华电电力系统自动化第17讲_调度自动化(3讲义)-静态安全分析和安全评定

发生 故障
检测到越规
t
加强电网 预防控制 第一道防线
继电 保护
第二道防线
Baidu Nhomakorabea
第三道防线
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电力系统静态安全评定
在某一预想事故下，考察系统的静态安全性
支路电流过载 母线电压越限 丢失负荷
X
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电力系统运行状态及状态转移
正常状态 安全状态
(校正控制)
安全裕度降低 (预防控制)
预警状态
紧急状态 （紧急控制） 解列、 切负荷
待恢复状态
(恢复控制)
满足等式和 不等式约束
不等式约 束破坏
等式约束 破坏
j i,j i
j i,j i
ij xij
i j x x j i,j i ij j i ij
节点方程:
P1 B 011 ... B 01n 1
.
..
...
...
...
...
Pn B 0 n1 ... B 0 nn n
记 为 : P B 0
B0阵的元素:
B
0
1
P
Boii
ji
1, xij
ji
Boij
1 xij
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Pi1 Pik
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直流潮流法的特点
求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1阶 方程，计算速度快
DC潮流只能计算有功潮流的分布，不能计算 电压幅值，有其局限性
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电力系统的可靠性、安全性和稳定性
安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁 棒性
要求1：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态， 并且在该状态下满足所有必须的约束
要求2：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生 任何失稳现象
对要求1的验证称为静态安全分析，对要求2的验证 称为动态安全分析
因此，稳定性分析是安全性分析的一个组成部 分，也进而是可靠性评估的一部分
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电力系统的可靠性、安全性和稳定性
电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法
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三道防线措施实施的不同时刻
预防控制 检测到故障 检测到越规后 后紧急控制 极端紧急控制
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每道防线的作用
小概率 特别严 重故障
严重 故障
稳定域
稳定域
稳定域
稳定域
稳定域
一般
故障
稳定域 故障 检测到
ji
节点电压幅值约束 VimVi ViM
发电机功率出力约束
QPGGmmii
PGi PGMi QGi QGMi
各支路（线路、变压器）潮流约束 Iij IiMj
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电力系统运行状况的数学模型
等式约束 fx,u0
DC潮流要满足假设条件
(1)rij<<xij (2)相邻母线的相角差很接近
(3)各母线的电压在额定值附近
(4)支路对地电容很小
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在线潮流
各种安全和经济分析计算的数据源头 内含
外部网络等值 短期/超短期负荷预报 不平衡功率分配 潮流计算
华电电力系统自动化第17讲_调度
静态安全分析
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电力系统的可靠性、安全性和稳定性
可靠性:电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时 间内，完成规定功能的可能性
系统在长的运行周期中工作正常的概率
安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方式 的研究进行判断
可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时 间内系统性能的整体考虑进行判断
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电力系统的可靠性、安全性和稳定性
NERC＝北美电力可靠性协会 可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断 地向用户供电的能力的度量指标 可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面
设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动—N－1准 则
比正常扰动更严重的扰动依靠切机、切负荷以及解列等紧急 控制措施
主要不足之处
认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果
发展方向：基于风险的安全性评估
考虑运行方式和事件发生的概率，定量分析和研究系统的风 险
对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综 合度量
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电力系统运行状况的数学模型 －等式约束和不等式约束
节点功率平衡条件
PGi
PDi
Vi Vj
ji
Gij cos
ij
Bij sin ij
0
QGi QDi Vi Vj Gij sin ij Bij cos ij 0
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电力系统的可靠性、安全性和稳定性
可靠性是系统设计和运行的总体目标
为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的
为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能 归类为稳定问题的偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒 塌或者人为破坏等
也可从后果来区分安全性和稳定性
两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果 比另一个更差，则前者的安全性相对较差
•安全正常状态：正常状态下的电力系统，在承受 一个合理的预想事故集的扰动之后，系统仍处于 正常运行状态
•预警状态 ： 正常状态下的电力系统，在承受规 定的合理的预想事故集的扰动之后，有预想事故 使系统不满足不等式约束
紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束
待恢复状态：有部分地区违反了等式约束
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静态安全评定
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大电网安全防御体系
第一道防线—在常见的单一故障被正常清除时
-加强电网结构(远期的预防性控制) -有效的预防性控制措施 -快速可靠的继电保护
表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电 力供应的能力 安全性 电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力
安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运 行条件以及意外事件的发生概率
稳定性
扰动后系统整体性的维持能力
取决于系统的运行条件和扰动的性质
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网络划分
外网等值
为什么？
☆外网实时信息不可用；
☆计算规模限制；
☆保证内网操作计算的精度
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电力系统静态安全分析中的潮流算法
要对大量开断故障进行潮流计算以便确定事 故发生后系统是否会进入静态紧急状态
实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求
速度和精度的协调
直流潮流 vs 交流潮流
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丢失负荷
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交流开断潮流思路
开断
基态网络 元件
修正 元件1
基态 潮流
修正 元件2
开断 潮流1
开断 潮流2
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不同的开断处理 支路（线路，变压器）开断
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电力系统安全控制的分类
安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为 了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事 故的对策措施
预防控制（Preventive Control） 校正控制（Corrective Control） 紧急控制（Emergency Control） 恢复控制（Restorative Control）
不等式约束 hx,u0
x是状态变量。取为节点电压幅值和相角 u是控制变量，可选为发电机有功、无功出 力，变压器变比，可投切的电容器，等等
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电力系统实时运行状态的分类
正常状态 ：同时满足等式约束和不等式约束
★边界匹配
外网等值(续)
◎通过内网的状态估计，计算出边界节点的电压VB ；
◎将边界节点作为Vθ节点，对等值后的网做潮流计算，计算出 边界注入潮流；
◎将边界节点作为PQ节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流 结果。
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第二道防线—在概率较低的严重故障下,可损失部 分电源和负荷,但必须保持系统稳定
-切机、切负荷、FACT等紧急控制措施
第三道防线—在概率很低的多重严重故障下,允许 失稳,但应避免大停电,并尽量减少损失
-失步解列
-低频、低压减载等紧急控制措施
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概率充分性是指电力系统考虑计划内和非计划内元件停运 时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。 概率充分性也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力 系统满足用户电力和电量的能力。 概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短 路或非计划地失去系统元件)的能力 概率稳定性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电 力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的 能力
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直流潮流法的近似处理
对于输电线ij，支路有功潮流
p i jV i 2 g i jV i V jg ic j io jb is j si ijn
忽略gij电阻rij2r rij，xi2 j则:0,bij rij2 xijxi2 j 1/xij
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在线潮流--未来方式
在线潮流的三个数据源：历史、现在和未来 负荷预报为分析未来潮流做准备 最重要的一个应用：预先分析未来短时间内 系统的变化和操作
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在线潮流--模拟调度操作
模拟开断线路、变压器、发电机组和各种倒 闸操作 模拟出力和负荷调整 模拟机组开断及出力和负荷调整时，应考虑 功率缺额或余额在其它机组间的再分配 安全分析的好工具
网络结构发生变化，迭代矩阵改变，注入功 率不变
发电机，负荷开断
网络结构不变化，只改变注入功率
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发电机开断的模拟
当发电机开断时，整个系统的发电功率不足以供给有 功负荷需要，系统频率将降低。
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电力系统静态安全评定(续)
自动故障选择
◎定义：按元件故退出运行(开断)对系统安全性影响的
严重程度排序
◎被开断的元件
串联支路－－输电线和变压器
并联支路－－发电机和负荷
◎严重程度指标
有功支路过负荷
节点电压越界
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i j 很小，令 coij s1 , siin jij
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Vi Vj 1 忽略支路对地电容
pij bij( i
j)
i xij
j
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直流潮流法
支路方程:
pij
i j
xij
Pi
P i P ij