電力系統(tǒng)安全性分析

1、電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析目錄電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析基本概念12電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析方法3電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析的發(fā)展趨勢動態(tài)安全分析基本概念動態(tài)安全分析(Dynamic Security Assessment DSA)是對事故后動態(tài)過程的分析，著眼于系統(tǒng)在假想事故中有無失去穩(wěn)定的危險。動態(tài)安全分析也就是指評價系統(tǒng)受到大擾動后過渡到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力，并對必要的預防措施和補救措施給出適當?shù)膮⒖挤桨浮討B(tài)安全分析功能要求1.關于系統(tǒng)模型的要求2.分析過程的觸發(fā)機制3.預想事故的篩選和評價4.仿真終止的判斷條件5.給出預防控制和緊急控制措施6.提供信息給系統(tǒng)運行人員動態(tài)安全分析系統(tǒng)的框架 動態(tài)安全分析系

2、統(tǒng)的框架如圖1所示，主要包括以下幾個功能模塊:初始數(shù)據(jù)準備預想事故的篩選和排序動態(tài)安全分析穩(wěn)定控制對策動態(tài)安全分析系統(tǒng)的框架。動態(tài)安全分析方法動態(tài)安全評價方法一直是電力界多年來研究的重要課題，該方法對計算速度的要求很高，特別是在在線環(huán)境下。因此動態(tài)安全評價的主要問題在于如何進行快速暫態(tài)穩(wěn)定分析。但是到目前為止，還沒有很成熟的算法。接下來介紹幾種有一定研究成果的算法。動態(tài)安全分析方法1.擴展等面積法（EEAC）是我國學者首創(chuàng)的一種暫態(tài)穩(wěn)定快速定量計算方法。擴展等面積法是目前國際上公認的快速計算暫態(tài)穩(wěn)定的有效算法之一，它基于電力系統(tǒng)動態(tài)等值和單機無窮大系統(tǒng)的等面積準則，以解析方式進行暫態(tài)穩(wěn)定分析和

3、靈敏度分析，能快速計算各種故障情況下的臨界切除時間(CCT)和穩(wěn)定裕度，并能快速給出臨界機的暫穩(wěn)極限出力以及指定聯(lián)絡線上的極限潮流，是實現(xiàn)在線暫態(tài)安全分析的理想算法。擴展等面積法當電力系統(tǒng)發(fā)生嚴重擾動時，發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率的不平衡將導致發(fā)電機加速。在暫態(tài)過程中，如果有一臺或一群加速較快的機組(稱為臨界機組)相對于剩余機群的擺開角度足夠大，則系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。據(jù)此可以將多機系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題分解成一系列子問題求解，每個子問題對應于求解一個候選的臨界機組相對于其余機組的搖擺情況。擴展等面積法步驟 EEAC法暫穩(wěn)分析的基本思想是1.根據(jù)運行工況及故障條件將一多機系統(tǒng)劃分為兩個機群，即臨

4、界機群和其余機群。2.進而等值為一單機無窮大系統(tǒng)(OMIB)。實際中，一般一臺發(fā)電機功率遠小于大系統(tǒng)總功率，我們用假設系統(tǒng)“無窮大”來研究發(fā)電機（”單機“）特性，這樣減少變量，簡化計算。3.再根據(jù)等面積法則求得臨界切除角，再用等值機的加速度及其導數(shù)按修正的臺勞級數(shù)求得候選的臨界切除時間CCT，各個候選的CCT中最小的就是系統(tǒng)的CCT，對應的候選臨界機群就是真正的失穩(wěn)機群。擴展等面積法 在一個n機電力系統(tǒng)的簡化經(jīng)典模型中，假定發(fā)電機暫態(tài)電抗后的電勢和原動機機械功率均保持恒定，負荷處理為恒定阻抗，在忽略阻尼的情況下，第i臺機的運動方程可描述為:idd timedMPPdt 其中， 為等值機轉子角，

