電力系統(tǒng)自動化chapter5-6EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能課件

一、網(wǎng)絡(luò)接線分析（網(wǎng)絡(luò)拓撲）（一）網(wǎng)絡(luò)拓撲的定義及基本功能網(wǎng)絡(luò)拓撲分析的基本功能是根據(jù)開關(guān)的開合狀態(tài)（遙信信息）和電網(wǎng)一次接線圖來確定網(wǎng)絡(luò)的拓撲關(guān)系（二）網(wǎng)絡(luò)拓撲的基本術(shù)語網(wǎng)絡(luò)元件（Component）;節(jié)點（Node);邏輯支路（LogicBranch）;保留元件（RetainedComponents）;零阻抗支路（ZeroimpedanceBranch）;母線;活島和死島;主母線

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能一、網(wǎng)絡(luò)接線分析（網(wǎng)絡(luò)拓撲）第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功1第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能3第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能4二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計（一）狀態(tài)估計的必要性SCADA數(shù)據(jù)庫存在下面明顯缺點：數(shù)據(jù)不齊全數(shù)據(jù)不精確受干擾時會出現(xiàn)不良數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不和諧第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能5（二）狀態(tài)估計的功能得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值對生數(shù)據(jù)進行不良數(shù)據(jù)（或叫壞數(shù)據(jù)）的檢測與辨識，刪除或改正不良數(shù)據(jù)推算出齊全而精確的電力系統(tǒng)運行參數(shù)糾正偶爾會出現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)遙信錯誤估計某些可疑或未知的設(shè)備參數(shù)以現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)測未來的趨勢和可能出現(xiàn)的狀態(tài)確定合理的測點數(shù)量和合理的測點分布第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（二）狀態(tài)估計的功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能6第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能7第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能8（三）狀態(tài)估計的基本原理1.測量的冗余度狀態(tài)估計算法必須建立在實時測量系統(tǒng)有較大冗余度的基礎(chǔ)之上。一般要求是：測量系統(tǒng)的冗余度＝系統(tǒng)獨立測量數(shù)/系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)＝（1.5～3.0)電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量是指表征電力系統(tǒng)特征所需最小數(shù)目的變量第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（三）狀態(tài)估計的基本原理第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能92.狀態(tài)估計的步驟（1）假定數(shù)學(xué)模型。（2）狀態(tài)估計計算（3）不良數(shù)據(jù)的檢測（4）不良數(shù)據(jù)的辨識3.不良數(shù)據(jù)的檢測檢查是否有不良測值混入或有結(jié)構(gòu)錯誤信息

4.不良數(shù)據(jù)的辨識確定具體的不良數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錯誤信息的過程。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2.狀態(tài)估計的步驟第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能10三、安全分析與安全控制

1．安全監(jiān)視對電力系統(tǒng)的實時運行參數(shù)(頻率、電壓和功率潮流等)以及斷路器、隔離開關(guān)等的狀態(tài)進行監(jiān)視。2．安全分析在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上，對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)做出安全評價。包括靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析。3．安全控制安全控制是為保證電力系統(tǒng)安全運行所進行的調(diào)節(jié)、校正和控制。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能三、安全分析與安全控制第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能11（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)1．正常運行狀態(tài)正常運行狀態(tài)時，系統(tǒng)滿足所有的約束條件。2．警戒狀態(tài)擾動使電力系統(tǒng)總的備用裕度減少、安全水平降低后，就可能進入警戒狀態(tài)。3．緊急狀態(tài)如果系統(tǒng)發(fā)生了一個嚴重的故障，使運行極限被破壞，系統(tǒng)就進入了緊急狀態(tài)。4．恢復(fù)狀態(tài)電網(wǎng)解列切除部分負荷或電源等措施，就能夠使頻率電壓等運行參數(shù)恢復(fù)穩(wěn)定回到正常限值之內(nèi)，并重新滿足不等式約束條件第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能12第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能13（二）靜態(tài)安全分析1．預(yù)想故障分析對一組可能發(fā)生的假想故障進行在線的計算分析，校核這些故障后電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行方式的安全性，判斷出各種故障對電力系統(tǒng)安全運行的危害程度?？煞譃槿糠郑汗收隙x、故障篩選和故障分析。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（二）靜態(tài)安全分析第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能14（1）故障定義建立預(yù)想故障的集合。預(yù)想故障集合主要包括以下各種開斷故障：單一線路開斷；兩條以上線路同時開斷；變電站回路開斷；發(fā)電機回路開斷；負荷出線開斷；上述各種情況的組合。（2）故障篩選故障按其對電網(wǎng)的危害程度進行篩選和排隊

