華電電力系統(tǒng)自動(dòng)化第17講調(diào)度自動(dòng)化3靜態(tài)安全分析和安全評(píng)定

1、華電電力系統(tǒng)自動(dòng)化第17講調(diào)度自動(dòng)化3靜態(tài)安全分析和安全評(píng)定靜態(tài)平安分析8/25/20222電力系統(tǒng)的可靠性、平安性和穩(wěn)定性可靠性:電力系統(tǒng)元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的可能性 系統(tǒng)在長的運(yùn)行周期中工作正常的概率表示在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)幾乎不中斷地為用戶提供足夠的電力供給的能力平安性電力系統(tǒng)在意外事件下不中斷用戶電力供給的能力平安性與系統(tǒng)對(duì)意外事件的魯棒性有關(guān)，并取決于系統(tǒng)的運(yùn)行條件以及意外事件的發(fā)生概率穩(wěn)定性擾動(dòng)后系統(tǒng)整體性的維持能力取決于系統(tǒng)的運(yùn)行條件和擾動(dòng)的性質(zhì)8/25/20223電力系統(tǒng)的可靠性、平安性和穩(wěn)定性可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的總體目標(biāo)為保證可靠性，系統(tǒng)絕

2、大局部時(shí)間必須是平安的為保證平安性，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，同時(shí)必須對(duì)其他不能歸類為穩(wěn)定問題的偶然事件是平安的，如設(shè)備損壞、桿塔倒塌或者人為破壞等也可從后果來區(qū)分平安性和穩(wěn)定性兩個(gè)具有一樣穩(wěn)定裕度的系統(tǒng)，如果一個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)的后果比另一個(gè)更差，那么前者的平安性相對(duì)較差平安性和穩(wěn)定性是時(shí)變的，可以通過對(duì)特定運(yùn)行方式的研究進(jìn)展判斷可靠性是一段時(shí)間內(nèi)的平均性能，只能通過對(duì)一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)性能的整體考慮進(jìn)展判斷8/25/20224電力系統(tǒng)的可靠性、平安性和穩(wěn)定性NERC北美電力可靠性協(xié)會(huì)可靠性是評(píng)估電力系統(tǒng)按可承受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不連續(xù)地向用戶供電的能力的度量指標(biāo)可靠性包括概率充分性和概率穩(wěn)定性兩個(gè)方面概率充

3、分性是指電力系統(tǒng)考慮方案內(nèi)和非方案內(nèi)元件停運(yùn)時(shí)，為用戶不連續(xù)地提供電力和電量的能力。概率充分性也常指靜態(tài)可靠性，也就是在靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿足用戶電力和電量的能力。概率穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動(dòng)(例如突然短路或非方案地失去系統(tǒng)元件)的能力概率穩(wěn)定性有時(shí)也稱動(dòng)態(tài)可靠性，也就是在動(dòng)態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動(dòng)并不連續(xù)地向用戶提供電力和電量的能力8/25/20225電力系統(tǒng)的可靠性、平安性和穩(wěn)定性平安性分析即確定系統(tǒng)對(duì)預(yù)期發(fā)生的擾動(dòng)的魯棒性要求1：系統(tǒng)在擾動(dòng)發(fā)生后能夠到達(dá)新的運(yùn)行狀態(tài)，并且在該狀態(tài)下滿足所有必須的約束要求2：系統(tǒng)在向新的運(yùn)行狀態(tài)過渡的過程中不發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象對(duì)要求1的驗(yàn)證

4、稱為靜態(tài)平安分析，對(duì)要求2的驗(yàn)證稱為動(dòng)態(tài)平安分析因此，穩(wěn)定性分析是平安性分析的一個(gè)組成局部，也進(jìn)而是可靠性評(píng)估的一局部8/25/20226電力系統(tǒng)的可靠性、平安性和穩(wěn)定性電力系統(tǒng)中目前的平安性分析基于確定性方法設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)要求系統(tǒng)能夠承受一系列正常擾動(dòng)N1準(zhǔn)那么比正常擾動(dòng)更嚴(yán)重的擾動(dòng)依靠切機(jī)、切負(fù)荷以及解列等緊急控制措施主要缺乏之處認(rèn)為所有的擾動(dòng)具有一樣的發(fā)生概率和一樣程度的后果開展方向：基于風(fēng)險(xiǎn)的平安性評(píng)估考慮運(yùn)行方式和事件發(fā)生的概率，定量分析和研究系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)電力系統(tǒng)面臨的不確定性因素，給出可能性與嚴(yán)重性的綜合度量 8/25/20227電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的數(shù)學(xué)模型 等式約束和不等式約束節(jié)點(diǎn)功

