華電電力系統(tǒng)自動化第17講調(diào)度自動化3靜態(tài)安全分析和安全評定

1、華電電力系統(tǒng)自動化第17講調(diào)度自動化3靜態(tài)安全分析和安全評定靜態(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、設備和系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的可能性 系統(tǒng)在長的運行周期中工作正常的概率表示在相當長的時間內(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)對意外事件的魯棒性有關(guān)，并取決于系統(tǒng)的運行條件以及意外事件的發(fā)生概率穩(wěn)定性擾動后系統(tǒng)整體性的維持能力取決于系統(tǒng)的運行條件和擾動的性質(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)設計和運行的總體目標為保證可靠性，系統(tǒng)絕

2、大局部時間必須是平安的為保證平安性，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，同時必須對其他不能歸類為穩(wěn)定問題的偶然事件是平安的，如設備損壞、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)定性兩個具有一樣穩(wěn)定裕度的系統(tǒng)，如果一個系統(tǒng)失穩(wěn)的后果比另一個更差，那么前者的平安性相對較差平安性和穩(wěn)定性是時變的，可以通過對特定運行方式的研究進展判斷可靠性是一段時間內(nèi)的平均性能，只能通過對一段時間內(nèi)系統(tǒng)性能的整體考慮進展判斷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)會可靠性是評估電力系統(tǒng)按可承受的質(zhì)量標準和所需數(shù)量不連續(xù)地向用戶供電的能力的度量指標可靠性包括概率充分性和概率穩(wěn)定性兩個方面概率充

3、分性是指電力系統(tǒng)考慮方案內(nèi)和非方案內(nèi)元件停運時，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(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)定性有時也稱動態(tài)可靠性，也就是在動態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動并不連續(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)對預期發(fā)生的擾動的魯棒性要求1：系統(tǒng)在擾動發(fā)生后能夠到達新的運行狀態(tài)，并且在該狀態(tài)下滿足所有必須的約束要求2：系統(tǒng)在向新的運行狀態(tài)過渡的過程中不發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象對要求1的驗證

4、稱為靜態(tài)平安分析，對要求2的驗證稱為動態(tài)平安分析因此，穩(wěn)定性分析是平安性分析的一個組成局部，也進而是可靠性評估的一局部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計和運行時要求系統(tǒng)能夠承受一系列正常擾動N1準那么比正常擾動更嚴重的擾動依靠切機、切負荷以及解列等緊急控制措施主要缺乏之處認為所有的擾動具有一樣的發(fā)生概率和一樣程度的后果開展方向：基于風險的平安性評估考慮運行方式和事件發(fā)生的概率，定量分析和研究系統(tǒng)的風險對電力系統(tǒng)面臨的不確定性因素，給出可能性與嚴重性的綜合度量 8/25/20227電力系統(tǒng)運行狀況的數(shù)學模型 等式約束和不等式約束節(jié)點功

5、率平衡條件節(jié)點電壓幅值約束發(fā)電機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)運行狀況的數(shù)學模型等式約束不等式約束x是狀態(tài)變量。取為節(jié)點電壓幅值和相角u是控制變量，可選為發(fā)電機有功、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)實時運行狀態(tài)的分類正常狀態(tài) ：同時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)，在承受一個合理的預想事故集的擾動之后，系統(tǒng)仍處于正常運行狀態(tài)預警狀態(tài) ： 正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受規(guī)定的合理的預想事故集的擾動之后，有預想事故使系統(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)工作在某一運行狀態(tài)時，為了提高其平安性，所擬訂的防止事故，預防事故的對策措施 預防控制Preventive Control 校正控制Corrective Control 緊急控制Emergency Control 恢復控制Restorative Control8/25/202211電力系統(tǒng)運行狀態(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大量開斷故障進展潮流計算以便確定事故發(fā)生后系統(tǒng)是否會進入靜態(tài)緊急狀態(tài) 實時應用對潮流計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于輸電線ij，支路有功潮流忽略電阻rij，那么:忽略支路對地電容很小，令8/25/202214直流潮流法支路方程:節(jié)點方程:B0陣的元素:PiPi1Pik8/25/202215直流潮流法的特點求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1階方程，計算速度快DC潮流只能計算有功潮流的分布，不能計算電壓幅值，有其局限性DC潮流要滿足假設條件 (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)支路對地電容很小8/25/202216在線潮流各種平安和經(jīng)濟分析計算的數(shù)據(jù)源頭內(nèi)含外部網(wǎng)絡等值短期/超短期負荷預報不平衡功率分配潮流計算8/25

