电力系统暂态安全防御中广域观测与控制的研究

论文摘要

大扰动是电力系统暂态稳定的主要威胁之一。为了观测、识别并控制大扰动,需要在广域测量系统与特别保护系统的基础之上构建广域保护体系。广域测量系统借助于相量测量装置来观测大扰动,而特别保护系统借助于紧急控制来控制大扰动。对于大型电力系统而言,通常可以在成百上千的地点安装上述观测与控制装置。所以需要为测量装置和紧急控制选择理想的位置,以有效观测和控制因大扰动而引起的系统暂态功角失稳。这就是本论文研究的主要问题:为大扰动的暂态安全防御配置广域观测和紧急控制的地点。本论文的主要目标是,建立大扰动观测和控制配置的理论基础,为电力系统提出完整而有效的配置方法,并将这套方法应用于一个具体的大型电力系统。本论文研究了严重受扰电力系统的动态特性,通过主导不稳定平衡点的性质来分析大扰动下系统失稳的特征。在该点展开模式分析,并引入模式能控性与能观性的概念,提出秩判据,为大扰动观测和控制的配置奠定理论基础。提出基于主导不稳定平衡点的配置方法。在结构保留模型中以输入和输出来表示紧急控制和测量信号,并对系统在主导不稳定平衡点进行线性化模式分析,最终获取模式能观性和能控性矩阵,以此来选择广域观测和紧急控制的地点。提出基于临界割集的配置方法。引入电压校正,在计算割集脆弱性指标时使用主导不稳定平衡点处的电压值,以准确获取临界割集。系统功角失稳主要引起临界割集支路的相角差或功率的增大,这既可以用测量装置来观测,又可以用紧急控制来抑制。在此基础上的功率灵敏度分析可以为选择紧急切机和切负荷的地点提供有价值的参考。建立大扰动分析的框架,将主导不稳定平衡点的不稳定模式、机组分群和临界割集三者结合起来,全面分析故障失稳模式。总结了为大扰动配置广域观测和控制的方法,并实际应用于南方电网。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 广域电力系统
• 1.2 广域保护
• 1.2.1 广域测量系统
• 1.2.2 广域监测与控制系统
• 1.3 广域测量技术和理论研究现状
• 1.3.1 广域测量技术的研发和应用
• 1.3.2 广域分析和控制理论
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 动力系统基本理论
• 2.1 动力系统的能控性与能观性
• 2.1.1 非线性系统的能控性与能观性
• 2.1.2 局部线性化系统
• 2.1.3 线性系统的能控性与能观性
• 2.2 稳定域边界理论
• 2.2.1 基本概念和定理
• 2.2.2 求取主导不稳定平衡点的方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 广域观测地点的配置
• 3.1 暂态安全防御中的广域观测
• 3.2 基于主导不稳定平衡点的能观性分析
• 3.2.1 严重受扰电力系统的运动特点
• 3.2.2 高维奇点附近的运动分析
• 3.2.3 故障失稳模式的分析
• 3.2.4 配置观测的能观性秩判据
• 3.2.5 选择观测地点的模式能观性矩阵
• 3.2.6 基于主导不稳定平衡点的观测地点配置
• 3.2.7 算例
• 3.3 基于临界割集的能观性分析
• 3.3.1 割集能量函数
• 3.3.2 临界割集
• 3.3.3 电压校正
• 3.3.4 临界割集的确定
• 3.3.5 割集与主导不稳定平衡点的关系
• 3.3.6 基于临界割集的观测地点配置
• 3.3.7 算例
• 3.4 本章小结
• 第4章 紧急控制地点的配置
• 4.1 暂态安全防御中的紧急控制
• 4.2 基于主导不稳定平衡点的能控性分析
• 4.2.1 高维奇点附近的运动控制
• 4.2.2 配置控制的能控性秩判据
• 4.2.3 选择控制地点的模式能控性矩阵
• 4.2.4 基于主导不稳定平衡点的控制地点配置
• 4.2.5 算例
• 4.3 基于临界割集的能控性分析
• 4.3.1 紧急功率控制
• 4.3.2 基于割集的灵敏度分析
• 4.3.3 基于临界割集的控制地点配置
• 4.3.4 算例
• 4.3.5 大型电力系统的应用
• 4.4 本章小结
• 第5章 大型电网广域监测与控制系统的配置
• 5.1 广域电力系统的模型
• 5.2 电力系统在大扰动下的动态特性分析
• 5.2.1 故障失稳模式
• 5.2.2 非线性模式
• 5.3 广域监测与控制系统的配置
• 5.3.1 故障筛选
• 5.3.2 大扰动分析
• 5.3.3 观测与控制的配置
• 5.4 大型电力系统的应用
• 5.4.1 系统简介
• 5.4.2 故障筛选
• 5.4.3 大扰动分析
• 5.4.4 控制的配置
• 5.4.5 观测的配置
• 5.4.6 广域监测与控制系统的多层架构
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 10机39 节点新英格兰系统
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果