5、率平衡條件節(jié)點(diǎn)電壓幅值約束發(fā)電機(jī)功率出力約束各支路線路、變壓器潮流約束8/25/20228電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的數(shù)學(xué)模型等式約束不等式約束x是狀態(tài)變量。取為節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角u是控制變量，可選為發(fā)電機(jī)有功、無功出力，變壓器變比，可投切的電容器，等等8/25/20229電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的分類正常狀態(tài) ：同時(shí)滿足等式約束和不等式約束平安正常狀態(tài)：正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受一個(gè)合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，系統(tǒng)仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警狀態(tài) ： 正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受規(guī)定的合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，有預(yù)想事故使系統(tǒng)不滿足不等式約束緊急狀態(tài)：滿足等式約束，但不滿足不等式約束待恢復(fù)狀態(tài)：有局部地區(qū)違

6、反了等式約束 8/25/202210電力系統(tǒng)平安控制的分類平安控制：指系統(tǒng)工作在某一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為了提高其平安性，所擬訂的防止事故，預(yù)防事故的對(duì)策措施 預(yù)防控制Preventive Control 校正控制Corrective Control 緊急控制Emergency Control 恢復(fù)控制Restorative Control8/25/202211電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移8/25/202212電力系統(tǒng)靜態(tài)平安分析中的潮流算法要對(duì)大量開斷故障進(jìn)展潮流計(jì)算以便確定事故發(fā)生后系統(tǒng)是否會(huì)進(jìn)入靜態(tài)緊急狀態(tài) 實(shí)時(shí)應(yīng)用對(duì)潮流計(jì)算的快速性有很高的要求速度和精度的協(xié)調(diào)直流潮流 vs 交流潮流 8/25/

7、202213直流潮流法的近似處理對(duì)于輸電線ij，支路有功潮流忽略電阻rij，那么:忽略支路對(duì)地電容很小，令8/25/202214直流潮流法支路方程:節(jié)點(diǎn)方程:B0陣的元素:PiPi1Pik8/25/202215直流潮流法的特點(diǎn)求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1階方程，計(jì)算速度快DC潮流只能計(jì)算有功潮流的分布，不能計(jì)算電壓幅值，有其局限性DC潮流要滿足假設(shè)條件 (1)rijxij (2)相鄰母線的相角差很接近 (3)各母線的電壓在額定值附近 (4)支路對(duì)地電容很小8/25/202216在線潮流各種平安和經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算的數(shù)據(jù)源頭內(nèi)含外部網(wǎng)絡(luò)等值短期/超短期負(fù)荷預(yù)報(bào)不平衡功率分配潮流計(jì)算8/25

8、/202217外網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)劃分為什么？ 外網(wǎng)實(shí)時(shí)信息不可用； 計(jì)算規(guī)模限制； 保證內(nèi)網(wǎng)操作計(jì)算的精度8/25/202218外網(wǎng)等值(續(xù))邊界匹配通過內(nèi)網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算出邊界節(jié)點(diǎn)的電壓VB ；將邊界節(jié)點(diǎn)作為V節(jié)點(diǎn)，對(duì)等值后的網(wǎng)做潮流計(jì)算，計(jì)算出邊界注入潮流；將邊界節(jié)點(diǎn)作為PQ節(jié)點(diǎn)，重新進(jìn)展潮流計(jì)算，得到在線潮流結(jié)果。8/25/202219在線潮流-未來方式在線潮流的三個(gè)數(shù)據(jù)源：歷史、現(xiàn)在和未來負(fù)荷預(yù)報(bào)為分析未來潮流做準(zhǔn)備最重要的一個(gè)應(yīng)用：預(yù)先分析未來短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的變化和操作8/25/202220在線潮流-模擬調(diào)度操作模擬開斷線路、變壓器、發(fā)電機(jī)組和各種倒閘操作模擬出力和負(fù)荷調(diào)整模擬機(jī)組開斷及出