5、 為轉子角速度， 為發(fā)電機慣性時間常數(shù)， 為機械功率， 為電磁功率。iiMmPeP擴展等面積法 當電力系統(tǒng)發(fā)生嚴重擾動時，發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率的不平衡將導致發(fā)電機加速。在暫態(tài)過程中，如果有一臺或一群加速較快的機組(稱為臨界機組)相對于剩余機群的擺開角度足夠大，則系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。據(jù)此可以將多機系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題分解成一系列子問題求解，每個子問題對應于求解一個候選的臨界機組相對于其余機組的搖擺情況。擴展等面積法步驟對于一個指定的故障，將多機系統(tǒng)分解成兩個子集:臨界機群和剩余機群。利用PCOA的概念，將臨界機群和剩余機群簡化成等值兩機系統(tǒng)，進一步再變換成單機無窮大母線系統(tǒng)。由兩機系統(tǒng)到

6、映像單機系統(tǒng)的變換公式有：maxsin()ecPPP其中 ， ， 稱為等值OMIB系統(tǒng)的結構參數(shù)，他們都是常數(shù)，而電氣輸出功率 是功角的單值函數(shù)。cPmaxP擴展等面積法其中 為等值機轉子角， ， ， ， 和 。為等值系統(tǒng)的參數(shù)，由運行工況及故障條件決定。在等值的單機無窮大系統(tǒng)上，應用熟知的等面積定則進行暫穩(wěn)分析，即EEAC法的核心。將上面的式子表示為功角圖即：P 曲線形式。mPcPmaxPM擴展等面積法功角圖中，確定了加速面積和減速面積，分別代表了暫態(tài)加速能量和減速能量。只要加速面積小于減速面積受擾系統(tǒng)就具有恢復穩(wěn)定運行的能力，其臨界情況為由此可以解出故障的臨界切除角進而用臺勞展開式可以求得

7、臨界切除時間（CTT）。 對于每個候選的臨界機群，都用上述方法求取臨界切除角和臨界切除時間，然后取min (CCT)做為系統(tǒng)的CCT，對應的候選臨界機群為真正的失穩(wěn)機群。模式識別法2.模式識別法 模式識別的任務是，對獲取的樣本集，能夠通過其中反映的特性找出輸入和輸出間的數(shù)學依賴關系式，進而通過這個關系式對新的運行狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性進行評價。 模式識別法由于在線所需計算量很少，并且樣本的準備不受系統(tǒng)數(shù)學模型詳細程度的限制，因而在電力系統(tǒng)動態(tài)安全評價中的應用有著很大的吸引力。模式識別法的步驟（1）確定樣本選擇若干典型電力系統(tǒng)運行方式，進行離線穩(wěn)定計算，確定哪些運行方式是穩(wěn)定的，哪些是不穩(wěn)定，組成樣

8、本集。（2）抽取特征在電力運行參數(shù)中，選取少數(shù)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有著密切關系的參數(shù)，一般是母線電壓及其相角。這些參數(shù)稱為特征參數(shù)。（3）建立判別式穩(wěn)定判別式的建立不是采用理論分析推導的方法，而是根據(jù)樣本集的已知結論，試探著建立一個符合已經(jīng)結論，相關于已知結論的穩(wěn)定判別式。這個過程通常稱為“自學習”。模式識別法的步驟（4）試驗構成樣本集的各種典型運行方式是全部符合穩(wěn)定判定式的，但樣本集沒有包括所有運行方式和事故。因此，還要選擇樣本集以外的若干電力系統(tǒng)運行方式和事故形式，組成試驗樣本集，檢驗判別式的準確性，同時結合試驗對判別式加以修正。電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析發(fā)展趨勢傳統(tǒng)的確定型的安全性分析構想由Dy

9、Liaceo于1967年提出，屬于“逐點法”。該構想針對一組預想事故來檢驗電力系統(tǒng)承受擾動的能力，預想事故集包含了下一時刻可能發(fā)生的而且后果比較嚴重的擾動，對于預想事故集中的每一種擾動情況均利用潮流方程進行靜態(tài)安全分析。這一構想也可擴展到利用暫態(tài)穩(wěn)定程序進行動態(tài)安全分析。該構想有如下不足：只能根據(jù)一個給定的運行狀態(tài)，確定系統(tǒng)的安全狀態(tài)，在實時監(jiān)控環(huán)境下應用時，它會遇到難以容忍的計算量；無法計及諸如擾動、系統(tǒng)負荷和參數(shù)取值等不確定因素，其計算結果的可信度必然受到懷疑。電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析發(fā)展趨勢加州大學Berkeley的Felix F wu教授等提出了概率的安全性分析構想。構想中考慮了電力系統(tǒng)的

