電壓穩(wěn)定4課件

1、第四章：安全性與脆弱性4.1 安全性評(píng)估背景與意義4.2 安全性評(píng)估方法4.3 電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估 電力系統(tǒng)安全性分類(lèi)一、背景 1、電網(wǎng)特征： 超高壓、特高壓、遠(yuǎn)距離傳輸、交直流互聯(lián)、新能源的接入、智能電網(wǎng)已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的顯著特征； 電網(wǎng)運(yùn)行不確定性增加； 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜性加大； 設(shè)備的可靠性要求； 特高壓大功率傳輸壓力；4.1 安全性評(píng)估背景與意義 2、國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)事故概況及分析： 一、背景事故系統(tǒng)發(fā)生日期停電容量及影響范圍最長(zhǎng)停電時(shí)間(h)引發(fā)事故的原因美國(guó)加拿大東北部系統(tǒng)2003.8.1461800MW5000萬(wàn)以用戶(hù)29 輸電線路過(guò)負(fù)荷連鎖跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)失靈西歐UCTE聯(lián)合電網(wǎng)20

2、06.11.417GW1000萬(wàn)用戶(hù)6輪船入海拉閘線路，其余線路過(guò)負(fù)荷連鎖故障中國(guó)華中電網(wǎng)2006.7.13794MW5繼電保護(hù)誤動(dòng)作、安全穩(wěn)定裝置拒動(dòng) 1）、美加“8.14”大停電的主要客觀原因有天氣原因?qū)е仑?fù)荷過(guò)重、線路發(fā)熱下垂于地面短路、SCADA/EMS系統(tǒng)死機(jī)等，但是引起規(guī)模如此之大的停電事故的主要原因還是沒(méi)有統(tǒng)一的調(diào)度管理體系，沒(méi)有達(dá)到實(shí)時(shí)的區(qū)域之間的信息交換，最終導(dǎo)致事故的蔓延和擴(kuò)大。這起事故雖然是一個(gè)很偶然的短路事故引起的，但是它是一個(gè)連鎖反應(yīng)，反應(yīng)了美國(guó)電網(wǎng)在運(yùn)行調(diào)度管理和信息交互上的薄弱環(huán)節(jié)。 3）、 2006年7月1日20時(shí)48分，中國(guó)華中電網(wǎng)發(fā)生振蕩事故。河南500kV

3、嵩鄭II回線路出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，調(diào)度人員緊急停運(yùn)部分發(fā)電機(jī)組，導(dǎo)致多地拉閘限電來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓水平，之后豫西、豫中電網(wǎng)電壓出現(xiàn)周期性振蕩，為了保護(hù)互聯(lián)系統(tǒng)，川渝、華北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)解列，直至振蕩平息。 這次振蕩事故導(dǎo)致河南電網(wǎng)多處500kV和220kV線路跳閘，部分發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行，負(fù)荷損失量達(dá)到3794MW。事故主要是因?yàn)槔^電保護(hù)和安控裝置的誤動(dòng)造成的，同時(shí)反映出河南電網(wǎng)部分地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱。這次事故表明二次設(shè)備的錯(cuò)誤動(dòng)作對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定的影響是不容忽視的。事故系統(tǒng)發(fā)生日期停電容量及影響范圍最長(zhǎng)停電時(shí)間引發(fā)事故的原因加拿大魁北克系統(tǒng)1988.4.1818500MW8.5小時(shí)暴風(fēng)雪中國(guó)海南

