基于廣域測量信息的電力系統(tǒng)解列研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、自2003年8月14日的北美“8.14”大停電后,世界范圍又發(fā)生了多次大停電。這些觸目驚心的大停電事故引起了世界各國從事電力生產和科研的專家的重視。所有國內外重大事故的產生,幾乎都是由系統(tǒng)失去穩(wěn)定而擴大,從而發(fā)展為災害性后果的。是否考慮失去穩(wěn)定后的對策,對電力系統(tǒng)的安全有極其重要的影響。長期的運行實踐表明,不管對系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求如何嚴格、措施如何完善,總可能因一些事先不可預計的各種偶然因素相互疊加,產生穩(wěn)定破壞事故,而過分提高對系統(tǒng)穩(wěn)定

2、性的要求需要大量的投資。一個較弱而有措施準備的系統(tǒng),將會比一個較強而無措施準備的系統(tǒng)有較好的運行效果。因此,對電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后的控制措施的研究成為當前的一個熱點。 在我國,當互聯(lián)系統(tǒng)遭受大擾動的影響而失去同步時,失步解列作為防止系統(tǒng)崩潰的最后一道防線得到了廣泛的應用。但目前大多數(shù)失步解列裝置的動作是基于就地信息,其判據(jù)僅能反映一類或幾類失步特性,并且實際應用中多套裝置的配合也很困難。另外,大多數(shù)判據(jù)都是針對等值兩機系統(tǒng)的,對于

3、多頻失步振蕩,目前的方法在失步振蕩判據(jù)和解列點選擇上都將失效。 研究解列問題主要解決“何時”在“何處”解兩個方面的問題。文獻提到的解列時機,有的直接考慮時間,有的考慮振蕩周期數(shù),而沒有考慮系統(tǒng)頻率等參數(shù)的運行限制以及解列后各個孤島能否保持穩(wěn)定等關鍵問題。解列割集搜索問題是一個NP-hard問題,必須用啟發(fā)式方法求解,現(xiàn)有方法計算時間長,難以滿足在線應用要求。研究著眼于整個系統(tǒng)的振蕩解列地點,研究易于保持解列后各孤島穩(wěn)定的解列時機

4、,以及研究保持孤島穩(wěn)定的控制措施是非常必要的,也是十分緊迫的。 本文將電力系統(tǒng)用一個節(jié)點-權重圖來表示,在此基礎上結合電力系統(tǒng)的特點對系統(tǒng)進行分區(qū),將機組的失穩(wěn)轉化為子區(qū)域的失穩(wěn)。利用廣域測量系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)動態(tài)信息,可以在線識別失穩(wěn)區(qū),搜索解列割集,自適應地確定解列時機。論文的主要研究內容和成果如下: 1.提出了一種基于電力系統(tǒng)分區(qū)調度與機組同調分群的電力系統(tǒng)分區(qū)方法。在電力系統(tǒng)的當前運行工況下,設置預想事故,根據(jù)機組

5、的搖擺曲線對機組進行同調分群,一個調度區(qū)的發(fā)電機可能屬于一個同調群,也可能分為兩個或多個同調群。結合分區(qū)與分群結果,將系統(tǒng)機組分為盡量多的機群,系統(tǒng)分區(qū)數(shù)與機群數(shù)相對應。從各機群節(jié)點出發(fā),根據(jù)節(jié)點鄰接關系,利用廣度優(yōu)先搜索方法將系統(tǒng)的非發(fā)電機節(jié)點分到與各機群對應的子區(qū)域中去。一個互聯(lián)系統(tǒng)被分為一系列子區(qū)域,各子區(qū)域內的發(fā)電機同調,發(fā)電機節(jié)點為各子區(qū)域的核心節(jié)點,其余節(jié)點為其外層節(jié)點。應用該方法對山東實際電網進行了仿真分析。 2.

6、提出了一種基于系統(tǒng)分區(qū)的失步解列割集搜索算法。電力系統(tǒng)失穩(wěn)后,根據(jù)廣域測量信息可以確定失穩(wěn)機群,失穩(wěn)機群所在的子區(qū)域為失穩(wěn)子區(qū)域。相鄰的失穩(wěn)子區(qū)域構成失穩(wěn)區(qū),搜索解列割集時,一次只考慮將一個失穩(wěn)區(qū)解列。失穩(wěn)區(qū)中與剩余區(qū)有支路直接相連的子區(qū)域為失穩(wěn)區(qū)邊界。搜索失穩(wěn)區(qū)邊界與剩余區(qū)之間的聯(lián)絡線即得解列割集。 網絡的割集搜索問題是一個NP-hard問題,對電力系統(tǒng)進行分區(qū)后,搜索解列割集時就不需要搜索子區(qū)域內部的大量支路,從而減小了搜索

7、空間;再加上電力系統(tǒng)高度稀疏的特點,用該方法進行解列割集搜索的計算量與失穩(wěn)區(qū)非發(fā)電機節(jié)點數(shù)成正比,大大降低了電力系統(tǒng)割集搜索問題的計算復雜度。以1318節(jié)點、134機山東省實際系統(tǒng)為例說明該算法搜索速度快、計算時間短,可滿足在線應用要求。 3.提出了一種自適應解列時機確定方案。用發(fā)電機角頻率和角頻率的變化率來衡量機組受系統(tǒng)振蕩影響的程度,提出系統(tǒng)應該在發(fā)電機所受的沖擊影響還能夠被解列、減載等措施抵消前解列。當機組間最大相對搖擺角

8、差大于某一設定值時,認為系統(tǒng)可能失穩(wěn),搜索將“可能失穩(wěn)區(qū)”解列的解列割集。根據(jù)發(fā)電機運行頻率限制,從機組角頻率角度提出了自適應解列時機確定方案。考慮到解列操作需要時間,當判定系統(tǒng)可能失穩(wěn)時,如果機組當前角頻率或此后0.1s的角頻率預測值滿足設定條件,系統(tǒng)可以先于失步時刻解列。若系統(tǒng)已失穩(wěn),根據(jù)發(fā)電機組電流、樞紐變電站電壓和機組的角頻率決定何時實施解列。如果失穩(wěn)系統(tǒng)不滿足上述的解列條件,仍可以短時異步運行。采取必要控制措施后,若系統(tǒng)不能恢

9、復同步,運行一定時間后解列。對新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)和山東電網實例的仿真表明,根據(jù)本文提出的解列時機實施解列,再輔助以合適的控制措施可保持孤島穩(wěn)定。 4.針對待解列區(qū)域有功缺額較大的情況,總結出一種解列連鎖切負荷,并配合低頻或低壓減載的綜合控制措施。分析了振蕩過程中和解列后缺乏有功的孤島的頻率變化特點,指出對有些缺乏有功的孤島,在解列后的最初一段時間內,孤島的頻率可能上升,故基于低頻的控制措施將失效;并且當孤島的有功缺額較大

10、時,孤島機組頻率可能升高到頻率上限。對待解列區(qū)域有功缺額較大,且仿真表明解列后該區(qū)域頻率會異常升高的情況,給出了解列連鎖切負荷措施。解列的同時切除一定比例的負荷,以改善孤島的電壓水平,增加發(fā)電機的功率輸出,限制解列后最初一段時間內孤島的頻率值,使之不越限。過了最初的一段時間后,若孤島頻率下降,當下降到一定值時,低頻減載裝置動作切除部分負荷;如果孤島的電壓水平仍然低,也可由低壓減載裝置切除部分負荷。針對山東電網實例,比較了直接解列形成的孤

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