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 網絡安全分析是在安全監(jiān)視的基礎上對實時狀態(tài)及預測的未來狀態(tài)作出分析和判斷，安全分析的功能是確定系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)在出現(xiàn)事故時是否安全，預防性安全分析就是在一組假設事故分析的基礎上確定系統(tǒng)的安全性。 N-1, N-29/9/20222 網絡安全分析是在安全監(jiān)視的基礎上對實時狀態(tài)及預測 主要內容第一章 靜態(tài)安全分析 第一節(jié) 預想事故評定 第二節(jié) 自動故障選擇第二章 安全約束調度 第一節(jié) 安全控制的模型 第二節(jié) 求解方法第三章 動態(tài)安全分析9/9/20223 主要內容第一章 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，它的主要內容包括： 預想事故評定 自動事故選擇 預防控制 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)待恢復狀態(tài)(restorative state) 一般來說,電力系統(tǒng)如果在數量上和在質量,都滿足了用戶的要求,就可認為系統(tǒng)處于正常的運行狀態(tài)。9/9/20225描述系統(tǒng)運行條件的四種狀態(tài)安全正常狀態(tài)(secure nor電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)應滿足的條件：（1）系統(tǒng)

3、中各節(jié)點的有功、無功功率的供需條件必須平衡；（2）各節(jié)點的電壓模值不應超過允許的上限和下限；（3）為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相鄰節(jié)點間的電壓相位差不應超過最大允許偏差；（4）各可控發(fā)電機組，其有功、無功功率不應超過允許的上限和下限；（5）系統(tǒng)中各支路的潮流不應超過潮流視在功率的最大允許限值。 對于（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。對于（2)-(5)稱之為運行約條件，隸屬于不等式約束條件。只有同時滿足等式和不等式兩種約束條件的系統(tǒng)，才可認為是處于運行的正常狀態(tài)。9/9/20226電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)應滿足的條件：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)，在承受一個合理的預想事故集的擾動之后，如果仍不違反等式約束和不等式約束時系統(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)定預想事故集的擾動過程中，只要有一個預想事故是系統(tǒng)不滿足運行約束條件時系統(tǒng)的狀態(tài)。緊急狀態(tài)：當系統(tǒng)運行在不滿足不等式約束條件下時的狀態(tài)。待恢復狀態(tài)：當整個系統(tǒng)處于瓦解或崩潰時的狀態(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)，在承受一個合理的預想第一節(jié) 預想事故評定預想事故評定(又稱預想事故分析),是根據系統(tǒng)中全部可能擾動集合中的某一子集-預想事故集，來評定系統(tǒng)的安全性。在靜態(tài)安全評定中，預想事故集至少應包括下列擾動： 線路（支路）開斷（lin

5、e outage）; 發(fā)電機開斷（generator outage）。9/9/20228第一節(jié) 預想事故評定9/5/202210一、支路開斷模擬 在網絡的基本情況（既未發(fā)生預想事故的情況）潮流解求得之后，對于支路開斷模擬，通常采用的方法有： 1、直流法； 2、分布系數法； 3、與Newton潮流算法結合的直接法； 4、與快速解耦潮流算法結合的直接法； 5、補償法。9/9/20229一、支路開斷模擬 在網絡的基本情況（既未發(fā)生預想事故9/1 直流法直流法是以直流潮流法為基礎的模擬單一支路開斷或多重支路開斷的直流預想事故分析法，是最為簡單、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)點電壓相位角，而不能解出支路無功功率潮流和節(jié)點電壓模值。9/9/2022101 直流法直流法是以直流潮流法為基礎的模擬單一支路開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 分布系數法9/9/2022132 分布系數法9/5/202215 (3)9/9/202214 9/9/2022159/5/202217有了各條支路的Lij-km后，當支路km在基本情況下Ikm乘以相應的支路開斷分布系數Lij-km ，再加上該基本情況下響應支路的電流Iij，就得支路開斷后的個支路的新電流，即可判斷是否過負荷。9/9/2022

7、16有了各條支路的Lij-km后，當支路km在基本情況下Ikm乘3 與Newton潮流算法相結合的直接法9/9/2022173 與Newton潮流算法相結合的直接法9/5/202219/9/2022189/5/202220 假想支路ij并未被開斷，而用在節(jié)點I和節(jié)點j處分別注入和 的方法來模擬其開斷（圖c）；在網絡接近線性的假設下，這些新注入的功率增量應滿足下列的靈敏度方程式：9/9/202219 假想支路ij并未被開斷，而用在節(jié)點I和節(jié)點j處分別注入 所以，當節(jié)點i和節(jié)點j上加上待求的注入功率增量后，將由下式給出網絡中其他節(jié)點電壓的相應變化：9/9/202220 所以，當節(jié)點i和節(jié)點j上加上