4、電網(wǎng)2005.9.261239MW系統(tǒng)全停10小時(shí)臺(tái)風(fēng)中國(guó)南方地區(qū)2008.1南方地區(qū)多個(gè)省份數(shù)十天冰雪災(zāi)害災(zāi)害性天氣引發(fā)的大停電事故2）、災(zāi)害性氣象條件對(duì)電網(wǎng)的破壞 電網(wǎng)在設(shè)計(jì)建造時(shí)是考慮了自然災(zāi)害可能會(huì)對(duì)其造成的影響，但是在極端氣象災(zāi)害情況下，有諸多難以預(yù)知的不確定因素，其對(duì)電力設(shè)施的破壞是不可避免的。常見(jiàn)的災(zāi)害性氣象條件主要有：覆冰、雷暴、臺(tái)風(fēng)等等。在我國(guó)則以覆冰氣象災(zāi)害為主。覆冰對(duì)電力系統(tǒng)的破壞能力極強(qiáng)，嚴(yán)重情況下會(huì)造成架空線路斷線或倒塔，出現(xiàn)線路舞動(dòng)造成短路或線路絕緣子閃絡(luò)。3）、電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu) 電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電源布局、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)布局等。 如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，

5、會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)存在運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。 電源布局或負(fù)荷布局不合理可能會(huì)使得電網(wǎng)存在供電量不足的風(fēng)險(xiǎn)。因此電力系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)安全性分析中不可忽視的重要方面。4）、電力系統(tǒng)安控技術(shù) 電力系統(tǒng)安全控制技術(shù)主要針對(duì)于繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置等。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，保護(hù)和安穩(wěn)裝置的不正確動(dòng)作引起的事故所占比例不容忽視，其引起的電網(wǎng)運(yùn)行安全問(wèn)題也不容小視。6）、電力系統(tǒng)管理機(jī)制 上述威脅電力系統(tǒng)安全的根源可以說(shuō)是客觀因素，但造成電力系統(tǒng)災(zāi)難性事件發(fā)生最主要的主觀因素是電力系統(tǒng)的管理機(jī)制，制定合理的電力系統(tǒng)運(yùn)行管理機(jī)制可以有效地避免重大事故的發(fā)生。1、把握電網(wǎng)可能的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；2、把握故障對(duì)系統(tǒng)的影響程度；3、規(guī)劃合

6、理的電網(wǎng)運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4、預(yù)防災(zāi)難性事件發(fā)生。二、 安全性評(píng)估意義4.2 安全性評(píng)估方法電力系統(tǒng)安全性是電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的一種特性，反映系統(tǒng)經(jīng)受可能的擾動(dòng)而不中斷向用戶(hù)供電的能力。電力系統(tǒng)安全性評(píng)估是評(píng)估電力系統(tǒng)在各種突發(fā)事件影響下繼續(xù)保持安全運(yùn)行的能力，包括靜態(tài)、和動(dòng)態(tài)安全性評(píng)估。與可靠性相比，安全性是在發(fā)生故障后對(duì)系統(tǒng)供電能力的一個(gè)表征，可以認(rèn)為是動(dòng)態(tài)的可靠性。電力系統(tǒng)的安全性定義一、電力系統(tǒng)靜態(tài)安全等級(jí)分類(lèi)：第一級(jí)：安全正常狀態(tài)；第二級(jí)：告警狀態(tài)（不安全正常狀態(tài)） ；第三級(jí)：緊急狀態(tài)；第四級(jí)：危急狀態(tài)（極端狀態(tài)） ；第五級(jí)：恢復(fù)狀態(tài)。 各運(yùn)行狀態(tài)以及各運(yùn)行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化

7、過(guò)程二、電力系統(tǒng)安全性分類(lèi)三、安全性評(píng)估方法評(píng)估方法的演化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概率性評(píng)估確定性評(píng)估分類(lèi)特點(diǎn)方法確定性評(píng)估方法最嚴(yán)重事故決策標(biāo)準(zhǔn)。難以考慮電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，難以提供電網(wǎng)安全健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)、定量和直觀的診斷信息。靈敏度分析方法、數(shù)值仿真方法、解析法概率性評(píng)估方法提出了系統(tǒng)中故障發(fā)生概率有差異的概念，如事故發(fā)生的概率，以及系統(tǒng)內(nèi)元件隨機(jī)故障的概率和系統(tǒng)負(fù)荷水平的概率分布。比傳統(tǒng)確定性方法多考慮各種事件的概率這一不確定性因素，使得結(jié)果相比前者更加準(zhǔn)確、更加符合實(shí)際情況?；诿商乜_模擬的評(píng)估方法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法優(yōu)勢(shì)在于將事故發(fā)生的概率與產(chǎn)生的后果(如經(jīng)濟(jì)損失等)相結(jié)合，將風(fēng)險(xiǎn)和效益聯(lián)系起來(lái)，定

