动态电力系统分析综述

发表时间：2017-12-11T16:54:42.350Z 来源：《电力设备》2017年第23期作者：苏国杰别成亮刘颖

[导读] 摘要：电力系统动态问题包括大型电力系统低频振荡，动态稳定及线性最优控制，次同步谐振及扭转振荡，大型电力系统动态等值，非线性稳定分析及暂态稳定控制，以及电力系统动态研究基本部件模型。

（北京市电力公司 100031）

摘要：电力系统动态问题包括大型电力系统低频振荡，动态稳定及线性最优控制，次同步谐振及扭转振荡，大型电力系统动态等值，非线性稳定分析及暂态稳定控制，以及电力系统动态研究基本部件模型。本文重点介绍现代电力系统中稳定问题及动态安全问题动态分析方法。

关键词：电力系统，动态分析方法，静态稳定，暂态稳定，动态安全分析

随着大型电力系统互联出现已暴露出了很多电力系统新动态问题，其中包括，互联大型电力系统低频振荡，带有电容补偿输电线火力发电厂中透平机次同步扭转振荡等。随着电力工业发展，电力系统规模越来越大，各种新设备不断投入到系统当中，使系统变得日益复杂。同时，电力市场出现也使电力系统运行方式发生了重大变化。在传统电网环境下，电力系统发电、输电及配电是统一调度管理，运行方式安排比较简单，系统运行安全可靠性容易得到保证。而在电力市场环境下，电力交易复杂多变，电力运营既要保证公平竞争、实现经济效益最大化，又要保证系统安全运行，这就给电力系统分析提出了新挑战。因此，在执行稳定导则基础上维持系统安全稳定运行显得愈加重要。现代电力系统竞价上网体制越来越注重对电力系统竞争使用，要求按在线工况来动态地修正运行极限值及控制策略，因此迫切需要在线稳定性定量分析及控制决策方法。美加大停电等事故表明，在动态安全分析领域中还有很多值得研究问题。

实用化动态安全分析方法

近年来，在线动态安全分析工具得到了很大发展，开始应用到实时系统中。这些工具在方法上有所区别，但都基于相同概念及基础，下面介绍国内外两个主要动态安全分析工具。

（1）基于EEAC（Extended Equal-Area Criterion）及时域仿真法快速稳定分析工具FASTEST）FASTEST主要采用以下两种方法来进行快速、可靠动态安全分析：

1）基于EEAC直接法暂态稳定分析。它主要应用于两个方面：预想事故快速筛选及排序以及事故后详细仿真过程。

2）传统时域仿真法。它主要用于对筛选出来预想事故进行精确分析，采用美国电力科学研究院（ EPRI）ETMSP（ Extended Transient/Midterm Stability Program）作为时域仿真引擎。

FASTEST通过系统初始化来确定所有需要进行分析预想事故。这些预想事故可以是预先确定事故列表，也可以由程序根据用户自定义规则产生。在系统模型选取方面，FASTEST针对不同分析过程采用不同系统模型：为了提高计算速度，在事故筛选及排序部分采用简化模型；为了获得更高精度，在时域仿真部分采用详细模型。

FASTEST利用ETMSP对系统进行时域暂态稳定仿真及中长期稳定仿真，然后利用EEAC对ETMSP结果进行分析以获得关于系统稳定性信息，包括表明整个系统稳定性稳定裕度及表明失稳时系统分裂过程临界机群。确定临界机群有利于制定稳定控制策略，如安排切机计划。FASTEST在仿真过程中采用积分提前终止技术，利用EEAC对时域仿真过程进行监控，当由仿真结果可确定系统稳定性时立即停止仿真，通过仿真终止判断可以在很大程度上减少计算量。

（2）基于BCU及时域仿真法快速稳定分析工具（BCU-DSA）BCU-DSA 主要采用了BCU（ Boundary of Stability Region Based Controlling Unstable Equilibrium Point）法（包括改进BCU分类器）及详细时域仿真法相结合方法。在预想事故筛选及排序方面，BCU-DSA根据能量裕度来判断某一事故对系统稳定性影响。如果能量裕度大于零，则认为系统稳定，否则认为系统不稳定。BCU-DSA主要通过BCU分类器来实现。为了满足在线动态安全分析需要，改进BCU分类器具有如下特性：

1）可靠性：必须捕获所有不稳定事故，包括单摆及多摆失稳；

2）快速性：对故障筛选速度要快；

3）在线计算：尽量少依靠离线计算，能够适应系统运行工况不断变化；

4）高效性：尽量排除不影响系统稳定事故；

5）稳定性：对电力系统运行状态变化具有很好鲁棒性。

BCU-DSA 在时域仿真法基础上，利用BCU法进行安全评价及临界能量计算。该方法可快速、可靠地计算能量裕度，临界能量与CUEP（Controlling Unstable Equilibrium Point）法相匹配。

在线动态安全分析关键技术问题

到目前为止，尽管动态安全分析系统得到了广泛应用，但仍需做进一步工作以满足在线运行需要，主要包括以下几个关键技术问题：（1）提高运行速度

提高在线动态安全分析计算速度一直是人们关注焦点。在计算机技术方面，多处理器并行分布式计算可以明显地提高计算效率。并行处理器有自己单独程序语言及硬件结构，只要对安全分析软件进行少量改动并适当增加硬件设备就可以实现分布式计算，有利于实现快速在线动态安全分析。

在利用时域仿真方法进行临界事故详细分析过程中，高效仿真终止判断技术可以快速地确定系统稳定与否，并提前终止仿真过程，从而减少计算量。

（2）初始数据及系统等值

通常，DSA系统运行所需数据是通过电力系统EMS状态估计实时获得，但状态估计并不能提供DSA运行所需全部数据，针对这部分不能从标准EMS中获得数据需做进一步工作。

相邻系统运行状况及参数有时会对本系统动态行为产生重要影响，因此应用程序需要相邻系统数据以建立相邻系统简化模型，这种简化模型要包含相邻系统动态行为。

（3）随机因素考虑

电力系统安全评价主要是在特定扰动下，在运行费用及可靠性之间取某种适当折衷。而扰动地点、类型等都是随机，而且扰动时系统