大電網動態(tài)安全分析與監(jiān)控

大電網動態(tài)安全分析與監(jiān)控

周孝信2005年11月29日,南寧2/3/20231主要內容我國電網的發(fā)展和安全穩(wěn)定問題電力系統(tǒng)實時和超實時數字仿真電力系統(tǒng)分析的在線應用大電網動態(tài)安全分析與監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)安全分析與監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺結語2/3/20232我國電網的發(fā)展和安全穩(wěn)定問題2/3/20233我國電網的發(fā)展和安全穩(wěn)定問題全國實現大區(qū)電網互聯大容量遠距離輸電交直流混合輸電系統(tǒng)多直流落點的受端系統(tǒng)2/3/202343000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2005DC2005年全國實現大區(qū)電網互聯2/3/20235東北-華北-華中互聯同步電網三萬線萬龍線東北電網華北電網西北電網華中電網華東電網南方電網辛嘉線高姜線(雙回)2/3/20236多直流落點的受端系統(tǒng)2010年華東電網直流落點分布2/3/202372005年南方電網西電東送主通道地理接線簡圖大容量遠距離交/直流輸電系統(tǒng)2/3/20238我國電網的發(fā)展和安全穩(wěn)定問題弱互聯和鏈形電網的低頻和超低頻振蕩交直流混合并列運行電網和電磁環(huán)網的事故后功率轉移大受端電網和多直流落點系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行大容量電源送端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行東北、華北聯網，區(qū)域振蕩模特征值為0.1911±j1.9123，振蕩頻率是0.3043Hz，阻尼比-0.0994（無PSS)

2/3/20239東北-華北-華中-川渝4網互聯低頻振蕩模式特征值和特征向量分析系統(tǒng)規(guī)模：4485條母線，524臺發(fā)電機，1452個負荷，1條直流線，2臺SVC。有3個阻尼比小于0.03的弱阻尼振蕩根，其中兩個是省網間及省內的局部地區(qū)發(fā)電機間的振蕩，另一個是聯網系統(tǒng)區(qū)域性振蕩模，特征根為-0.007893±j0.816952，其振蕩頻率為0.13Hz，阻尼比0.0097。

2/3/202310天廣逆變側220kV交流母線三相短路故障系統(tǒng)響應曲線天廣直流換相失敗，故障清除后恢復；貴廣直流故障期間電壓較高，未發(fā)生換相失敗。

2/3/202311貴廣逆變側525kV交流母線三相短路故障系統(tǒng)響應曲線500KV系統(tǒng)短路故障，天廣、貴廣逆變站交流母線電壓都偏低，造成換相失敗，故障清除后恢復。2/3/202312交/直流并列電力系統(tǒng)的大干擾穩(wěn)定性貴廣直流雙極閉鎖，切機后保持暫態(tài)穩(wěn)定發(fā)電機功角曲線2/3/202313電力系統(tǒng)實時和超實時數字仿真2/3/202314電力系統(tǒng)實時和超實時數字仿真提供一種適合于大規(guī)模電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析計算的快速仿真工具，適應全國聯網運行方式分析的需要提供一種適合于大規(guī)模電力系統(tǒng)實時和超實時仿真的快速仿真手段，適應大電網在線安全分析和決策的需要提供一種適合于詳細模擬大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)機電和電磁暫態(tài)過程的實時仿真裝置，滿足電力系統(tǒng)實時仿真和繼電保護、控制裝置試驗的要求2/3/202315仿真系統(tǒng)結構機電暫態(tài)仿真（多CPU并行計算）SCADAEMSMATLAB傳輸接口D/A自定義模型放大器電磁暫態(tài)仿真（多CPU并行計算）標準接口D/AA/D放大器MATLAB人機界面物理模型人機界面A/D物理模型人機界面?zhèn)鬏斀涌谧远x模型人機界面2/3/202316機電暫態(tài)電磁暫態(tài)網絡分割任務分配電磁暫態(tài)Matlab機電暫態(tài)2/3/202317

仿真裝置總體結構2/3/202318華中電網東北電網華北電網川渝電網伊敏電廠二灘電廠華東電網西北電網5000節(jié)點級大規(guī)模電力系統(tǒng)計算