8、量的反映了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安全指標(biāo)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（風(fēng)險(xiǎn)=概率嚴(yán)重度）靜態(tài)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)有功裕度指標(biāo)電壓裕度指標(biāo)低電壓指標(biāo)支路參與因子輸電線路過(guò)載動(dòng)態(tài)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)功角穩(wěn)定指標(biāo)頻率穩(wěn)定指標(biāo)暫態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)線路極限傳輸功率臨界切除時(shí)間五、電力系統(tǒng)安全性評(píng)估指標(biāo)六、綜合嚴(yán)重度模型2) 失負(fù)荷嚴(yán)重度模型減供負(fù)荷比例負(fù)荷損失類(lèi)型綜合減供負(fù)荷比例與負(fù)荷損失類(lèi)型的嚴(yán)重度模型2) 失負(fù)荷嚴(yán)重度模型a、減供負(fù)荷比例電網(wǎng)負(fù)荷損失存在以下幾種情況：1）負(fù)荷節(jié)點(diǎn)因?yàn)橹饭收闲纬晒铝⒐?jié)點(diǎn)導(dǎo)致的負(fù)荷損失L1。2）故障后負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由于電壓偏低造成低壓減載導(dǎo)致負(fù)荷損失L2。（或低頻減載） 電網(wǎng)整體負(fù)荷損失總量：減供負(fù)荷比例：相應(yīng)的失負(fù)荷

9、量嚴(yán)重度函數(shù)其中Llim為電網(wǎng)負(fù)荷總量的30%2) 失負(fù)荷嚴(yán)重度模型b、負(fù)荷損失類(lèi)型：負(fù)荷損失類(lèi)型嚴(yán)重度函數(shù)2) 失負(fù)荷嚴(yán)重度模型c、綜合減供負(fù)荷比例與負(fù)荷損失類(lèi)型的嚴(yán)重度模型 綜合減供負(fù)荷比例與負(fù)荷損失類(lèi)型的嚴(yán)重度，得到電力系統(tǒng)故障綜合失負(fù)荷嚴(yán)重度模型。該模型既考慮了故障后系統(tǒng)失負(fù)荷總量對(duì)系統(tǒng)的影響，又考慮了在失負(fù)荷總量中不同負(fù)荷類(lèi)型對(duì)事故后果的影響。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：2) 失負(fù)荷嚴(yán)重度模型 依據(jù)安全評(píng)估的綜合評(píng)估結(jié)果，有目的地采取相應(yīng)控制措施以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。一、脆弱性基本概念 電力系統(tǒng)脆弱性分析是近年來(lái)出現(xiàn)的專(zhuān)門(mén)針對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度、控制過(guò)程中出現(xiàn)的薄弱現(xiàn)象和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行研

