方面來評價所謂的可靠性事糊靠髀續(xù)用證程的狀為疑就性。認為應(yīng)從下列充裕性（或充裕度adequacy）：指在規(guī)定的（一般指列于檢修計劃之內(nèi)的）或未被規(guī)定的發(fā)電、輸電元件開斷情況下，系統(tǒng)保證充分滿足所有用戶總電能需量的能力；這時不 應(yīng)出現(xiàn)主要設(shè)備違反容量定額與電壓限值的越限現(xiàn)象。安全性（或安全度security）：指 在突發(fā)性故障引起

16、的擾動下系統(tǒng)保證避免發(fā)生不可控連鎖跳閘，或保證避免引起廣泛波及性 供電中斷的能力。充裕性和安全性雖然都涉及系統(tǒng)供電持續(xù)性的中斷，但是充裕性是指一個或少量輸、配 電點因供電能力不夠充裕而引起的供電中斷；安全性則是指眾多的輸、配電點因受到廣泛波 及性的跳閘而引起的大面積供電中斷。在安全性的這一概念下，偶爾或個別的負荷供電中 斷，有時是可以接受的，這主要取決于負荷本身的重要程度。4.電力系統(tǒng)安全分析的內(nèi)容和流程5.各種靜態(tài)等值的原理和特點（1）Ward 等值：或F必采取預(yù)防措施 假想緊急狀態(tài)待恢復(fù)預(yù)吸寸策 顯不超短時負荷預(yù)測校正對策分析顯示校正對策正常狀態(tài)預(yù)想事故評定校正控制緊急控制不安全預(yù)防控制S

17、CADA系統(tǒng)甌絡(luò)模型狀態(tài)估計才安全監(jiān)視寧在線潮流遠動信息外部等值恢復(fù)控制這種配合方法特別適用于在線應(yīng)用。缺陷：1）等值網(wǎng)可能有一個解答，但求解的方法不能使它收斂；2）等值網(wǎng)可能收斂到一個物理上不合理的解答上；3） 等直網(wǎng)可能收斂到一個所需的解答上，但迭代次數(shù)要多于為簡化網(wǎng)；4）等值網(wǎng)解答的準確度可能是難以接受的。Ward等值改進:.并聯(lián)支路的處理（在等值過程中最好不要考慮外部系統(tǒng)的并聯(lián)支路。而這些并聯(lián)支路的 作用可以在邊界的等值注人中，與外部系統(tǒng)的運行狀態(tài)一并考慮）。.保留外部系統(tǒng)中的部分PV節(jié)點（當(dāng)內(nèi)部系統(tǒng)出現(xiàn)事故后，就從這些電壓不變的PV節(jié)點 向內(nèi)部系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)臒o功功率支援）。（3）RE

18、I等值：把外部網(wǎng)中的節(jié)點注入功率加以歸 并，移到外部的一個或少數(shù)幾個節(jié)點上、原來的外部網(wǎng)絡(luò)就變成了無源網(wǎng)絡(luò)，然后再對外部 的無源網(wǎng)絡(luò)進行等值。.故障組的定義故障組由若干具有某種共同特征的故障組成，一個故障可以定義到多個故障 組中。使用故障組的優(yōu)點在于，使用者可以按需要研究其最關(guān)心或?qū)Ξ?dāng)前系統(tǒng)運行威脅最大 的故障，從而提高預(yù)想故障分析的效率，省去大量無實際意義的計算。.預(yù)想事故分析的步驟預(yù)想故障分析的關(guān)鍵在于減少分析的故障數(shù)和加快分析速度。目前的通用算法一般分為 兩步：故障快速掃描（或故障篩選）和故障的詳細分析。故障掃描是對故障集合中的故障進 行預(yù)處理，將其分為兩大類，一類是無需潮流計算即可確定

19、為不會產(chǎn)生越限的“無害”故障， 一類是需要通過潮流計算才判斷其危險程度的“有害”故障。故障的詳細分析是指對故障掃 描篩選后的“有害”故障進行潮流分析，以準確判別故障后的系統(tǒng)潮流分布及其危害程度。 采用的算法為交流潮流分析。為提高潮流計算的速度，預(yù)想故障分析的潮流中大量利用稀疏 向量技術(shù)、部分因子表修正技術(shù)以及子網(wǎng)潮流法，以加快計算過程，提高計算效率，同時對 潮流算法進行了實用化改進，以提高收斂性。第五章 電力系統(tǒng)復(fù)雜故障分析.相分量法和序分量法各自的特點，以及相互的區(qū)別和聯(lián)系相分量是客觀存在的。相分量法能夠準確地反映電力網(wǎng)絡(luò)的所有實際問題，故障處理方 法直觀實用。由于相坐標空間里元件參數(shù)存在耦

20、合的問題，相分量計算方法的計算量比較大， 同時復(fù)雜的耦合關(guān)系也使得相分量法在網(wǎng)絡(luò)處理上不同于單相的情況，比采用單相網(wǎng)絡(luò)的分 析計算技術(shù)要困難得多。方便的系統(tǒng)運行描述和準確地系統(tǒng)參數(shù)仿真是相分量法最大的優(yōu) 勢。序分量是相分量經(jīng)過數(shù)學(xué)變換得到的。序分量法通過坐標變換使在相坐標空間存在三相 耦合關(guān)系的對稱元件在序分量坐標空間得到解耦，在完全由對稱元件組成的系統(tǒng)中，耦合的 三相網(wǎng)絡(luò)可以等效成三個獨立的序分量對稱網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)分析方面與三個單相網(wǎng)絡(luò)相同，可 以使用單相網(wǎng)絡(luò)分析的方法進行處理，并且能夠大幅度簡化計算。序分量法因為模型簡單、 算法組織性強和計算速度快而得到了更廣泛的認同，在更多的實用化的電力系統(tǒng)分析計算軟 件包中得到了應(yīng)用。序分量法中，最為經(jīng)典的就是對稱分量法。對稱分量法可以十分方便地通過序網(wǎng)連接方 式的改變來仿真單一不對稱簡單故障，但是對于任意復(fù)雜故障，序網(wǎng)的邊界條件不易實現(xiàn)， 同時序網(wǎng)的連接方式隨故障的不同而變化，不利于程序的實現(xiàn)。相分量法能夠輕松地處理任 意的復(fù)雜故障，程序?qū)崿F(xiàn)也極其方便。對于一些不對稱的情況和不對稱元件，都會使元件在 序分量坐標空間的解耦失效，從而不能實現(xiàn)序網(wǎng)的分離。序分量法的應(yīng)用因此遭到嚴重影響， 即使簡單故障的分析也不能采用序分量