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预防连锁跳闸的关键线路后备保护与紧急控制策略研究

杨文辉  
【摘要】:电力系统安全至关重要。随着互联电网规模的不断扩大,潮流转移引起的后备保护过负荷跳闸现象日益突出,成为加速电网连锁故障发展和引发大停电事故的一个重要原因。本文以保证电网整体安全和避免大面积停电事故为目标,针对有效支撑电网安全运行的关键输电线路,研究和提出防御连锁跳闸的广域后备保护和紧急控制策略。 提出了一种基于电网生存性评估的关键线路识别方法,识别支撑电网生存性所必需的关键线路和重要网络结构。基于系统生存性理论和复杂网络理论,该方法定义了骨干网架的概念和有效性测度指标。进一步将骨干网架的搜索描述为一个含电力系统安全运行约束的非线性整数规划问题进行求解,避免了枚举全部可能网络拓扑带来的计算量。在此基础上,给出了从众多骨干网架中抽取关键线路的排序方法。该方法无需模拟和随机抽样连锁故障的具体发生路径,所获关键线路能有效支撑系统维持安全稳定运行,是实施预防连锁跳闸和避免大面积停电事故的后备保护与紧急控制策略的有效位置。 提出了2种预防关键线路潮流转移过负荷跳闸的后备保护动作策略。首先,以避免电网初始支路切除事件直接导致过负荷跳闸为目标,提出了后备保护的自适应调整策略。该策略给出了自适应调整策略搜索的启发式方法,并给出了后备保护动作特性自适应调整的实现逻辑。自适应调整策略在电网正常运行时形成,能够在预防潮流转移过负荷跳闸的同时,保留后备保护切除区内短路故障的能力。其次,针对自适应调整策略失配的情形,根据相邻和次相邻变电站的保护动作信息,提出了后备保护过负荷跳闸的闭锁策略判据。该策略原理简单可靠,能够据断路器变位信息更新所需广域信息的采集位置,实时刷新判断结果,可靠开放或闭锁后备保护。 为确定关键线路过负荷紧急控制策略的约束支路集,提出2种潮流转移路径集的搜索方法。首先提出了一种输电断面的识别方法。该方法根据输电断面两侧母线电压相角的分布特征,提出了基于聚类分析方法和图论理论的电网母线分群策略和电源区与负荷区划分策略,进而给出了在各级区域电网间和各个区域电网内搜索输电断面的方法。其次,针对过负荷关键线路位于输电断面外的情形,提出了一种基于图论的潮流转移路径集在线搜索方法。该方法给出了搜索过负荷关键线路两侧节点间最短和较短功率传输路径的数学模型,并以电网正常运行时计算得到的最短路径长度和潮流转移路径固有的拓扑特征为启发信息,提出了模型搜索的快速方法,实现过负荷关键线路潮流转移路径集的快速搜索。最后,基于图论中双连通分支概念,提出了电网潮流转移区域的划分方法,使潮流转移路径集的搜索可在单个规模较小的潮流转移区域内进行,搜索速度与整体电网规模无关。 以过负荷关键线路及其潮流转移路径集为控制对象,提出一种基于灵敏度方法的紧急控制策略。该策略通过评价加出力与减出力控制节点通过协调配合,消除过负荷关键线路及其潮流转移路径集内线路过载的综合能力,提出了基于综合灵敏度和密切值法的最佳控制节点对筛选策略,给出了合理控制量的确定方法,并推导了基于潮流转移区域的灵敏度系数快速计算方法。该策略能针对较大规模电网,快速、有效地消除关键线路及其潮流转移路径集中多条线路的潮流转移过负荷。


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