（3）故障分析對預(yù)想故障集合里的故障進行快速仿真潮流計算第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（1）故障定義第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能152．快速潮流計算方法所采用的算法有直流潮流法、P-Q分解法和等值網(wǎng)絡(luò)法等(1)直流潮流法將電力系統(tǒng)的交流潮流(有功功率和無功功率)用等值的直流電流代替，用直流電路的解法來分析電力系統(tǒng)的有功潮流，不考慮無功分布對有功的影響。

(2)P-Q分解法P-Q分解法占用計算機的內(nèi)存少，計算速度快，精度比較高。

(3)等值網(wǎng)絡(luò)法在安全分析中可以把系統(tǒng)分為兩部分：待研究系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2．快速潮流計算方法第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能16（三）動態(tài)安全分析模式識別法、李雅普諾夫法以及擴展等面積法1．模式識別法建立在對電力系統(tǒng)各種運行方式的假想事故離線模擬計算的基礎(chǔ)上的，需要事先對各種不同運行方式和故障種類進行穩(wěn)定計算。然后選取少數(shù)幾個表征電力系統(tǒng)運行的狀態(tài)變量(一般是節(jié)點電壓和相角)，通過自學(xué)習(xí)過程構(gòu)成穩(wěn)定判別式。用圖5-48所示簡單電力系統(tǒng)加以說明。圖中和是兩個表征電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量，針對不同的運行方式和假想事故，分別在平面上就標(biāo)出了許多穩(wěn)定情況(用○點表示)和不穩(wěn)定情況(用△點表示)。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（三）動態(tài)安全分析第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能17第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能182.李雅普諾夫法在狀態(tài)空間中找出一個包含穩(wěn)定平衡點的區(qū)域，使得凡是屬于這一區(qū)域的任何擾動，系統(tǒng)以后的運動最終都趨于穩(wěn)定平衡點。這一區(qū)域稱為關(guān)于穩(wěn)定平衡點的漸近穩(wěn)定域，簡稱穩(wěn)定域。為了求得穩(wěn)定域，需要構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，或稱函數(shù)。通過函數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)方程，就可以決定穩(wěn)定域。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2.李雅普諾夫法第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能193.擴展等面積法EEAC(ExtendedEqud—AreaCriteron)靜態(tài)EEAC采用“在線預(yù)算，實時匹配”的控制策略。整個系統(tǒng)分為在線預(yù)決策子系統(tǒng)和實時匹配控制子系統(tǒng)兩大部分。前者根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前的運行工況，定期刷新后者的決策表，后者根據(jù)該表實施控制。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能3.擴展等面積法EEAC(ExtendedEqud—A20（四）正常運行狀態(tài)（包括警戒狀態(tài)）的安全控制為了保證電力系統(tǒng)正常運行的安全性1.在編制運行方式時就要進行安全校核；2.在實際運行中，要對電力系統(tǒng)進行不間斷的嚴密監(jiān)視，對電力系統(tǒng)的運行參數(shù)如頻率、電壓和線路潮流等不斷地進行調(diào)整，始終保持盡可能的最佳狀態(tài)；3.還要對可能發(fā)生的假想N－1事故進行后果模擬分析；4.當(dāng)確認當(dāng)前屬警戒狀態(tài)時，可對運行中的電力系統(tǒng)進行預(yù)防性的安全校正。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（四）正常運行狀態(tài)（包括警戒狀態(tài)）的安全控制第六節(jié)21（五）緊急狀態(tài)時的安全控制緊急狀態(tài)的安全控制可分為三大階段。第一階段的控制目標(biāo)是事故發(fā)生后快速而有選擇地切除故障，這主要由繼電保護裝置和自動裝置完成，目前最快可在一個周波內(nèi)切除故障。第二階段的控制目標(biāo)是防止事故擴大和保持系統(tǒng)穩(wěn)定，這需要采取各種提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。第三階段是在上述努力均無效的情況下，將電力系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)攸c解列。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（五）緊急狀態(tài)時的安全控制第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能22（六）恢復(fù)狀態(tài)時的安全控制重大事故后的電力系統(tǒng)恢復(fù)過程是一個有序的協(xié)調(diào)過程。首先要使各獨立運行部分的頻率和電壓都正常，消除各元件的過負荷狀態(tài)，然后再將各解列部分重新并列，并逐個恢復(fù)停電用戶的供電。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（六）恢復(fù)狀態(tài)時的安全控制第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能23一、網(wǎng)絡(luò)接線分析（網(wǎng)絡(luò)拓撲）（一）網(wǎng)絡(luò)拓撲的定義及基本功能網(wǎng)絡(luò)拓撲分析的基本功能是根據(jù)開關(guān)的開合狀態(tài)（遙信信息）和電網(wǎng)一次接線圖來確定網(wǎng)絡(luò)的拓撲關(guān)系（二）網(wǎng)絡(luò)拓撲的基本術(shù)語網(wǎng)絡(luò)元件（Component）;節(jié)點（Node);邏輯支路（LogicBranch）;保留元件（RetainedComponents）;零阻抗支路（ZeroimpedanceBranch）;母線;活島和死島;主母線

