基于廣域測量信息的失步解列判據(jù)與控制方案研究.pdf

1、電力是國民經(jīng)濟的支柱行業(yè)，電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行關(guān)系到國家安全、社會穩(wěn)定與人民安居。然而，受到自身原因和外部干擾的影響，在電力系統(tǒng)中事故時有發(fā)生，特別是造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞和不可控惡性連鎖反應(yīng)的故障，不但使電力企業(yè)本身蒙受經(jīng)濟損失，而且對電力用戶乃至整個社會都會造成嚴重的影響。因此，保證大規(guī)模互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，防止大面積停電事故的發(fā)生是電力系統(tǒng)所面臨的一項迫切而重大的任務(wù)。失步解列控制作為保證系統(tǒng)安全運行的重要措施，是防止電網(wǎng)崩潰

2、的重要手段。當互聯(lián)電力系統(tǒng)之間發(fā)生失步振蕩時，采取合理的解列控制方案，可以有效地防止事故的蔓延，以免系統(tǒng)大停電事故的發(fā)生。但是，不合理的解列往往給系統(tǒng)帶來更大的混亂，促使系統(tǒng)崩潰。
　　 各國電力系統(tǒng)的運行實踐表明：針對安全穩(wěn)定破壞事故，無論采取如何嚴密的防范措施，都難以完全避免，尤其對于由多種不可預(yù)計的偶然因素疊加而導(dǎo)致的事故更是防不勝防。針對小概率的罕見事故，在防御措施上，應(yīng)從防止事故發(fā)生向提高事故后的處置能力傾斜，最大程度

3、地減少事故危害。當安全穩(wěn)定破壞事故發(fā)生之后，如何阻止事故的擴大與發(fā)展，盡可能減少對用戶的不良影響，并為電力系統(tǒng)恢復(fù)提供有利的條件，是事故處置方案應(yīng)予以解決的問題。當電力系統(tǒng)遭受大擾動而失去同步時，恰當?shù)慕饬写胧┠軌驅(qū)⑾嗷ナР降母鞑糠謹嚅_，阻止事故蔓延，減少停電范圍，防止系統(tǒng)崩潰。因此，失步解列方案是常規(guī)安全穩(wěn)定控制與保護措施的堅強后備。失步解列的關(guān)鍵是能夠在系統(tǒng)被動解列之前，準確、及時地把系統(tǒng)解列為若干個各自保持同步運行的子系統(tǒng)。目前，

4、電力系統(tǒng)所采用的各種失步解列方案存在若干問題，包括：1)基于等值兩機系統(tǒng)模型，不能準確地刻畫大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的失步特點；2)采用單端測量捕捉失步中心，不能跟蹤失步振蕩中心的轉(zhuǎn)移；3)難以適應(yīng)運行方式與故障形態(tài)的變化，對未知的失步模式不能可靠地響應(yīng)。
　　 針對上述問題，本文在分析電力系統(tǒng)失步后的電氣量變化特征與比較多種現(xiàn)有失步解列方案的基礎(chǔ)上，提出了基于廣域測量信息的失步解列判據(jù)與控制系統(tǒng)方案。所提出的解列判據(jù)與方案，采用多端

5、量測量，能夠準確地跟蹤失步振蕩中心、識別系統(tǒng)失步狀態(tài)，對運行方式與故障形態(tài)的變化具有較好的自適應(yīng)性，對不同的失步模式可靠地響應(yīng)。所采用的分層分布控制結(jié)構(gòu)計及了大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的特點，具有較強的實用性。論文主要的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.提出了一種基于PMU量測量的改進失步判據(jù)?；趩味肆康膗cosψ判據(jù)可以根據(jù)振蕩中心電壓的變化規(guī)律來區(qū)分失步振蕩、同步振蕩和短路故障。通過對系統(tǒng)失步時各電氣量變化規(guī)律和振蕩中心特征的

6、分析，可知當系統(tǒng)可以等值為幅值相等的兩機系統(tǒng)且各處阻抗角一致時，ucosψ實質(zhì)上反映了系統(tǒng)振蕩電壓的最低值。但是，當?shù)戎档膬蓹C系統(tǒng)幅值不相等時，有可能出現(xiàn)ucosψ沒有物理意義的情況，從而無法確定失步振蕩中心位置。利用PMU測量的聯(lián)絡(luò)線兩端電壓相角差，輔助識別系統(tǒng)的失步狀態(tài)，確定失步振蕩中心的位置，彌補基于單端量的ucosψ判據(jù)的不足。
　　 對新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)和山東電網(wǎng)進行仿真。利用同調(diào)分群結(jié)果設(shè)置解列點，執(zhí)行基于P