10、究的理論分支，涉及到電力系統(tǒng)各類(lèi)參數(shù)狀態(tài)及其影響因子響應(yīng)趨勢(shì)的量化、全局/局部系統(tǒng)安全程度變化過(guò)程、電網(wǎng)拓?fù)渑c關(guān)鍵聯(lián)通識(shí)別等各個(gè)方面。并明確其因果聯(lián)系，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行有效綜合以提出防御方案，幫助調(diào)度運(yùn)行等部門(mén)獲取更多客觀的決策支撐。4.3 電力系統(tǒng)脆弱性評(píng)估定義 在擾動(dòng)或故障情況下，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)弱化的特性。二、脆弱性研究意義 從實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行角度考慮，對(duì)于系統(tǒng)操作人員來(lái)說(shuō)，最關(guān)心的是那些運(yùn)行狀態(tài)易受擾動(dòng)影響，在受到擾動(dòng)后逼近臨界狀態(tài)速度快，且發(fā)生故障后后果嚴(yán)重的元件，這也是脆弱性辨識(shí)的主要目的。而往往系統(tǒng)中運(yùn)行情況最易受影響的元件不一定會(huì)是造成影響最嚴(yán)重的，反之亦然。二、脆弱性

11、研究意義為運(yùn)行分析人員和調(diào)度人員進(jìn)行安全分析和電網(wǎng)控制提供重要信息，做到有的放矢；在電網(wǎng)受到擾動(dòng)時(shí)，幫助運(yùn)行調(diào)度人員及時(shí)準(zhǔn)確地確定電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)預(yù)防控制措施，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生；為保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)構(gòu)脆弱性主要考慮網(wǎng)絡(luò)的固有結(jié)構(gòu)狀態(tài)脆弱性主要考慮系統(tǒng)的詳細(xì)模型和運(yùn)行參數(shù)等因素脆弱性三、脆弱性研究分類(lèi)狀態(tài)脆弱性主要考慮電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的改變對(duì)電網(wǎng)脆弱性的影響，包括節(jié)點(diǎn)電壓脆弱性和支路功率脆弱性。1、狀態(tài)脆弱性結(jié)構(gòu)脆弱性是指系統(tǒng)遭受擾動(dòng)之后導(dǎo)致系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逐漸不能勝任當(dāng)前輸電任務(wù)的特性。主要與負(fù)荷的有功需求變化所導(dǎo)致的支路輸送量改

12、變、支路斷開(kāi)或元件退出運(yùn)行導(dǎo)致的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。結(jié)構(gòu)脆弱性是電網(wǎng)固有脆弱強(qiáng)度的反映；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的魯棒性是電力系統(tǒng)“強(qiáng)壯”的基礎(chǔ)。2、結(jié)構(gòu)脆弱性四、脆弱性評(píng)估方法元件的脆弱強(qiáng)度不僅與運(yùn)行狀態(tài)有關(guān),而且與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系。傳統(tǒng)的元件的脆弱值大小應(yīng)該是對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)反映，但是從脆弱性的定義上看還應(yīng)包括該元件在網(wǎng)絡(luò)中重要程度的反映,單一從某一角度進(jìn)行衡量是不完整的。 將傳統(tǒng)安全穩(wěn)定分析方法與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合,綜合考慮電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)脆弱性的影響。節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)能量函數(shù)： 節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)脆弱性趨勢(shì)指標(biāo)因子:狀態(tài)指標(biāo)1：節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)脆弱因子當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)，節(jié)點(diǎn)注入功率（包括有功和無(wú)功）

13、從初始穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)到當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量積累。能量1、狀態(tài)指標(biāo) 將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)靜態(tài)能量與臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的能量 的差值絕對(duì)值與初始運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)靜態(tài)能量與臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的能量的差值絕對(duì)值相比，得到歸一化處理后的節(jié)點(diǎn)脆弱性裕度指標(biāo)：節(jié)點(diǎn)狀態(tài)脆弱因子：用于衡量節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)易于受到擾動(dòng)影響的特性狀態(tài)指標(biāo)1：節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)脆弱因子支路的靜態(tài)能量函數(shù)支路的狀態(tài)脆弱性趨勢(shì)指標(biāo)狀態(tài)指標(biāo)2：支路的狀態(tài)脆弱因子當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)，支路上傳輸?shù)墓β剩òㄓ泄蜔o(wú)功）從初始穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)到當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量積累。 將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的支路靜態(tài)能量 與臨界能量 的差值絕對(duì)值與初始運(yùn)行狀態(tài)下的支路靜態(tài)能量 與臨界能量