系統(tǒng)規(guī)模母線4884

交流線3257

變壓器3632

直流線2

發(fā)電機524

負荷14522/3/2023195000節(jié)點級系統(tǒng)分網計算時間

仿真10秒鐘動態(tài)過程2/3/2023205000節(jié)點級系統(tǒng)分網計算加速比圖5000節(jié)點級系統(tǒng)分網計算加速比2/3/20232110000節(jié)點系統(tǒng)分網并行仿真時間對比圖2/3/2023222/3/2023232/3/2023242/3/202325高性能機群系統(tǒng)架構2/3/2023262/3/202327數字仿真系統(tǒng)的應用電網調度中心應用－離線運行方式計算和在線動態(tài)安全分析電網試驗研究中心應用－交直流電力系統(tǒng)實時動態(tài)數字仿真裝置高等院?？蒲袡C構應用－電力系統(tǒng)實時動態(tài)數字仿真裝置電網動態(tài)培訓模擬裝置2/3/202328電力系統(tǒng)分析的在線應用2/3/202329實時數據接入PSASP2/3/202330………分網并行任務并行混合并行互聯電網運行方式分布式并行計算模式分網并行計算分網并行計算任務并行計算混合并行計算2/3/202331PSASP@home分布式計算平臺2/3/202332PSASP在線分析計算的主要功能狀態(tài)估計：對未裝設EMS的監(jiān)控系統(tǒng)，須通過狀態(tài)估計進行不良數據的檢測和辨識，以提高數據的可靠性。拓撲分析：將SCADA系統(tǒng)獲得的開關狀態(tài)和網絡元件狀態(tài)等電網物理節(jié)點模型轉化為計算用母線模型。運行方式的各種在線計算：潮流、網損、無功優(yōu)化等穩(wěn)態(tài)計算；暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定等暫態(tài)和動態(tài)計算；靜態(tài)和動態(tài)安全分析。2/3/202333PSASP在線分析計算的特點獨立的在線分析系統(tǒng)，可不依賴EMS；全面的靜態(tài)、故障、暫態(tài)和動態(tài)等的在線計算分析，作為在線動態(tài)安全分析的基礎；在線/離線計算界面相同，計算結果一致；數據結構便于各級調度計算數據的匯總和統(tǒng)一，擴大在線計算范圍；在線計算功能隨PSASP計算模塊的增加而擴充；跨平臺(Windows/Linux/Unix)運行，成本低、效率高、維護方便。2/3/202334大電網動態(tài)安全分析與監(jiān)控系統(tǒng)2/3/202335電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全分析-必要性必須實現：電網運行方式計算由離線計算向在線計算的轉變在線安全評估由靜態(tài)評估向動態(tài)評估轉變必要性：大容量西電東送，電網相對薄弱，穩(wěn)定問題突出弱交流聯網造成大范圍穩(wěn)定問題電力負荷快速增長，電網運行于接近穩(wěn)定極限狀態(tài)適應電力市場運行方式的變化2/3/202336電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全分析-關鍵技術及時準確地收集處理電網運行狀態(tài)的實時信息,SCADA/EMS在線數據的轉換大量預想事故方式篩選快速算法及快速全模型時域動態(tài)仿真電網運行穩(wěn)定性的定量指標的在線計算及其靈敏度分析技術基礎：基于SCADA/EMS和同步相量測量(PMU)系統(tǒng)基于大電力系統(tǒng)的在線計算基于計算機和網絡通信技術2/3/202337大電網動態(tài)安全分析與監(jiān)控系統(tǒng)的功能2/3/202338系統(tǒng)主要特點開放性：開放的組件化集成總線，實現CORBA組件運行環(huán)境和接口標準化，能不斷接入新的應用軟件，構建成逐漸增強和完善的大系統(tǒng)。標準化：符合IEC61970系列標準，在數據結構、組件規(guī)范、通信規(guī)約、圖形系統(tǒng)設計開發(fā)中采用最新國際標準?？梢暬喝藱C系統(tǒng)一體化設計，實現通用圖形交換技術，數據可視化技術。面向服務的結構體系。具備快速反應的系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控功能。2/3/202339電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估系統(tǒng)全面的穩(wěn)定性檢驗和評估：暫態(tài)穩(wěn)定評估(TSA)，檢驗受到大干擾后電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性；電壓穩(wěn)定評估(VSA)，檢驗經受擾動后電力系統(tǒng)各負荷節(jié)點的電壓穩(wěn)定性；小干擾穩(wěn)定評估(SSA)，檢驗聯網系統(tǒng)是否存在低頻振蕩的動態(tài)穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)動態(tài)安全評估(DynamicSecurityAssessment,DSA)基于電力系統(tǒng)在線實時數據和動態(tài)信息，在給定的時間間隔（如5至15分鐘）內，對電力系統(tǒng)做出動態(tài)安全評估，給出穩(wěn)定極限和調度策略，保障電力的安全穩(wěn)定運行。2/3/202340電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估系統(tǒng)評估給出：當前運行方式（5-15分鐘間隔）的穩(wěn)定性。重要輸電斷面潮流的穩(wěn)定極限。穩(wěn)定性指標對主要運行變量和系統(tǒng)參數的靈敏度：暫態(tài)穩(wěn)定靈敏度；電壓穩(wěn)定靈敏度；小干擾穩(wěn)定靈敏度。對不穩(wěn)定或臨界情況提供預防和校正控制措施。安全穩(wěn)定控制裝置參數的在線整定。超實時仿真檢驗穩(wěn)定措施和控制參數整定的效果。2/3/202341暫態(tài)穩(wěn)定性評估支持平臺動態(tài)安全評估軟總線數據挖掘EEACPEBS時域仿真計算暫態(tài)穩(wěn)定極限求取暫態(tài)穩(wěn)定輔助決策事故排序與篩選2/3/202342暫態(tài)穩(wěn)定評估系統(tǒng)框圖暫態(tài)穩(wěn)定安全分析

