第九章電力系統(tǒng)廣域控制

NorthChinaElectricPowerUniversityDepartmentofElectricalEngineering動態(tài)電力系統(tǒng)分析與控制

保定2011.2-4

目錄

一．電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)二．電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析五．直接法在暫態(tài)穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

三．電力系統(tǒng)次同步諧振分析四．電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析六．電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析

七．線性最優(yōu)控制系統(tǒng)八．非線性控制系統(tǒng)九．電力系統(tǒng)廣域控制第九章電力系統(tǒng)廣域控制一．概述

二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

電力系統(tǒng)廣域測量（動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控）是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，被稱為電力系統(tǒng)三項(xiàng)前沿課題之一。20世紀(jì)90年代初，基于全球定位系統(tǒng)（GPS）的相量測量單元（PMU）的成功研制，標(biāo)志著同步相量技術(shù)的誕生。它在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了大電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)（WAMS）的形成和發(fā)展。一．概述

美國于1992年開始裝設(shè)相量測量裝置，我國也于1995年開始組建了電網(wǎng)的功角監(jiān)測系統(tǒng)。

應(yīng)用實(shí)踐證明：電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)能監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行系統(tǒng)特性分析，準(zhǔn)確捕捉電力系統(tǒng)在故障擾動、低頻振蕩和系統(tǒng)試驗(yàn)等情況下的動態(tài)過程及行為特性，成為校核電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算模型的有效手段，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。一．概述

隨著區(qū)域電力系統(tǒng)互聯(lián)的發(fā)展，電力系統(tǒng)動態(tài)行為的監(jiān)測和控制日益受到廣泛關(guān)注。國家電力調(diào)度通信中心于2003年2月頒布了《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）》，該技術(shù)規(guī)范強(qiáng)調(diào)了對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測。一．概述

《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）》中要求：為配合全國聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)一步加強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)度中心對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測和分析能力，應(yīng)在重要的變電站和發(fā)電廠安裝同步相量測量裝置，構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并通過調(diào)度中心分析中心站實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測和分析。該系統(tǒng)將成為電力系統(tǒng)調(diào)度中心的動態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺的主要數(shù)據(jù)源，并逐步與EMS系統(tǒng)及安全自動控制系統(tǒng)相結(jié)合，以加強(qiáng)對電力系統(tǒng)動態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控。一．概述

電力系統(tǒng)動態(tài)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測（廣域測量）對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析、預(yù)警、調(diào)度、事故分析、參數(shù)辨識及在線穩(wěn)定決策都大為有益，將給電力系統(tǒng)的運(yùn)行及控制帶來巨大變革性影響，為解決復(fù)雜電力系統(tǒng)的系列難題提供了新的有效的手段。一．概述

電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)由相量測量裝置(PMU子站)，數(shù)據(jù)傳輸通道和系統(tǒng)主站構(gòu)成。

PMU子站利用高精度的GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)母線電壓和線路電流相量的同步測量。二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)

二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)

廣域測量系統(tǒng)主站安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心。主站通過數(shù)據(jù)傳輸通道接收來自子站或其他主站的測量數(shù)據(jù)、事件標(biāo)識、錄波文件、實(shí)時(shí)記錄文件等。

另外，主站可以接收EMS等其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；開放相量數(shù)據(jù)給其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)調(diào)用，并轉(zhuǎn)存到歷史數(shù)據(jù)庫。二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)

主站中還包括高級應(yīng)用層，集中了在線電網(wǎng)運(yùn)行動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（直觀的圖形顯示、調(diào)度決策輔助系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)及離線分析等工具與軟件。二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)

主站在接收到來自子站的相量數(shù)據(jù)后，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存儲、歸檔，利用這些數(shù)據(jù)開展電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、全網(wǎng)動態(tài)過程記錄和事后分析、電力系統(tǒng)動態(tài)模型辯識和校正、暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測及控制、電壓和頻率穩(wěn)定監(jiān)視及控制、低頻振蕩分析及抑制、故障定位及線路參數(shù)測量等方面的研究和應(yīng)用。