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能一、網(wǎng)絡(luò)接線分析（網(wǎng)絡(luò)拓撲）第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功24第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能25第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能26第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能27二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計（一）狀態(tài)估計的必要性SCADA數(shù)據(jù)庫存在下面明顯缺點：數(shù)據(jù)不齊全數(shù)據(jù)不精確受干擾時會出現(xiàn)不良數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不和諧第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能28（二）狀態(tài)估計的功能得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值對生數(shù)據(jù)進行不良數(shù)據(jù)（或叫壞數(shù)據(jù)）的檢測與辨識，刪除或改正不良數(shù)據(jù)推算出齊全而精確的電力系統(tǒng)運行參數(shù)糾正偶爾會出現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)遙信錯誤估計某些可疑或未知的設(shè)備參數(shù)以現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)測未來的趨勢和可能出現(xiàn)的狀態(tài)確定合理的測點數(shù)量和合理的測點分布第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（二）狀態(tài)估計的功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能29第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能30第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能31（三）狀態(tài)估計的基本原理1.測量的冗余度狀態(tài)估計算法必須建立在實時測量系統(tǒng)有較大冗余度的基礎(chǔ)之上。一般要求是：測量系統(tǒng)的冗余度＝系統(tǒng)獨立測量數(shù)/系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)＝（1.5～3.0)電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量是指表征電力系統(tǒng)特征所需最小數(shù)目的變量第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（三）狀態(tài)估計的基本原理第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能322.狀態(tài)估計的步驟（1）假定數(shù)學(xué)模型。（2）狀態(tài)估計計算（3）不良數(shù)據(jù)的檢測（4）不良數(shù)據(jù)的辨識3.不良數(shù)據(jù)的檢測檢查是否有不良測值混入或有結(jié)構(gòu)錯誤信息

4.不良數(shù)據(jù)的辨識確定具體的不良數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錯誤信息的過程。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2.狀態(tài)估計的步驟第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能33三、安全分析與安全控制

