防止大电网连锁跳闸事故的广域后备保护策略研究

论文摘要

随着“一特三大”电力发展新格局的构建,我国的电网规模日益庞大。大规模的输电网络在提高了系统经济性的同时,也使得系统发生连锁故障的几率大大增加。近年来,在世界范围内发生了多起大规模的停电事故,暴露了电力系统继电保护和安全自动控制方面的许多不足。从对多次大停电事故分析的结果看,传统后备保护本身隐藏的不安全因素、保护彼此之间以及保护与安全自动装置之间缺乏配合,是引起和扩大电网连锁跳闸事故的重要原因。广域测量系统和通信技术的发展为后备保护的改进提供了有力的技术支持。本文将广域信息引入到后备保护系统中,对传统后备保护的整定原则和结构功能进行了改进,在完成传统保护功能的同时,可以有效避免后备保护隐藏故障,实现与其他支路后备保护及安全自动装置之间的配合,防止大电网连锁跳闸事故的发生。论文主要完成了以下几个方面的工作:为满足后备保护控制的需要,在分析支路切除后其原有潮流的转移将对部分支路造成较大影响的基础上,提出了能反映潮流转移影响范围的线路相关集的概念及其搜索方法。电网中的支路切除会造成系统潮流的重新分布,但只有部分支路受潮流转移影响较大,有可能影响其后备保护的动作行为。本文用线路相关集的概念来表示这些支路。文中对线路相关集进行了数学描述与定义,分别介绍了基于决策树理论和基于改进最短路径算法两种方法来搜索线路相关集。线路相关集的确定为广域后备保护彼此之间进行信息交换及信息采集划定了范围。在线路相关集的基础上,定义了线路相关因子,介绍了并行路径法和矩阵法两种线路相关因子的计算方法。利用线路相关因子能够对支路开断引起的潮流转移进行定量的分析。通过对线路相关因子的计算,可以快速准确地预测出支路断开后转移潮流在其线路相关集中各支路上的分布,从而为后备保护控制策略提供可靠的数据支持。针对多支路连锁切除事件引起的潮流转移问题,研究了发生多支路切除事件时的线路相关集及线路相关因子的搜索方法和计算方法。通过数学推导得出多支路切除事件的线路相关集及线路相关因子计算公式,将线路相关集进一步从单支路切除推广到多条支路切除的情况,建立了完备的线路相关集理论体系。对近年来造成大停电事故的主要原因——后备保护的隐藏故障问题进行了详细的分析,在此基础上发展了系统脆弱态的概念。针对整定原因造成的后备保护隐藏故障,本文基于线路相关集理论,结合后备保护隐藏故障发生的机理,提出了在系统正常运行时对脆弱态的辨识方法和识别判据,为系统的安全校验提供了新的方法。针对传统后备保护整定原则的局限性,借助先进的通信手段,对当前广泛使用的距离Ⅲ段后备保护整定方法进行了改进,在根据系统运行方式进行调整的自适应整定原则的基础上,增加了过负荷保护的功能,并在识别本支路短路故障、相邻支路短路故障和过负荷状态的基础上提出了变时限的整定方法,可以有效避免后备保护隐藏故障的出现。对广域后备保护实时减载控制系统的总体结构、功能配置、流程设计等关键问题进行了研究,利用线路相关集理论提出了一种新的实时减载算法,包括最佳减出力点和减负荷点的选取原则以及最优减载量的计算方法,构建了广域后备保护的控制方案,可实现线路相关集内各支路后备保护彼此之间以及后备保护与安全自动装置之间的配合,可以有效预防大电网连锁跳闸事故的发生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 典型大停电事故分析
• 1.1.1 2003年美加“8.14”大停电事故
• 1.1.2 2005年莫斯科大停电事故
• 1.1.3 2006年西欧大停电事故
• 1.1.4 对系统大停电事故的总结
• 1.2 当前后备保护及安全自动装置存在的问题
• 1.3 课题的目的及可行性分析
• 1.4 本课题目前的研究现状
• 1.4.1 后备保护隐藏故障的研究现状
• 1.4.2 后备保护系统的研究现状
• 1.5 论文的主要工作
• 1.6 论文的内容安排
• 第二章 线路相关集及其算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 线路相关集的定义
• 2.2.1 线路相关集的引入
• 2.2.2 线路相关集的定义
• 2.3 基于决策树理论的线路相关集搜索办法
• 2.3.1 决策树的基本概念
• 2.3.2 基于决策树理论的搜索办法
• 2.3.3 决策函数的确定
• 2.3.4 终止条件的选择
• 2.3.5 信息的存储
• 2.3.6 实例说明
• 2.4 基于最短路径改进算法的线路相关集搜索方法
• 2.4.1 最短路径算法
• 2.4.2 最短路径算法改进
• 2.4.3 线路相关集的求解过程
• 2.4.4 最少节点路径的求解
• 2.4.5 实例说明
• 2.5 仿真验证
• 2.6 两种搜索方法的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 线路相关因子及多支路线路相关集的求解
• 3.1 引言
• 3.2 线路相关因子的定义
• 3.2.1 线路相关因子的数学定义
• 3.2.2 线路相关因子的物理意义
• 3.3 并行路径算法求解线路相关因子
• 3.3.1 并行路径变换
• 3.3.2 并行路径算法
• 3.3.3 几点说明
• 3.4 矩阵法求解线路相关因子
• 3.4.1 网络简化和编号优化
• 3.4.2 节点电压的求解
• 3.4.3 线路相关因子的求解
• 3.5 多支路线路相关集及相关因子的求解
• 3.5.1 多支路线路相关集问题分类
• 3.5.2 多支路线路相关集推导求解
• 3.6 仿真算例
• 3.6.1 算例1
• 3.6.2 算例2
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于线路相关集的隐藏故障脆弱态评估
• 4.1 引言
• 4.2 后备保护隐藏故障的有关概念
• 4.2.1 后备保护隐藏故障的定义及特点
• 4.2.2 电力系统的易感区和脆弱态
• 4.3 隐藏故障脆弱态评估方法研究
• 4.3.1 整定原因隐藏故障触发机理
• 4.3.2 系统脆弱态定义
• 4.3.3 基于脆弱态识别的系统安全校验方法
• 4.4 仿真算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 距离后备保护整定原则的改进
• 5.1 引言
• 5.2 传统距离保护的整定原则
• 5.2.1 距离保护基本工作原理
• 5.2.2 传统距离保护整定原则
• 5.2.3 传统距离保护Ⅲ段整定原则缺陷分析
• 5.3 距离Ⅲ段后备保护的改进整定方法
• 5.3.1 距离Ⅲ段整定原则改进思路
• 5.3.2 距离Ⅲ段自适应整定原则
• 5.3.3 过负荷与短路故障的识别
• 5.4 仿真算例
• 5.5 本章小结
• 第六章 广域后备保护实时减载控制系统研究
• 6.1 引言
• 6.2 广域后备保护的结构
• 6.2.1 集成式结构
• 6.2.2 分布式结构
• 6.2.3 集中式结构
• 6.2.4 本课题中广域后备保护的结构
• 6.3 广域后备实时减载控制系统方案设计
• 6.4 基于线路相关集理论减载方案的实现
• 6.4.1 最佳减出力点的选取
• 6.4.2 可用减负荷点的选取
• 6.4.3 减出力减负荷量的计算
• 6.5 仿真计算
• 6.6 本章小节
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间完成的论文及参加的科研工作
• 外文论文
• 学位论文评阅及答辩情况表