所有這些應(yīng)用給電力系統(tǒng)分析和控制提供了新的視角和方法，成為制定電力系統(tǒng)控制策略和確定電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行、規(guī)劃方案的重要依據(jù)。二．電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)在受到干擾后能否繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。由于干擾的客觀存在性以及干擾發(fā)生的不可預(yù)見性，使得保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最重要的任務(wù)之一，系統(tǒng)的調(diào)度員必須時(shí)刻保持系統(tǒng)在穩(wěn)定域內(nèi)運(yùn)行。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

廣域測量系統(tǒng)(WAMS)可以直接測量、顯示電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的功角。這種方法可以使調(diào)度員直接觀察到系統(tǒng)當(dāng)前的功角及其變化情況。但是，由于多機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，各節(jié)點(diǎn)的功角穩(wěn)定臨界值并不一樣，而且還會隨著系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化而改變。調(diào)度員能“看到”各節(jié)點(diǎn)的功角值，但不知道該節(jié)點(diǎn)的功角臨界值，不知道當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)離穩(wěn)定邊界有多遠(yuǎn)。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

為了使調(diào)度員不僅能“看到”各發(fā)電機(jī)功角值和各節(jié)點(diǎn)電壓角度值，還要知道相應(yīng)的功角穩(wěn)定臨界值，知道當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)離穩(wěn)定邊界有多遠(yuǎn)，能在任何情況下都能直觀的“看到”系統(tǒng)的穩(wěn)定狀況，就必須能快速的確定各功角當(dāng)前的穩(wěn)定臨界值，計(jì)算出各功角的穩(wěn)定裕度。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

要使功角穩(wěn)定臨界值和穩(wěn)定裕度的計(jì)算能對調(diào)度員了解系統(tǒng)當(dāng)前的穩(wěn)定狀況有所幫助，計(jì)算的快速性是非常重要的。另外，從實(shí)用的角度來看，計(jì)算所依據(jù)的測量量必須是局部量，最好是本地量。將電網(wǎng)的全部狀態(tài)量引入計(jì)算是不現(xiàn)實(shí)的。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

基于以上思路，我們提出了利用電力系統(tǒng)的局部測量信息進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷的理論，并研究、開發(fā)了依據(jù)該理論的電力系統(tǒng)穩(wěn)定監(jiān)測系統(tǒng)。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

該理論綜合非線性理論研究中的等值理論、辨識理論和系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，根據(jù)電力系統(tǒng)的具體情況提出了這種全新的判斷電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的理論。該理論主要包括以下幾方面的內(nèi)容。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

1電力系統(tǒng)等值

將電力系統(tǒng)分為內(nèi)部系統(tǒng)（有測量信息的系統(tǒng)）和外部系統(tǒng)（沒有測量信息的系統(tǒng)）兩部分。將內(nèi)部系統(tǒng)中與外部系統(tǒng)相連的節(jié)點(diǎn)稱為邊界節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)與外部系統(tǒng)相連的線路稱為連接線路，即邊界節(jié)點(diǎn)通過連接線路與外部系統(tǒng)相連。連接線路與外部系統(tǒng)相連的節(jié)點(diǎn)稱為等值節(jié)點(diǎn)。在等值節(jié)點(diǎn)將外部系統(tǒng)等值為發(fā)電機(jī)與負(fù)荷模型。內(nèi)部系統(tǒng)與連接線路和等值節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)與負(fù)荷構(gòu)成了等值電力系統(tǒng)。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

2等值電力系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識

構(gòu)成了等值電力系統(tǒng)后，需要對等值電力系統(tǒng)各線路阻抗參數(shù)及等值發(fā)電機(jī)和等值負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行辨識。系統(tǒng)在受到擾動后，系統(tǒng)的運(yùn)行變量會發(fā)生有規(guī)律的變化，利用每個(gè)時(shí)刻的測量量即可對等值電力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行辨識。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

