廣域環(huán)境下的電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)評(píng)估研究.pdf

1、隨著電網(wǎng)互聯(lián)范圍的不斷擴(kuò)大、電力工業(yè)市場(chǎng)化體制改革的不斷深入，以及大規(guī)模風(fēng)光等可再生資源并網(wǎng)發(fā)電迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)，使電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)技術(shù)的成熟以及智能化電網(wǎng)的發(fā)展，為電網(wǎng)在線穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)評(píng)估以及預(yù)防性控制奠定了基礎(chǔ)。目前，基于實(shí)測(cè)信息的在線穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)評(píng)估主要聚焦于兩個(gè)方面：一是基于戴維南等效方法的靜態(tài)電壓穩(wěn)定評(píng)估；二是基于實(shí)測(cè)軌跡的暫態(tài)功角穩(wěn)定預(yù)估。雖然，電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的確涉及功

2、角和電壓兩個(gè)側(cè)面，但二者在一定條件下又是辨證的統(tǒng)一。因此，面臨新的形勢(shì)，在廣域環(huán)境下開(kāi)展電網(wǎng)在線靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)評(píng)估的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 由此，實(shí)現(xiàn)“在線評(píng)估、實(shí)時(shí)決策”的電網(wǎng)監(jiān)控框架，把握電網(wǎng)輸電規(guī)律和靜態(tài)穩(wěn)定機(jī)理是根本。本文研究思路：在廣域環(huán)境下，以戴維南等效方法為手段，從靜態(tài)穩(wěn)定角度出發(fā)，將電磁有功功率作為聯(lián)系電壓和功角兩個(gè)側(cè)面辨證統(tǒng)一關(guān)系的紐帶，進(jìn)而豐富電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定評(píng)估理論，有助于電網(wǎng)在線穩(wěn)定

3、監(jiān)控的實(shí)施。本文的主要工作和創(chuàng)新成果如下：
　　 (1)將戴維南等效參數(shù)辨識(shí)歸結(jié)為優(yōu)化問(wèn)題，提出一種基于軌跡靈敏度的戴維南等效參數(shù)迭代優(yōu)化辨識(shí)方法。該方法以節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算值平方與電壓實(shí)測(cè)值平方的差最小為目標(biāo)，待辨識(shí)參數(shù)的物理限制作為約束，數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)捷、易于快速求解。結(jié)合戴維南等效參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的軌跡靈敏度，對(duì)辨識(shí)參數(shù)初值進(jìn)行自適應(yīng)變步長(zhǎng)修正，進(jìn)而提高參數(shù)辨識(shí)的精度和速度。仿真算例表明，所提方法具有自適應(yīng)性強(qiáng)、辨識(shí)結(jié)果有效等特點(diǎn)，具

4、備在線應(yīng)用前景。
　　 (2)繼承傳統(tǒng)靜態(tài)的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定假設(shè)條件和概念，在相角和功率因數(shù)角δ-Φ空間上構(gòu)造一種線性化的靜態(tài)穩(wěn)定邊界域，并以此為基礎(chǔ)，提出一種以節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定裕度為目標(biāo)的定量化切負(fù)荷快速計(jì)算方法?；诰植苛繙y(cè)信息獲得各節(jié)點(diǎn)戴維南等效參數(shù)，即可直觀展示各節(jié)點(diǎn)所處的穩(wěn)定模式及相對(duì)穩(wěn)定裕度，當(dāng)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定裕度較低時(shí)快速獲得近似切負(fù)荷量，供調(diào)度員參考。這一方法間接避免了潮流計(jì)算和具體臨界值的求取，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法在線應(yīng)用中存

5、在的求解規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)依賴、收斂性和計(jì)算速度等困境。仿真結(jié)果表明，該方法物理概念清晰、計(jì)算快速，適于在線應(yīng)用。
　　 (3)基于兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型，推導(dǎo)了一定有功輸送條件下，有功損耗和靜態(tài)穩(wěn)定裕度與功率因數(shù)角間關(guān)系的解析表達(dá)式。以此為基礎(chǔ)，在二維坐標(biāo)系下構(gòu)造出反映這種關(guān)系的實(shí)時(shí)運(yùn)行域，并提出3個(gè)新指標(biāo)，用以快速預(yù)估節(jié)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償情況、指導(dǎo)無(wú)功優(yōu)化目標(biāo)的選擇。實(shí)時(shí)跟蹤辨識(shí)戴維南等效參數(shù)，可清晰確定當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下各節(jié)點(diǎn)近似所需無(wú)功補(bǔ)償量及

6、無(wú)功優(yōu)化方向，從而為廣域環(huán)境下的電網(wǎng)局部化無(wú)功補(bǔ)償、控制及均衡化規(guī)劃等提供了一種新的思路。
　　 (4)針對(duì)靜態(tài)的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定在概念和機(jī)理上尚未統(tǒng)一，給穩(wěn)定分析與控制帶來(lái)不便的情形。在前述研究工作的基礎(chǔ)上，從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，提出電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定實(shí)質(zhì)是電磁有功功率牽引下，“源-網(wǎng)-荷”功率轉(zhuǎn)化過(guò)程中的平衡性思想。電壓只是這一過(guò)程的支撐，本質(zhì)上屬于非線性系統(tǒng)輸出變量的有界性問(wèn)題，而與穩(wěn)定性沒(méi)有必然關(guān)系。廣域環(huán)境下基于全參量靈敏度給

7、出廣義同步力矩系數(shù)的概念，使靜態(tài)穩(wěn)定評(píng)估理論得到擴(kuò)展。另外，給出電壓支撐量化指標(biāo)，衡量電網(wǎng)對(duì)電壓的支撐水平。理論研究與多場(chǎng)景算例分析表明了新判據(jù)的有效性和合理性，廣域環(huán)境下有望實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)在線評(píng)估和預(yù)警。
　　 (5)將本文研究方法嵌入到山東電網(wǎng)AVC系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢(shì)在線評(píng)估。將小擾動(dòng)分析法和本文的穩(wěn)定裕度指標(biāo)相結(jié)合，分析了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)煙臺(tái)電網(wǎng)穩(wěn)定性能的影響。另外，將連續(xù)潮流與戴維南等效方法結(jié)合，針對(duì)山東電

8、網(wǎng)2010年冬季實(shí)際預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)多種運(yùn)行方式下的靜態(tài)穩(wěn)定性能和無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行詳細(xì)分析，為山東電網(wǎng)運(yùn)行和規(guī)劃提供有益參考。最后，面向調(diào)度中心監(jiān)控主站，介紹了“電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)”的框架體系和設(shè)計(jì)理念，并完成相應(yīng)功能模塊的開(kāi)發(fā)，可進(jìn)一步擴(kuò)展智能調(diào)度支持系統(tǒng)的穩(wěn)定監(jiān)控功能。
　　 綜上所述，本文基于電網(wǎng)實(shí)測(cè)或仿真信息，就戴維南等效參數(shù)辨識(shí)、靜態(tài)穩(wěn)定域、定量化切負(fù)荷、局部化無(wú)功補(bǔ)償、廣義靜態(tài)穩(wěn)定統(tǒng)一判據(jù)等方面進(jìn)行了比較全面的研究和