9、力和負(fù)荷調(diào)整時(shí)，應(yīng)考慮功率缺額或余額在其它機(jī)組間的再分配平安分析的好工具8/25/202221靜態(tài)平安評(píng)定8/25/202222大電網(wǎng)平安防御體系第一道防線在常見的單一故障被正常去除時(shí)-加強(qiáng)電網(wǎng)構(gòu)造(遠(yuǎn)期的預(yù)防性控制)-有效的預(yù)防性控制措施-快速可靠的繼電保護(hù)第二道防線在概率較低的嚴(yán)重故障下,可損失局部電源和負(fù)荷,但必須保持系統(tǒng)穩(wěn)定-切機(jī)、切負(fù)荷、FACT等緊急控制措施第三道防線在概率很低的多重嚴(yán)重故障下,允許失穩(wěn),但應(yīng)防止大停電,并盡量減少損失-失步解列-低頻、低壓減載等緊急控制措施8/25/202223三道防線措施實(shí)施的不同時(shí)刻預(yù)防控制檢測到故障后緊急控制檢測到越規(guī)后極端緊急控制8/25/

10、202224穩(wěn)定域每道防線的作用穩(wěn)定域穩(wěn)定域穩(wěn)定域穩(wěn)定域穩(wěn)定域故障發(fā)生加強(qiáng)電網(wǎng)預(yù)防控制繼電保護(hù)檢測到故障檢測到越規(guī)小概率特別嚴(yán)重故障嚴(yán)重故障一般故障第一道防線第二道防線第三道防線t8/25/202225電力系統(tǒng)靜態(tài)平安評(píng)定 X在某一預(yù)想事故下，考察系統(tǒng)的靜態(tài)平安性支路電流過載母線電壓越限喪失負(fù)荷8/25/202226電力系統(tǒng)靜態(tài)平安評(píng)定(續(xù)) 自動(dòng)故障選擇定義：按元件故退出運(yùn)行(開斷)對(duì)系統(tǒng)平安性影響的嚴(yán)重程度排序被開斷的元件串聯(lián)支路輸電線和變壓器并聯(lián)支路發(fā)電機(jī)和負(fù)荷 嚴(yán)重程度指標(biāo)有功支路過負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓越界 喪失負(fù)荷8/25/202227交流開斷潮流思路基態(tài)網(wǎng)絡(luò)開斷元件8/25/202228不

11、同的開斷處理支路線路，變壓器開斷網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造發(fā)生變化，迭代矩陣改變，注入功率不變發(fā)電機(jī)，負(fù)荷開斷網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造不變化，只改變注入功率8/25/202229發(fā)電機(jī)開斷的模擬 當(dāng)發(fā)電機(jī)開斷時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電功率缺乏以供給有功負(fù)荷需要，系統(tǒng)頻率將降低。借助發(fā)電機(jī)調(diào)速器的作用，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)都會(huì)自動(dòng)增加出力來恢復(fù)系統(tǒng)頻率。由于調(diào)速器有一定的調(diào)差系數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)頻率將會(huì)穩(wěn)定于略低于額定頻率的值。這一過程在幾秒到十秒內(nèi)完畢。屆時(shí)，所有發(fā)電機(jī)的有功出力都將發(fā)生變化。發(fā)電機(jī)開斷時(shí)潮流迭代矩陣不變，只是節(jié)點(diǎn)注入變化。8/25/202230發(fā)電機(jī)組出力的變化節(jié)點(diǎn)k上發(fā)生發(fā)電機(jī)開斷，該節(jié)點(diǎn)注入功率將變?yōu)?其它節(jié)點(diǎn)的注入功率也將變化：忽略網(wǎng)損變化那么有8/25/202231復(fù)雜的故障情況實(shí)際電力系統(tǒng)中，一個(gè)元件故障引起自動(dòng)裝置或繼電保護(hù)動(dòng)作，引起連鎖反響，動(dòng)作的元件不只一個(gè)，而是多個(gè)，動(dòng)作也不局限于開斷，也由投運(yùn)如備用電源自投。此時(shí)應(yīng)綜合考慮動(dòng)作元件，修正迭代矩陣