7、MU量測量的改進失步判據(jù)，識別系統(tǒng)的失步狀態(tài)。仿真結(jié)果表明該改進失步判據(jù)準確地跟蹤失步振蕩中心，識別系統(tǒng)失步狀態(tài)。
　　 2.提出了一種適用于系統(tǒng)斷面的自適應(yīng)復(fù)合解列判據(jù)。系統(tǒng)從遭受擾動后發(fā)生搖擺到失步是一個復(fù)雜的過程，各種參數(shù)在不同階段的特性不同，不同的判據(jù)各有利弊?？捎貌煌呐袚?jù)構(gòu)成復(fù)合判據(jù)，互為補充，揚長避短。將系統(tǒng)按失步斷面解列是一種有效的方法，它的優(yōu)點是能根據(jù)不同的失步模式按不同的失步斷面解列。在分析電力系統(tǒng)失步振蕩過

8、程和各種失步解列判據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于失步斷面的自適應(yīng)復(fù)合解列判據(jù)。該復(fù)合判據(jù)不僅利用主判據(jù)ucosψ反映振蕩中心電壓的變化規(guī)律，而且以動作特性獨立于振蕩中心位置的電流變化量作為輔助判據(jù)，可及時檢測系統(tǒng)是否失步。主判據(jù)與輔助判據(jù)相輔相成，可靠地實施解列。
　　 以山東電網(wǎng)為例進行仿真。根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度分層、分區(qū)的特點，依照調(diào)度分區(qū)在線搜索解列斷面，即在線搜索失穩(wěn)部分與剩余部分之間的聯(lián)絡(luò)線。利用PMU測量解列斷面的多端信息

9、，把基于單端量針對等值兩機系統(tǒng)單一線路ucosψ判據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)失步狀態(tài)判據(jù)。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)斷面復(fù)合判據(jù)對運行方式與故障形態(tài)的變化具有較好的自適應(yīng)性，可靠地響應(yīng)復(fù)雜多機系統(tǒng)的失步模式，準確性高。
　　 3.提出了一種基于廣域測量信息的失步解列控制系統(tǒng)方案。在對現(xiàn)有失步解列方案和電力系統(tǒng)分層分區(qū)結(jié)構(gòu)進行分析的基礎(chǔ)上，對失步解列措施的協(xié)調(diào)與配合進行了探討，指出目前存在的主要問題，提出了一種基于廣域測量系統(tǒng)(WAMS)和多Agent的

10、失步解列控制系統(tǒng)方案，著重解決多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的復(fù)雜失步模式。該控制系統(tǒng)采用分層分布結(jié)構(gòu)，由控制中心層、區(qū)域控制層和就地執(zhí)行層三層協(xié)調(diào)合作，完成失步解列控制的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行?？刂浦行膶邮占吞幚砩婕叭到y(tǒng)的綜合信息，識別整個電網(wǎng)的運行狀況，搜索解列斷面，識別區(qū)域系統(tǒng)之間的失步振蕩，與緊急控制措施協(xié)調(diào)，并將有關(guān)運行方式的信息和解列控制方案下傳到區(qū)域控制層和就地執(zhí)行層。根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特點，將整個系統(tǒng)分成若干區(qū)域，而區(qū)域

11、控制層包括若干區(qū)域控制子站，負責采集區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)運行信息，進行失步斷面的協(xié)調(diào)優(yōu)化和斷面的失步狀態(tài)識別，并把必要的信息向就地執(zhí)行層傳送；就地執(zhí)行層有若干本地解列子站，采集就地信息，實施傳統(tǒng)的就地解列控制，同時也可以從主站接收實時的解列控制策略和正確的解列裝置動作信息。從而實現(xiàn)各層次既能相對獨立工作又能協(xié)調(diào)一致的分層解列控制方案，較好地解決大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的解列控制問題。
　　 針對新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)和“三華“電網(wǎng)進行仿真，