事故篩選和排序數據挖掘法動態(tài)安全分析總線穩(wěn)定計算參數數據庫

對不穩(wěn)定或臨界情況提供預防和校正控制措施安全穩(wěn)定控制裝置參數的在線整定分析結果可視化顯示暫態(tài)能量函數法PEBS,EEAC,SIME暫態(tài)穩(wěn)定計算結果數據庫快速暫穩(wěn)計算+指標篩選時域仿真快速暫穩(wěn)極限計算暫態(tài)穩(wěn)定極限對主要運行變量和系統(tǒng)參數的靈敏度EMS/WAMS狀態(tài)估計和外網等值結果在線動態(tài)等值2/3/202343電壓穩(wěn)定性評估支持平臺動態(tài)安全評估軟總線電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域判別基于PMU的電壓穩(wěn)定性分析電壓穩(wěn)定輔助決策靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限求取2/3/202344電壓穩(wěn)定評估系統(tǒng)框圖暫態(tài)電壓穩(wěn)定分析

靜態(tài)和小干擾電壓穩(wěn)定分析基于PMU測量的電壓穩(wěn)定分析動態(tài)安全分析總線穩(wěn)定計算參數數據庫靈敏度分析應急措施分析結果可視化顯示電壓穩(wěn)定極限求解電壓穩(wěn)定計算結果數據庫薄弱區(qū)域和節(jié)點的判別數據挖掘法等時域仿真快速計算+結果處理EMS/WAMS狀態(tài)估計和外網等值結果WAMS測量結果2/3/202345小干擾穩(wěn)定性評估支持平臺動態(tài)安全評估軟總線線性化時域/頻域響應小干擾穩(wěn)定輔助決策特征值計算及分析2/3/202346小干擾動態(tài)穩(wěn)定評估系統(tǒng)框圖系統(tǒng)小干擾特征值分析廣域動態(tài)相量測量的Prony分析動態(tài)安全分析總線穩(wěn)定計算參數數據庫靈敏度分析應急措施分析結果可視化顯示非線性時域仿真計算小干擾穩(wěn)定計算結果數據庫線性化時域仿真EMS/WAMS狀態(tài)估計和外網等值結果WAMS測量結果特征值計算2/3/202347動態(tài)安全分析與監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺2/3/202348電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺目的：為電力系統(tǒng)在線分析和控制提供軟硬件開 發(fā)環(huán)境，試驗和演示平臺主要功能：大規(guī)模電力系統(tǒng)實時仿真模擬原型電力系統(tǒng)提供SCADA/EMS系統(tǒng)，創(chuàng)造調度自動化系統(tǒng)的真實環(huán)境仿真系統(tǒng)接入PMU相量測量并提供主站系統(tǒng)，以研究PMU的應用提供接入和研究動態(tài)安全分析和評估、智能警報處理與故障診斷、事故后恢復等高級應用的條件系統(tǒng)組成：高性能機群服務器，工作站， PMU，通信網絡及相應軟件2/3/202349數據庫人機界面SCADA/EMS電力系統(tǒng)實時仿真PMU主站動態(tài)安全分析管理網高速數據網動態(tài)高級應用PMU電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)仿真平臺2/3/202350電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺WAMS主站動態(tài)安全評估WAMS高級應用EMS/SCADA故障診斷PMU仿真電力系統(tǒng)高速數據網絡管理網絡2/3/202351電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺實驗室機房實驗室開發(fā)間2/3/202352電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺

電力系統(tǒng)實時仿真主要功能:5000-20000節(jié)點規(guī)模的電力系統(tǒng)機電暫態(tài)實時仿真具有局部網電磁暫態(tài)實時仿真和直流輸電系統(tǒng)實時仿真能力電力系統(tǒng)中接入PMU信號,通過傳輸接入PMU主站具有接入繼電保護和自動裝置物理模型的能力系統(tǒng)構成:8節(jié)點64位雙CPU機群服務器+2節(jié)點工控機及D/A,A/D變換板卡，線性電流、電壓放大器Merynet

和1000兆以太網雙網結構

Linux操作系統(tǒng)電力系統(tǒng)分析并行計算軟件和圖形界面2/3/202353電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺

SCADA/EMS系統(tǒng)具有SCADA/EMS的基本功能采用CC-2000為支持系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)商用數據庫硬件系統(tǒng)2/3/202354電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析和監(jiān)控系統(tǒng)

仿真和實驗開發(fā)平臺

動態(tài)