大型互联电网在线预决策系统中的若干问题的研究

【摘要】：长期以来,电网的安全稳定评估采取离线分析的方式,即根据预想的工况进行电网动态安全评估,包括暂态功角稳定性、暂态电压安全性,以及暂态频率安全性,系统极限和稳定控制措施存放在离线计算表中。在线运行时,调度员根据电网当前的运行工况,在离线计算表中选择与离线研究工况匹配的计算极限作为当前系统的运行极限。 然而,电力系统运行方式的多样性决定了实际运行工况难以与离线分析的方式匹配。电力市场环境下,电网运行方式更是变化多端。由于组合爆炸的原因,离线分析不可能考虑比N-2更复杂的扰动场景,而在世界范围内由偶然故障导致多重开断继而演化为损失惨重的大面积停电事故,并不罕见。因此,在线动态安全评估对于电网安全稳定运行是十分必要的。 理想情况下,在线动态安全评估系统能够针对电网当前运行的实时工况,快速评估电网在实时故障下的安全稳定性。当系统不安全时,及时搜索稳定控制策略,保证调度员有足够的时间进行控制决策。近年来,虽然计算机以及复杂大系统建模和仿真技术取得了长足的进步,但求取系统的安全稳定域、基于灵敏度技术的控制决策、外网合理等值,以及实时稳定计算等问题仍极富挑战性。 本文根据“在线预决策,实时匹配”的稳定控制框架,阐述了电网互联后在线暂态安全分析与控制的重要性,强调指出互联电网的在线暂态安全分析与控制不仅要考虑功角稳定性,而且要计及电压和频率的安全稳定性,预防控制和紧急控制也应该在协调的框架下研究。探讨了互联电网暂态安全预防控制和紧急控制在线预决策系统中如何处理多个EMS和多个安全稳定控制系统发来的电网运行状态数据,论述了在线预决策系统与调度中心其它系统的联系。利用工作站机群实现了互联电网安全稳定预防控制和紧急控制一体化在线预决策系统的分布式计算框架。 同调性是电力系统动态等值的理论依据。只有当每个被等值的子系统的内部严格地同调时,原系统的动态特征才能被保全在等值系统中。本文从同调群的定义和要点、同调群的识别、等值模型及参数的确定等方面评述动态等值的研究和应用现状。指出动态等值的原则应符合物理本质:机组的同调性不但受系统拓扑及所有参数的影响,并且密切依赖于扰动场景。强调只有直接从完整的受扰轨迹中挖掘深层信息,才能可靠识别非自治非线性系统中的同调群。指出轨迹的主导模式反映了系统动态行为的内在机理,在同调等值问题上有很好的应用前景。 本文从电力系统的同调性出发,研究优化相量测量单元(PMU)的布点,以最少数量的PMU反映系统在各种扰动下的主要动态行为。该方法利用扩展等面积准则(EEAC)稳定性理论中的主导模式概念,识别所有可能出现的暂态功角失稳模式,并据此将所有的发电机结点划分为不同的同调群。在每个群中选择一台发电机安装PMU,以捕捉关键的功角动态信息。同时,利用暂态电压稳定和暂态电压跌落可接受性的概念,识别所有可能出现暂态电压问题的相邻母线的子集。在每个子集中选择一条母线安装PMU,以捕捉关键的电压动态信息。根据该最小PMU集提供的动态信息,不但可以正确地定性判断系统的同步稳定性和电压稳定性,并可通过数据挖掘方法评估其稳定裕度。结合华东电网验证了该方法的有效性。