電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析課件

1、電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析 網(wǎng)絡(luò)安全分析是在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)及預(yù)測(cè)的未來(lái)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(shí)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-29/9/20222 網(wǎng)絡(luò)安全分析是在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)及預(yù)測(cè) 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(píng)定 第二節(jié) 自動(dòng)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(dòng)態(tài)安全分析9/9/20223 主要內(nèi)容第一章 靜態(tài)安全分析9/5/20225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

2、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(píng)定 自動(dòng)事故選擇 預(yù)防控制 9/9/20224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(lái)說(shuō),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)。9/9/20225描述系統(tǒng)運(yùn)行條件的四種狀態(tài)安全正常狀態(tài)(secure nor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)

3、中各節(jié)點(diǎn)的有功、無(wú)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(guò)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(guò)最大允許偏差；（4）各可控發(fā)電機(jī)組，其有功、無(wú)功功率不應(yīng)超過(guò)允許的上限和下限；（5）系統(tǒng)中各支路的潮流不應(yīng)超過(guò)潮流視在功率的最大允許限值。 對(duì)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(duì)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(shí)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)。9/9/20226電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)滿足的條件：9/5/20228安全正常狀態(tài)：已處于正常狀態(tài)的電力

4、系統(tǒng)，在承受一個(gè)合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，如果仍不違反等式約束和不等式約束時(shí)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(dòng)過(guò)程中，只要有一個(gè)預(yù)想事故是系統(tǒng)不滿足運(yùn)行約束條件時(shí)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(shí)的狀態(tài)。待恢復(fù)狀態(tài)：當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于瓦解或崩潰時(shí)的狀態(tài)。9/9/20227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(gè)合理的預(yù)想第一節(jié) 預(yù)想事故評(píng)定預(yù)想事故評(píng)定(又稱預(yù)想事故分析),是根據(jù)系統(tǒng)中全部可能擾動(dòng)集合中的某一子集-預(yù)想事故集，來(lái)評(píng)定系統(tǒng)的安全性。在靜態(tài)安全評(píng)定中，預(yù)想事故集至少應(yīng)包括下列擾動(dòng)： 線路（支路）開(kāi)斷（lin

5、e outage）; 發(fā)電機(jī)開(kāi)斷（generator outage）。9/9/20228第一節(jié) 預(yù)想事故評(píng)定9/5/202210一、支路開(kāi)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(duì)于支路開(kāi)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。9/9/20229一、支路開(kāi)斷模擬 在網(wǎng)絡(luò)的基本情況（既未發(fā)生預(yù)想事故9/1 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(kāi)斷或多重支路開(kāi)斷的直流預(yù)想事故分析法，是最為簡(jiǎn)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

6、潮流和節(jié)點(diǎn)電壓相位角，而不能解出支路無(wú)功功率潮流和節(jié)點(diǎn)電壓模值。9/9/2022101 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(kāi)斷直流潮流算法模型：9/9/202211直流潮流算法模型：9/5/2022139/9/2022129/5/2022142 分布系數(shù)法9/9/2022132 分布系數(shù)法9/5/202215 (3)9/9/202214 9/9/2022159/5/202217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(kāi)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(kāi)斷后的個(gè)支路的新電流，即可判斷是否過(guò)負(fù)荷。9/9/2022

7、16有了各條支路的Lij-km后，當(dāng)支路km在基本情況下Ikm乘3 與Newton潮流算法相結(jié)合的直接法9/9/2022173 與Newton潮流算法相結(jié)合的直接法9/5/202219/9/2022189/5/202220 假想支路ij并未被開(kāi)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(lái)模擬其開(kāi)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：9/9/202219 假想支路ij并未被開(kāi)斷，而用在節(jié)點(diǎn)I和節(jié)點(diǎn)j處分別注入 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：9/9/202220 所以，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j上加上

8、待求9/9/2022219/5/2022234 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：9/9/2022224 與快速解耦潮流算法相結(jié)合的直接法 基本5 補(bǔ) 償 法 所謂補(bǔ)償法是指：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中支路開(kāi)斷的情況下，可以認(rèn)為該支路未被開(kāi)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(lái)模擬支路的開(kāi)斷。9/9/2022235 補(bǔ) 償 法 9/9/2022249/5/202226 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(kāi)斷（圖b），于是網(wǎng)絡(luò)的最終狀態(tài)定義為：

9、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(lái)取代，根據(jù)圖（b）有： 根據(jù)圖（d）有： 兩式相減得：9/9/202225 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 模擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持支路未開(kāi)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：9/9/202226 模擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持支路未開(kāi)斷為了求的最終解，我們寫出上式的第i個(gè)方程式和第j個(gè)方程式：9/9/202227為了求的最終解，我們寫出上式的第i個(gè)方程式和第j個(gè)方程式：99/9/2022289/5/202230二、 發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬 在網(wǎng)絡(luò)的基本潮流解求得之后，對(duì)于發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬，

