华电电力系统自动化第17讲 调度自动化(3)-静态安全分析和安全评定

NorthChinaElectricPowerUniversity第二十二讲调度自动化（3）肖仕武，薛安成Office:J5B309Tel:[phone]NorthChinaElectricPowerUniversitypage22020/1/21静态安全分析NorthChinaElectricPowerUniversitypage32020/1/21电力系统的可靠性、安全性和稳定性可靠性:电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的可能性系统在长的运行周期中工作正常的概率表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电力供应的能力安全性电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运行条件以及意外事件的发生概率稳定性扰动后系统整体性的维持能力取决于系统的运行条件和扰动的性质NorthChinaElectricPowerUniversitypage42020/1/21电力系统的可靠性、安全性和稳定性可靠性是系统设计和运行的总体目标为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能归类为稳定问题的偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒塌或者人为破坏等也可从后果来区分安全性和稳定性两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果比另一个更差，则前者的安全性相对较差安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方式的研究进行判断可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时间内系统性能的整体考虑进行判断NorthChinaElectricPowerUniversitypage52020/1/21电力系统的可靠性、安全性和稳定性NERC＝北美电力可靠性协会可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向用户供电的能力的度量指标可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面概率充分性是指电力系统考虑计划内和非计划内元件停运时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。概率充分性也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电量的能力。概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短路或非计划地失去系统元件)的能力概率稳定性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力NorthChinaElectricPowerUniversitypage62020/1/21电力系统的可靠性、安全性和稳定性安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性要求1：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态，并且在该状态下满足所有必须的约束要求2：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失稳现象对要求1的验证称为静态安全分析，对要求2的验证称为动态安全分析因此，稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性评估的一部分NorthChinaElectricPowerUniversitypage72020/1/21电力系统的可靠性、安全性和稳定性电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动—N－1准则比正常扰动更严重的扰动依靠切机、切负荷以及解列等紧急控制措施主要不足之处认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果发展方向：基于风险的安全性评估考虑运行方式和事件发生的概率，定量分析和研究系统的风险对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量NorthChinaElectricPowerUniversitypage82020/1/21电力系统运行状况的数学模型－等式约束和不等式约束节点功率平衡条件cossin0sincos0GiDiijijijijijjiGiDiijijijijijjiPPVVGBQQVVGB节点电压幅值约束VVVimiiM发电机功率出力约束MGiGimGiMGiGimGiQQQPPP各支路（线路、变压器）潮流约束MijijIINorthChinaElectricPowerUniversitypage92020/1/21电力系统运行状况的数学模型等式约束0,uxf不等式约束0,uxhx是状态变量。取为节点电压幅值和相角u是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等NorthChinaElectricPowerUniversitypage102020/1/21电力系统实时运行状态的分类正常状态：同时满足等式约束和不等式约束•安全正常状态：正常状态下的电力系统，在承受一个合理的预想事故集的扰动之后，系统仍处于正常运行状态•预警状态：正常状态下的电力系统，在承受规定的合理的预想事故集的扰动之后，有预想事故使系统不满足不等式约束紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束待恢复状态：有部分地区违反了等式约束NorthChinaElectricPowerUniversitypage112020/1/21电力系统安全控制的分类安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事故的