對于較簡單的線路模型，用2~3個(gè)時(shí)刻的測量量即可辨識出模型的參數(shù)。對于較復(fù)雜的發(fā)電機(jī)與負(fù)荷模型，則需多個(gè)時(shí)刻的測量量才可辨識出模型的參數(shù)。全面完成等值電力系統(tǒng)參數(shù)的辨識需要5個(gè)時(shí)刻的測量量。在隨后的每個(gè)時(shí)刻都對已辨識的參數(shù)進(jìn)行遞推辨識，利用新的測量量不斷修正模型參數(shù)，使等值電力系統(tǒng)的模型能適應(yīng)實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

3電力系統(tǒng)的穩(wěn)定判斷

建立了等值電力系統(tǒng)的模型后，根據(jù)測量的各節(jié)點(diǎn)電壓量和各線路的電流量及功率量，即可進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷。

三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

以往的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算和判斷是在系統(tǒng)受到一系列擾動或控制的作用后，判斷系統(tǒng)最終的穩(wěn)定性。這在實(shí)際應(yīng)用中有幾點(diǎn)不足。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

一是只知道整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定與否，不知道穩(wěn)定程度在系統(tǒng)的分布。要知道，即使系統(tǒng)是穩(wěn)定的，系統(tǒng)各處的穩(wěn)定裕度一般也是不一樣的。當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)，也不會所有發(fā)電機(jī)都失步。因此，應(yīng)該計(jì)算出系統(tǒng)各處的穩(wěn)定性分布，而不是單一的整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

二是只知道系統(tǒng)最終的穩(wěn)定狀況，而對動態(tài)過程中各時(shí)刻的穩(wěn)定性則沒有考慮。實(shí)際上系統(tǒng)最終的穩(wěn)定狀況不僅與系統(tǒng)的初始運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，還同后續(xù)的一系列擾動（或控制）有關(guān)，系統(tǒng)在各時(shí)刻的穩(wěn)定性是不一樣的。而系統(tǒng)各時(shí)刻穩(wěn)定性的計(jì)算對于確定是否要實(shí)施后續(xù)控制是非常重要的。因此，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性在線判斷的任務(wù)是要計(jì)算出系統(tǒng)各處在各時(shí)刻的穩(wěn)定性。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

為了能準(zhǔn)確、快速地判斷出系統(tǒng)各處各時(shí)刻的穩(wěn)定性，經(jīng)過多年的研究，終于成功地將等值電力系統(tǒng)的動態(tài)方程解耦，并依據(jù)直接法的原理，構(gòu)造了反映系統(tǒng)穩(wěn)定性的能量函數(shù)。在線計(jì)算系統(tǒng)各處各時(shí)刻的臨界穩(wěn)定值及穩(wěn)定裕度，全面反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制

準(zhǔn)確、快速地判斷出系統(tǒng)各處各時(shí)刻的穩(wěn)定性可以使調(diào)度員在各種運(yùn)行狀況下都能正確地掌握系統(tǒng)的穩(wěn)定狀況。并根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的穩(wěn)定狀況，及時(shí)進(jìn)行處理。當(dāng)系統(tǒng)某地區(qū)的穩(wěn)定裕度減小時(shí)，調(diào)度員可以采取相應(yīng)措施，提高該地區(qū)的穩(wěn)定裕度，避免發(fā)生失穩(wěn)事故。三．基于WAMS的電力系統(tǒng)廣域控制遇到危及穩(wěn)定的大干擾時(shí)，一方面，自動穩(wěn)控裝置可依據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的具體計(jì)算結(jié)果實(shí)施控制，避免穩(wěn)定破壞事故的發(fā)生。另一方面，調(diào)度員通過監(jiān)