8、待求9/9/2022219/5/2022234 與快速解耦潮流算法相結合的直接法 基本思想和前一種方法相同，只是把P和Q解耦分別計算，公式如下：9/9/2022224 與快速解耦潮流算法相結合的直接法 基本5 補 償 法 所謂補償法是指：當網絡中支路開斷的情況下，可以認為該支路未被開斷，而在其兩端節(jié)點處引入某一待求的功率增量或電流增量（或稱補償功率或補償電流）來模擬支路的開斷。9/9/2022235 補 償 法 9/9/2022249/5/202226 設原網絡的初始狀態(tài)如圖（a）所示，可用網絡方程式表示：式中，Y為原網絡的導納矩陣。 現(xiàn)在假設支路ij被開斷（圖b），于是網絡的最終狀態(tài)定義為：

9、式中， 分別表示網絡結構已被修改的導納矩陣和最終解。 新支路用假想的節(jié)點注入電流來取代，根據圖（b）有： 根據圖（d）有： 兩式相減得：9/9/202225 設原網絡的初始狀態(tài)如圖（a）所示，可用網絡方程式表 模擬網絡的網絡結構保持支路未開斷前的狀態(tài)，只是節(jié)點注入電流有所變化，因此它將由下式定義：9/9/202226 模擬網絡的網絡結構保持支路未開斷為了求的最終解，我們寫出上式的第i個方程式和第j個方程式：9/9/202227為了求的最終解，我們寫出上式的第i個方程式和第j個方程式：99/9/2022289/5/202230二、 發(fā)電機開斷模擬 在網絡的基本潮流解求得之后，對于發(fā)電機開斷模擬，

10、通常采用的方法有下列幾種：支流法發(fā)電量轉移分布系數法廣義發(fā)電量分布系數法計及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機開斷模擬9/9/202229二、 發(fā)電機開斷模擬 在網絡的基本潮流解求得之后，對于發(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，就可求得在開斷發(fā)電機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單，分析時所用的機時很少，但精度較差，而且也不能給出系統(tǒng)中的電壓和無功潮流解。 9/9/202231 在求得 后，就可求得在開2 發(fā)電量轉移分布系數法 在已獲得網絡的基本潮流解后，為求發(fā)電機開斷對線路潮流所致的影

11、響，可以利用發(fā)電量轉移分布系數法(Generation Shift Distribution Factor,GSDF)。 GSDF被定義成： 它表示了：當發(fā)電機k出現(xiàn)了1個單位的有功功率變化時，在支路ij中導致的有功功率變化。9/9/2022322 發(fā)電量轉移分布系數法 在已獲得9/9/2022339/5/2022359/9/2022349/5/2022363 廣義發(fā)電量分布系數法增量形式的發(fā)電量轉移分布系數（GSDF），在實際使用時將受到一定的限制。即當一臺發(fā)電機開斷時，要由松弛節(jié)點提供相應的增量予以平衡，如果系統(tǒng)中總的發(fā)電量發(fā)生變化，就要進行新的潮流計算以建立起新的初始狀態(tài)。廣義發(fā)電量分布

12、系數（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)電機開斷而對個線路潮流所致的影響。 GGDF由下式定義：9/9/2022353 廣義發(fā)電量分布系數法增量形式的發(fā)電量轉移分布系數（G下面來推導 的值。9/9/202236下面來推導 的值。9/5/2022384 計及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機開斷模擬9/9/2022374 計及系統(tǒng)頻率變化的發(fā)電機開斷模擬9/5/2022399/9/2022389/5/202240第二節(jié) 自動故障選擇自動故障選擇是在實時情況下，利用描描運行現(xiàn)狀的實時數