10、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(kāi)斷模擬9/9/202229二、 發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬 在網(wǎng)絡(luò)的基本潮流解求得之后，對(duì)于發(fā)1 支 流 法所謂直流法也是和直流潮流法配合使用的。9/9/2022301 支 流 法所謂直流法也是和直流潮流法配 在求得 后，就可求得在開(kāi)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(jiǎn)單，分析時(shí)所用的機(jī)時(shí)很少，但精度較差，而且也不能給出系統(tǒng)中的電壓和無(wú)功潮流解。 9/9/202231 在求得 后，就可求得在開(kāi)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(kāi)斷對(duì)線路潮流所致的影

11、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(gè)單位的有功功率變化時(shí)，在支路ij中導(dǎo)致的有功功率變化。9/9/2022322 發(fā)電量轉(zhuǎn)移分布系數(shù)法 在已獲得9/9/2022339/5/2022359/9/2022349/5/2022363 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(shí)將受到一定的限制。即當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，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

12、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(kāi)斷而對(duì)個(gè)線路潮流所致的影響。 GGDF由下式定義：9/9/2022353 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)（G下面來(lái)推導(dǎo) 的值。9/9/202236下面來(lái)推導(dǎo) 的值。9/5/2022384 計(jì)及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬9/9/2022374 計(jì)及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬9/5/2022399/9/2022389/5/202240第二節(jié) 自動(dòng)故障選擇自動(dòng)故障選擇是在實(shí)時(shí)情況下，利用描描運(yùn)行現(xiàn)狀的實(shí)時(shí)數(shù)

13、據(jù)，自動(dòng)地選出對(duì)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(duì)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。9/9/202239第二節(jié) 自動(dòng)故障選擇自動(dòng)故障選擇是在實(shí)時(shí)情況下，利用描描運(yùn)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(gè)情況。如果規(guī)定的N不大，就能減少計(jì)算的執(zhí)行時(shí)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(kāi)斷情況也會(huì)引起較嚴(yán)重的違限，則就不能對(duì)它們做進(jìn)一步的詳盡分析。 （2）對(duì)有功功率事故表，采用“在M個(gè)相繼情況中沒(méi)有出現(xiàn)線路過(guò)負(fù)荷”的終止判據(jù)，和對(duì)無(wú)功功率事故表，采用“在M個(gè)相繼開(kāi)斷情況中，沒(méi)有出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓違限”的終止判據(jù)，將更為靈活，

14、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(shí)間周期,不得不考慮到最惡劣的條件9/9/202240選擇終止判據(jù)，可以有兩種形式：9/5/202242任何ACS算法,必需具有下列兩個(gè)特點(diǎn)才有實(shí)用價(jià)值,即:預(yù)想事故自動(dòng)選擇的計(jì)算量,加上隨后對(duì)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 Selection9/9/202241任何ACS算法,必需具有下列兩

15、個(gè)特點(diǎn)才有實(shí)用價(jià)值,即:預(yù)想事FDLF1法本算法直接利用了快速解耦潮流（FDLF-1）在各種開(kāi)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(wú)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(wú)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(lái)定義的。 （1）有功功率行為指標(biāo)9/9/202242FDLF1法本算法直接利用了快速解耦潮流（FDLF-1）在 （2）電壓-無(wú)功功率行為指標(biāo)9/9/202243 （2）電壓-無(wú)功功率行為指標(biāo)9/5/202245負(fù) 荷 卸 除 法本算法把各節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)到事

16、故前的水平而需要卸去的總負(fù)荷，來(lái)作為判斷預(yù)想事故嚴(yán)重程度的行為指標(biāo)。9/9/202244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 對(duì)某一規(guī)定的預(yù)想事故，其行為指標(biāo)可定義成：9/9/202245 對(duì)某一規(guī)定的預(yù)想事故，其行為指標(biāo)可定義成：9/5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(kāi)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。9/9/202246分 布 系 數(shù) 法本方法利用了以D.C.潮流法為基礎(chǔ) 反映線路有功過(guò)負(fù)荷的行為指標(biāo)定義為：9/9/2022

17、47 反映線路有功過(guò)負(fù)荷的行為指標(biāo)定義為：9/5/20提供最大載荷能力法 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生支路開(kāi)斷或發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，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(huì)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)。9/9/202248提供最大載荷能力法 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生支路開(kāi) 數(shù)學(xué)式表示為：9/9/202249 數(shù)學(xué)式表示為：9/5/202251第二章 安 全 約 束 調(diào) 度它的基本任務(wù)就是通過(guò)系統(tǒng)中可控變量的再安排(rescheduling)來(lái)移去潛在的(即因預(yù)想事故而

18、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(jiǎn)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(guò)可控變量的再安排來(lái)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。9/9/202250第二章 安 全 約 束 調(diào) 度它的基本任務(wù)就是目前，對(duì)安全性提高問(wèn)題有兩個(gè)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（securityconstrainedoptimization）。 預(yù)防再安排或預(yù)防控制問(wèn)題的列式，可以表示為：9/9/202251目前，對(duì)安全性提高問(wèn)題有兩個(gè)解算方法：9/5/202253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：9/9/202252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：9/5化簡(jiǎn)為：根據(jù)解耦線性模型，有：得：9/9/202253化簡(jiǎn)為：9/5/202255用二次規(guī)劃法求解電