10、隨機和動態(tài)特性，提出了電力系統(tǒng)的兩層模型，引入了注入空間上的靜態(tài)和動態(tài)安全域概念“域”的方法是同目前廣泛使用的逐點法截然不同的全新的方法學“域”的方法可以離線計算在線應用，一旦得到所需的域后，在線使用時，只需要判斷運行狀態(tài)是否在域內即可，運算量小，計算迅速，同時還能從整體上給出系統(tǒng)穩(wěn)定性的指示，能夠對系統(tǒng)實施最優(yōu)控制提供幫助。同時，“域”的方法在離線求解時可以考慮系統(tǒng)的各種不確定性，使結果更為可信。電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析發(fā)展趨勢動態(tài)安全域動態(tài)安全域 在概率的安全性分析構想中，安全性被看作是系統(tǒng)運行的一個條件，它是相對于即將來臨的擾動的系統(tǒng)強度的函數(shù)。一個系統(tǒng)的安全性依賴于系統(tǒng)的圖形、事故、功率注

11、入等因素。當系統(tǒng)圖形不變且在設備不過負荷的情況下能保證對負荷的供電時，我們稱之為靜態(tài)安全的。當系統(tǒng)中發(fā)生了事故，且系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的時候，我們稱之為動態(tài)安全的。系統(tǒng)經(jīng)受的擾動可分為負荷擾動和事件擾動。由于二者在時間和性質上的不同，因而在概率的動態(tài)安全性分析中可以采用兩層模型：第一層模型是系統(tǒng)結構狀態(tài)的估計；第二層模型描述同元件的動態(tài)有關的系統(tǒng)變量的軌跡。這兩層是耦合的。電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析發(fā)展趨勢第二層模型所描述的系統(tǒng)變量的變化起因于節(jié)點功率注入(發(fā)電和負荷)的變化。如果用傳統(tǒng)的確定型的安全分析方法進行安全性分析，由于需要逐點計算，其實際工作量及所需要時間都是難以承受的，為此可以將安全域定義在注

12、入空間上，這恰好滿足了概率的安全性分析的要求。動態(tài)安全域電力系統(tǒng)在遭受一個大擾動(如短路事故)后，系統(tǒng)結構經(jīng)歷了由事故前系統(tǒng)i，經(jīng)事故中系統(tǒng)F到事故后系統(tǒng)j三個階段，描述這三個不同階段的系統(tǒng)方程：0i0112j2x =fxyt0 x =fxytx =fxyt+F（， ） -（， ） 0（， ） 012xxxy式中 ， 、 、 均為狀態(tài)變量， 表示有功和無功的注入， 為事故清除時間。動態(tài)安全域用數(shù)學模型闡述了動態(tài)安全域。動態(tài)安全域動態(tài)安全域動態(tài)安全域dddcijyijijy|x y( )A y由此有定義出動態(tài)安全域 （ ， ， ）是事故前系統(tǒng)注入 （包括有功注入P和無功注入Q）的空間上的集合，以其中的任一元素為注入的事故前系統(tǒng)經(jīng)歷了持續(xù)時間為 的給定事故后均不會失去暫態(tài)穩(wěn)定，也就是說在集合 （ ， ， ）外的點所對應的注入下的系統(tǒng)對于給定事故將失去暫態(tài)穩(wěn)定。動態(tài)安全域表示： （ ， ， ）（ ）動態(tài)安全域上式給出的動態(tài)安全域是針對大擾動下的暫態(tài)穩(wěn)定性而言的，它定義在全注入空間上。而在實際電力系統(tǒng)運行中，各節(jié)點注入功率總是處在一定的約束下，例如發(fā)電機出力存