13、據，自動地選出對應于該現(xiàn)狀下的有意義的預想事故集，即：按每一可能的預想事故對系統(tǒng)導致后果嚴重程度的順序，排列出預想事故一覽表。9/9/202239第二節(jié) 自動故障選擇自動故障選擇是在實時情況下，利用描描運選擇終止判據，可以有兩種形式： （1）只分析預想事故表中的頭N個情況。如果規(guī)定的N不大，就能減少計算的執(zhí)行時間。但是這種判據也存在著如下缺點，即：如果N以后的開斷情況也會引起較嚴重的違限，則就不能對它們做進一步的詳盡分析。 （2）對有功功率事故表，采用“在M個相繼情況中沒有出現(xiàn)線路過負荷”的終止判據，和對無功功率事故表，采用“在M個相繼開斷情況中，沒有出現(xiàn)節(jié)點電壓違限”的終止判據，將更為靈活，

14、并降低了遺漏嚴重情況的可能性。不足之處則是：擬作進一步A.C.潮流分析的情況數,隨系統(tǒng)的運行狀況而變化,以致預想事故分析所需的計算時間周期,不得不考慮到最惡劣的條件9/9/202240選擇終止判據，可以有兩種形式：9/5/202242任何ACS算法,必需具有下列兩個特點才有實用價值,即:預想事故自動選擇的計算量,加上隨后對違限事故所進行的進一步A.C.潮流分析的計算量,它們的總和必須小于所有可能預想事故的A.C.分析計算量。有足夠大的俘獲率。即盡最大可能地不漏失關鍵性預想事故。ACSAutomatic Contingency Selection9/9/202241任何ACS算法,必需具有下列兩

15、個特點才有實用價值,即:預想事FDLF1法本算法直接利用了快速解耦潮流（FDLF-1）在各種開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，根據網絡中的有功功率和無功功率間只存在著弱耦合，定義了兩種行為指標：有功功率行為指標和無功功率行為指標，分別表征線路潮流違限和節(jié)點電壓違限的嚴重程度。這些行為指標都是以偏離于系統(tǒng)變量限值的多少來定義的。 （1）有功功率行為指標9/9/202242FDLF1法本算法直接利用了快速解耦潮流（FDLF-1）在 （2）電壓-無功功率行為指標9/9/202243 （2）電壓-無功功率行為指標9/5/202245負 荷 卸 除 法本算法把各節(jié)點電壓恢復到事

16、故前的水平而需要卸去的總負荷，來作為判斷預想事故嚴重程度的行為指標。9/9/202244負 荷 卸 除 法本算法把各節(jié)點電壓恢復到事故前的水平而需要 對某一規(guī)定的預想事故，其行為指標可定義成：9/9/202245 對某一規(guī)定的預想事故，其行為指標可定義成：9/5分 布 系 數 法本方法利用了以D.C.潮流法為基礎的支路開斷分布系數，算出某一預想事故下各線路的有功潮流，進而根據與線路有功潮流有關的行為指標PI=J(P),按它們的遞減順序進行排列，就可以得到預想事故一覽表。9/9/202246分 布 系 數 法本方法利用了以D.C.潮流法為基礎 反映線路有功過負荷的行為指標定義為：9/9/2022

17、47 反映線路有功過負荷的行為指標定義為：9/5/20提供最大載荷能力法 當系統(tǒng)發(fā)生支路開斷或發(fā)電機開斷時，如果余下的線路和發(fā)電機滿足它們上、下限的約束條件，那么各發(fā)電機向系統(tǒng)提供的發(fā)電量（或載荷量）就必然會有所降低；愈是嚴重的事故，這一載荷量就降低得愈多。為此，本方法就以事故后各發(fā)電機能向系統(tǒng)提供的最大載荷量作為衡量事故嚴重程度的行為指標。9/9/202248提供最大載荷能力法 當系統(tǒng)發(fā)生支路開 數學式表示為：9/9/202249 數學式表示為：9/5/202251第二章 安 全 約 束 調 度它的基本任務就是通過系統(tǒng)中可控變量的再安排(rescheduling)來移去潛在的(即因預想事故而

18、引起的)約束條件越限現(xiàn)象，通常稱之為預防性再安排或預防性控制(簡稱預防控制)。如果系統(tǒng)已經存在約束條件的越限現(xiàn)象，也可以通過可控變量的再安排來使之恢復到安全狀態(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 度它的基本任務就是目前，對安全性提高問題有兩個解算方法：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）。 預防再安排或預防控制問題的列式，可以表示為：9/9/202251目前，對安全性提高問題有兩個解算方法：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化簡為：根據解耦線性模型，有：得：9/9/202253化簡為：9/5/202255用二次規(guī)劃法求解電