8、/202217外網(wǎng)等值網(wǎng)絡劃分為什么？ 外網(wǎng)實時信息不可用； 計算規(guī)模限制； 保證內(nèi)網(wǎng)操作計算的精度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，計算出邊界節(jié)點的電壓VB ；將邊界節(jié)點作為V節(jié)點，對等值后的網(wǎng)做潮流計算，計算出邊界注入潮流；將邊界節(jié)點作為PQ節(jié)點，重新進展潮流計算，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數(shù)據(jù)源：歷史、現(xiàn)在和未來負荷預報為分析未來潮流做準備最重要的一個應用：預先分析未來短時間內(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)電機組和各種倒閘操作模擬出力和負荷調(diào)整模擬機組開斷及出

9、力和負荷調(diào)整時，應考慮功率缺額或余額在其它機組間的再分配平安分析的好工具8/25/202221靜態(tài)平安評定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-加強電網(wǎng)構(gòu)造(遠期的預防性控制)-有效的預防性控制措施-快速可靠的繼電保護第二道防線在概率較低的嚴重故障下,可損失局部電源和負荷,但必須保持系統(tǒng)穩(wěn)定-切機、切負荷、FACT等緊急控制措施第三道防線在概率很低的多重嚴重故障下,允許失穩(wěn),但應防止大停電,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施的不同時刻預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)生加強電網(wǎng)預防控制繼電保護檢測到故障檢測到越規(guī)小概率特別嚴重故障嚴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)平安評定 X在某一預想事故下，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荷8/25/202226電力系統(tǒng)靜態(tài)平安評定(續(xù)) 自動故障選擇定義：按元件故退出運行(開斷)對系統(tǒng)平安性影響的嚴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)電機和負荷 嚴重程度指標有功支路過負荷節(jié)點電壓越界 喪失負荷8/25/202227交流開斷潮流思路基態(tài)網(wǎng)絡開斷元件8/25/202228不

11、同的開斷處理支路線路，變壓器開斷網(wǎng)絡構(gòu)造發(fā)生變化，迭代矩陣改變，注入功率不變發(fā)電機，負荷開斷網(wǎng)絡構(gòu)造不變化，只改變注入功率8/25/202229發(fā)電機開斷的模擬 當發(fā)電機開斷時，整個系統(tǒng)的發(fā)電功率缺乏以供給有功負荷需要，系統(tǒng)頻率將降低。借助發(fā)電機調(diào)速器的作用，系統(tǒng)中各發(fā)電機都會自動增加出力來恢復系統(tǒng)頻率。由于調(diào)速器有一定的調(diào)差系數(shù)，整個系統(tǒng)頻率將會穩(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，所有發(fā)電機的有功出力都將發(fā)生變化。發(fā)電機開斷時潮流迭代矩陣不變，只是節(jié)點注入變化。8/25/202230發(fā)電機組出力的變化節(jié)點k上發(fā)生發(fā)電機開斷，該節(jié)點注入功率將變?yōu)?其它節(jié)點的注入功率也將變化：忽略網(wǎng)損變化那么有8/25/202231復雜的故障情況實際電力系統(tǒng)中，一個元件故障引起自動裝置或繼電保護動作，引起連鎖反響，動作的元件不只一個，而是多個，動作也不局限于開斷，也由投運如備用電源自投。此時應綜合考慮動作元件，修正迭代矩陣