緊急控制與校正控制的協(xié)調(diào)優(yōu)化.pdf

1、跨大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)和電力市場(chǎng)化的推進(jìn)在為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展提供強(qiáng)有力支持的同時(shí)，也對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與可靠性運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)。而電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與國家建設(shè)與穩(wěn)定休戚相關(guān)，因此，如何防御大停電災(zāi)難，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行就成為一個(gè)重大和迫切的課題。 閉環(huán)離散控制是電力系統(tǒng)在大擾動(dòng)后保持運(yùn)行可靠性的主要手段，包括切機(jī)、切負(fù)荷、解列等等，可以分為以故障驅(qū)動(dòng)的緊急控制（EC）及由受擾軌跡驅(qū)動(dòng)的校正控制（CC）兩類。當(dāng)前對(duì)二

2、者的研究主要集中在如何以最小的控制量或控制代價(jià)來滿足安全穩(wěn)定約束，方案的制定依賴于系統(tǒng)仿真和工程經(jīng)驗(yàn)，決策過程都是在確定的運(yùn)行工況、模型參數(shù)及故障場(chǎng)景下，孤立進(jìn)行的。 閉環(huán)離散控制的決策要素包括系統(tǒng)模型與參數(shù)、工況、預(yù)想故障集、目標(biāo)函數(shù)、約束條件、控制變量與控制時(shí)機(jī)，其優(yōu)化決策離不開可靠、高效的安全穩(wěn)定量化分析算法。擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則（Extended Equal Area Criterion）提出了高維受擾軌跡擺次穩(wěn)定性的概念以及

3、評(píng)估每擺穩(wěn)定裕度的量化方法，深刻的揭示了非自治非線性多機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的機(jī)理和規(guī)律，并能提供滿足工程實(shí)用要求的穩(wěn)定裕度指標(biāo)。本文利用基于EEAC理論的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定量化分析與優(yōu)化決策軟件包FASTEST，從兼顧電力系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，對(duì)EC優(yōu)化、CC優(yōu)化及二者的協(xié)調(diào)展開了較為系統(tǒng)的研究。 EC是故障驅(qū)動(dòng)的前饋控制，時(shí)間滯后很小，控制性價(jià)比高；但由于其決策表是按典型場(chǎng)景預(yù)先準(zhǔn)備的，實(shí)際場(chǎng)景與之失配可能引起嚴(yán)重過控

4、或欠控。CC是軌跡驅(qū)動(dòng)的反饋控制，其執(zhí)行時(shí)刻在不安全現(xiàn)象出現(xiàn)以后，其性價(jià)比要差；但反饋控制律可以消除過控及欠控問題。本文以切機(jī)、切負(fù)荷和解列措施為例，深入比較了EC與CC在啟動(dòng)判據(jù)、動(dòng)作時(shí)機(jī)、控制代價(jià)、控制律及控制精度等方面的不同，討論了它們?cè)诖_定工況及故障下的優(yōu)化決策。 電力系統(tǒng)本身是隨機(jī)的，各種隨機(jī)因素按受擾場(chǎng)景可分為工況類和故障類兩種。不同地點(diǎn)和類型的故障對(duì)穩(wěn)定性的破壞程度不同，即使相同的故障，在不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、機(jī)組組合、

5、母線注入和系統(tǒng)備用下的控制代價(jià)也不同。按典型的工況和故障的確定性仿真及保守原則制定控制策略，其決策不但不經(jīng)濟(jì)，還有可能帶來危險(xiǎn)的負(fù)效應(yīng)。以旋轉(zhuǎn)備用水平及頻率特性為例，分析了隨機(jī)因素對(duì)某實(shí)際電網(wǎng)頻率安全性的影響。 若用EC來應(yīng)對(duì)小概率高風(fēng)險(xiǎn)的不確定因素，則在大多情況下將發(fā)生過控；若用CC來應(yīng)對(duì)概率大的不確定因素，則機(jī)會(huì)成本很高。應(yīng)基于風(fēng)險(xiǎn)概念來協(xié)調(diào)這兩種在物理和經(jīng)濟(jì)特性上都互補(bǔ)的控制方式。配置EC以減輕CC的強(qiáng)度，追加CC來減輕E

6、C的保守性，并避免系統(tǒng)在預(yù)先未考慮到的嚴(yán)重故障下崩潰。二者的協(xié)調(diào)非但關(guān)系到防御體系的強(qiáng)壯性，也影響到防御行為的經(jīng)濟(jì)性。以某實(shí)際電網(wǎng)為例，考慮切除時(shí)間和負(fù)荷模型的不確定性，對(duì)其切機(jī)方案進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，仿真結(jié)果表明優(yōu)化后的控制方案風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)顯著減小。 切負(fù)荷（LS）控制既可由故障驅(qū)動(dòng)（即緊急LS），也可由軌跡驅(qū)動(dòng)（即校正LS）。大量不確定因素突出了它們之間協(xié)調(diào)的重要性。這是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題，需要處理各類穩(wěn)定性約束、高維混合決策

7、空間中的尋優(yōu)及控制措施之間的非線性交互等難題，只能采用解耦優(yōu)化．聚合協(xié)調(diào)的方法求解。首先用穩(wěn)定性量化分析軟件FASTEST分析不確定因素下的穩(wěn)定性，然后分別優(yōu)化故障驅(qū)動(dòng)的LS及軌跡驅(qū)動(dòng)的LS，在優(yōu)化其中之一時(shí)，將另一個(gè)的最新迭代結(jié)果作為仿真的外部場(chǎng)景，迭代到預(yù)想故障集的風(fēng)險(xiǎn)總代價(jià)不再明顯減小為止。考慮某實(shí)際系統(tǒng)的預(yù)想故障、負(fù)荷模型和負(fù)荷水平等不確定因素，仿真證實(shí)該協(xié)調(diào)優(yōu)化方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，顯著減少了控制的風(fēng)險(xiǎn)。 解列

8、控制既可由故障驅(qū)動(dòng)（即第二道防線中的故障解列），也可由軌跡驅(qū)動(dòng)（即第三道防線中的失步解列）。對(duì)于完全確定性的理想情況，只需要考慮故障解列，以減少對(duì)系統(tǒng)的沖擊；但客觀存在的不確定因素模糊了連鎖解列的充要條件，突出了失步解列及兩者協(xié)調(diào)的重要性。將解列后，使各孤立子系統(tǒng)穩(wěn)定的最小控制代價(jià)與故障概率的乘積之和作為解列風(fēng)險(xiǎn)，并按該指標(biāo)協(xié)調(diào)兩種解列方案。采用“在線預(yù)算，實(shí)時(shí)匹配”的方法提高故障解列的自適應(yīng)性：由控制中心站、就地主站和解列裝置組成自適