14、的差值絕對(duì)值相比，得到歸一化處理后的支路脆弱性裕度指標(biāo)：支路狀態(tài)脆弱因子：用于衡量支路運(yùn)行狀態(tài)易于受到擾動(dòng)影響的特性狀態(tài)指標(biāo)2：支路的狀態(tài)脆弱因子2、結(jié)構(gòu)指標(biāo)：與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相關(guān) 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是一種對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)的在聯(lián)通、傳播、生長(zhǎng)、失效等特性方面的一般抽象和描述方法，它突出強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體與局部拓?fù)涮卣鳌＠碚撋险f(shuō)，任何包含大量組成單元（或子系統(tǒng)）的復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)把構(gòu)成元件抽象成節(jié)點(diǎn)，元件之間的相互作用抽象為邊時(shí)，都可當(dāng)作復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)最短路徑與平均最短路徑節(jié)點(diǎn)度數(shù)網(wǎng)絡(luò)平均度數(shù)介數(shù)網(wǎng)絡(luò)冗余性聚類(lèi)度與聚類(lèi)系數(shù)。電氣介數(shù)最短路徑：在一個(gè)全連通網(wǎng)絡(luò)中，任意兩節(jié)點(diǎn)之間都會(huì)存在著一條或多

15、條連接路徑，其中途經(jīng)連接支路（節(jié)點(diǎn)數(shù)目）最少的一條稱(chēng)為最短路徑。節(jié)點(diǎn)介數(shù)：與該節(jié)點(diǎn)被網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)對(duì)之間最短路徑經(jīng)過(guò)的次數(shù)相關(guān)。線路介數(shù)：與該線路被網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)對(duì)之間最短路徑經(jīng)過(guò)的次數(shù)相關(guān)。介數(shù)顯示了節(jié)點(diǎn)或支路在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要度實(shí)際電力網(wǎng)絡(luò)中潮流不可能按最短路徑流動(dòng)。 在考慮了節(jié)點(diǎn)容量、支路電抗、加權(quán)處理等一系類(lèi)修正方法后，使用電氣介數(shù)來(lái)衡量系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與支路在電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的重要程度。該指標(biāo)能真實(shí)反映“發(fā)電-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)對(duì)之間功率傳輸對(duì)各節(jié)點(diǎn)或各條支路的占用情況，并考慮不同節(jié)點(diǎn)發(fā)電容量和負(fù)荷水平的影響。反應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電氣介數(shù)指標(biāo) 節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)脆弱因子（電氣介數(shù)）Imn(i)：“發(fā)電-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)對(duì)

16、(m,n)間加上單位注入電流源后， 在節(jié)點(diǎn)i上引起的電流；Wm： 發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的權(quán)重，取發(fā)電機(jī)額定容量或?qū)嶋H出力；Wn ： 為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)n 的權(quán)重，取實(shí)際或峰值負(fù)荷；G和L ：所有發(fā)電節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的集合。 反映了全網(wǎng)不同母線間功率傳輸對(duì)各節(jié)點(diǎn)的占用情況，也量化了各節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)功率傳輸中的重要程度。結(jié)構(gòu)指標(biāo)1： 支路的結(jié)構(gòu)脆弱因子（電氣介數(shù)）Imn(i,j)：“發(fā)電-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)對(duì)(m,n)間加上單位注入電流元后， 在支路(i,j)上引起的電流；Wm ： 發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的權(quán)重，取發(fā)電機(jī)額定容量或?qū)嶋H出力；Wn ： 負(fù)荷節(jié)點(diǎn)n的權(quán)重，取實(shí)際或峰值負(fù)荷；G和L ：所有發(fā)電節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的集合。結(jié)構(gòu)指標(biāo)2： 反映了“發(fā)電-