1．安全監(jiān)視對電力系統(tǒng)的實時運行參數(shù)(頻率、電壓和功率潮流等)以及斷路器、隔離開關(guān)等的狀態(tài)進行監(jiān)視。2．安全分析在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上，對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)做出安全評價。包括靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析。3．安全控制安全控制是為保證電力系統(tǒng)安全運行所進行的調(diào)節(jié)、校正和控制。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能三、安全分析與安全控制第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能34（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)1．正常運行狀態(tài)正常運行狀態(tài)時，系統(tǒng)滿足所有的約束條件。2．警戒狀態(tài)擾動使電力系統(tǒng)總的備用裕度減少、安全水平降低后，就可能進入警戒狀態(tài)。3．緊急狀態(tài)如果系統(tǒng)發(fā)生了一個嚴重的故障，使運行極限被破壞，系統(tǒng)就進入了緊急狀態(tài)。4．恢復(fù)狀態(tài)電網(wǎng)解列切除部分負荷或電源等措施，就能夠使頻率電壓等運行參數(shù)恢復(fù)穩(wěn)定回到正常限值之內(nèi)，并重新滿足不等式約束條件第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（一）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能35第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能36（二）靜態(tài)安全分析1．預(yù)想故障分析對一組可能發(fā)生的假想故障進行在線的計算分析，校核這些故障后電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行方式的安全性，判斷出各種故障對電力系統(tǒng)安全運行的危害程度?？煞譃槿糠郑汗收隙x、故障篩選和故障分析。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（二）靜態(tài)安全分析第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能37（1）故障定義建立預(yù)想故障的集合。預(yù)想故障集合主要包括以下各種開斷故障：單一線路開斷；兩條以上線路同時開斷；變電站回路開斷；發(fā)電機回路開斷；負荷出線開斷；上述各種情況的組合。（2）故障篩選故障按其對電網(wǎng)的危害程度進行篩選和排隊

（3）故障分析對預(yù)想故障集合里的故障進行快速仿真潮流計算第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（1）故障定義第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能382．快速潮流計算方法所采用的算法有直流潮流法、P-Q分解法和等值網(wǎng)絡(luò)法等(1)直流潮流法將電力系統(tǒng)的交流潮流(有功功率和無功功率)用等值的直流電流代替，用直流電路的解法來分析電力系統(tǒng)的有功潮流，不考慮無功分布對有功的影響。

(2)P-Q分解法P-Q分解法占用計算機的內(nèi)存少，計算速度快，精度比較高。

(3)等值網(wǎng)絡(luò)法在安全分析中可以把系統(tǒng)分為兩部分：待研究系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2．快速潮流計算方法第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能39（三）動態(tài)安全分析模式識別法、李雅普諾夫法以及擴展等面積法1．模式識別法建立在對電力系統(tǒng)各種運行方式的假想事故離線模擬計算的基礎(chǔ)上的，需要事先對各種不同運行方式和故障種類進行穩(wěn)定計算。然后選取少數(shù)幾個表征電力系統(tǒng)運行的狀態(tài)變量(一般是節(jié)點電壓和相角)，通過自學(xué)習(xí)過程構(gòu)成穩(wěn)定判別式。用圖5-48所示簡單電力系統(tǒng)加以說明。圖中和是兩個表征電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量，針對不同的運行方式和假想事故，分別在平面上就標(biāo)出了許多穩(wěn)定情況(用○點表示)和不穩(wěn)定情況(用△點表示)。第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能（三）動態(tài)安全分析第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能40第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能412.李雅普諾夫法在狀態(tài)空間中找出一個包含穩(wěn)定平衡點的區(qū)域，使得凡是屬于這一區(qū)域的任何擾動，系統(tǒng)以后的運動最終都趨于穩(wěn)定平衡點。這一區(qū)域稱為關(guān)于穩(wěn)定平衡點的漸近穩(wěn)定域，簡稱穩(wěn)定域。為了求得穩(wěn)定域，需要構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，或稱函數(shù)。通過函數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)方程，就可以決定穩(wěn)定域。

第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能2.李雅普諾夫法第六節(jié)EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能423.擴展等面積法EEAC(ExtendedEqud—AreaCriteron)靜態(tài)EEAC采用“在線預(yù)算，實時匹配”的控制策略。整個系統(tǒng)分為在線預(yù)決策子系統(tǒng)和實時匹配控制子系統(tǒng)兩大部分。