对策措施预防控制（PreventiveControl）校正控制（CorrectiveControl）紧急控制（EmergencyControl）恢复控制（RestorativeControl）NorthChinaElectricPowerUniversitypage122020/1/21电力系统运行状态及状态转移正常状态安全状态预警状态安全裕度降低满足等式和不等式约束(预防控制)紧急状态（紧急控制）不等式约束破坏(校正控制)待恢复状态解列、切负荷等式约束破坏(恢复控制)NorthChinaElectricPowerUniversitypage132020/1/21电力系统静态安全分析中的潮流算法要对大量开断故障进行潮流计算以便确定事故发生后系统是否会进入静态紧急状态实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求速度和精度的协调直流潮流vs交流潮流NorthChinaElectricPowerUniversitypage142020/1/21直流潮流法的近似处理对于输电线ij，支路有功潮流ijijijijjiijiijbgVVgVpsincos222220,1/ijijijijijijijijxrgbxrxrxijjiijijsin,1cos忽略电阻rij，则:VVij1忽略支路对地电容很小，令()ijijijijijpbxNorthChinaElectricPowerUniversitypage152020/1/21直流潮流法ijjiijxp1011011010010.....................nnnnnnPBBPBBPBBP记为:11,oiioijjiijijjiBBxx支路方程:节点方程:B0阵的元素:PiPi1Pik,,,ijjiiijjijijijijijijiijijijPPxxxNorthChinaElectricPowerUniversitypage162020/1/21直流潮流法的特点求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1阶方程，计算速度快DC潮流只能计算有功潮流的分布，不能计算电压幅值，有其局限性DC潮流要满足假设条件(1)rijxij(2)相邻母线的相角差很接近(3)各母线的电压在额定值附近(4)支路对地电容很小NorthChinaElectricPowerUniversitypage172020/1/21在线潮流各种安全和经济分析计算的数据源头内含外部网络等值短期/超短期负荷预报不平衡功率分配潮流计算NorthChinaElectricPowerUniversitypage182020/1/21外网等值网络划分为什么？☆外网实时信息不可用；☆计算规模限制；☆保证内网操作计算的精度NorthChinaElectricPowerUniversitypage192020/1/21外网等值(续)★边界匹配◎通过内网的状态估计，计算出边界节点的电压VB；◎将边界节点作为Vθ节点，对等值后的网做潮流计算，计算出边界注入潮流；◎将边界节点作为PQ节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流结果。NorthChinaElectricPowerUniversitypage202020/1/21在线潮流--未来方式在线潮流的三个数据源：历史、现在和未来负荷预报为分析未来潮流做准备最重要的一个应用：预先分析未来短时间内系统的变化和操作NorthChinaElectricPowerUniversitypage212020/1/21在线潮流--模拟调度操作模拟开断线路、变压器、发电机组和各种倒闸操作模拟出力和负荷调整模拟机组开断及出力和负荷调整时，应考虑功率缺额或余额在其它机组间的再分配安全分析的好工具NorthChinaElectricPowerUniversitypage222020/1/21静态安全评定NorthChinaElectricPowerUniversitypage232020/1/21大电网安全防御体系第一道防线—在常见的单一故障被正常清除时-加强电网结构(远期的预防性控制)-有效的预防性控制措施-快速可靠的继电保护第二道防线—在概率较低的严重故障下,可损失部分电源和负荷,但必须保持系统稳定-切机、切负荷、FACT等紧急控制措施第三道防线—在概率很低的多重严重故障下,允许失稳,但应避免大停电,并尽量减少损失-失步解列-低频、低压减载等紧急控制措施NorthChinaElectricPowerUniversitypage242020/1/21三道防线措施实施的不同时刻预防控制检测到故障后紧急控制检测到越规后极端紧急控制NorthChinaElectricPowerUniversitypage252020/1/21稳定域每道防线的作用稳定域稳定域稳定域稳定域稳定域故障发生加强电网预防控制继电保护检测到故障检测到越规小概率特别严重故障严重故障一般故障第一道防线第二道防线第三道防线tNorthChinaElectricPowerUniversitypage262020/1/21电力系统静态安全评定X在某一预想事故下，考察系统的静态安全性支路电流过载母线电压越限丢失负荷NorthChinaElectricPowerUniversitypage272020/1/21电力系统静态安全评定(续)自动故障选择◎定义：按元件故退出运行(开断)对系统安全性影响的严重程度排序◎被开断的元件串联支路－－输电线和变压器并联支路－－发电机和负荷◎严重程度指标有功支路过负荷节点电压越界丢失负荷NorthChinaElectricPowerUniversitypage282020/1/21交流开断潮流思路基态网络开断元件基态潮流开断潮流1开断潮流2修正元件1修正元件2NorthChinaElectricPowerUniversitypage292020/1/21不同的开断处理支路（线路，变压器）开断网络结构发生变化，迭代矩阵改变，注入功率不变发电机，负荷开断网络结构不变化，只改变注入功率NorthChinaElectricPowerUniversitypage302020/1/21发电机开断的模拟当发电机开断时，整个系统的发电功率不足以供给有功负荷需要，系统频率将降低。借助发电机调速器的作用，系统中各发电机都会自动增加出力来恢复系统频率。由于调速器有一定的调差系数，整个系统频率将会稳定于略低于额定频率的值。这一过程在几秒到十秒内结