基于功率平衡保护原理的电力系统紧急控制研究

论文摘要

随着电力工业的发展和互联电网规模的不断扩大,电力系统由连锁故障过程导致的大规模停电事故也时有发生,而由此引起的损失也越来越大,对电力系统安全稳定控制中的事故后紧急控制的原理和方法从响应快速性和控制有效性两方面提出的要求也越来越高。传统的基于暂态稳定计算的紧急控制方法存在计算复杂、基于仿真计算的控制对策表无法满足复杂系统故障状况等不足,而作为极端紧急状态下的应急控制措施的基于频率/电压变量的紧急控制方式又存在延迟时间过长及容易造成过切或欠切导致系统故障状态进一步恶化等缺点,因此本文提出了功率平衡紧急控制措施,以功率平衡保护原理为计算依据实施紧急负荷/机组控制操作,在系统频率和电压出现大的波动之前快速消除系统不平衡功率,维持系统非故障节点在故障前后基本潮流方向和功率大小的稳定,减少对系统负荷和设备的冲击,保持系统在故障后暂态稳定,为后续稳定控制及系统恢复打下基础。本文首先对功率平衡保护原理进行了阐述,介绍了有功功率平衡保护原理的数学公式及无功功率平衡保护的相关问题,提出了功率平衡紧急控制的方法,分析了功率平衡紧急控制与其他紧急控制方式之间的区别,提出其适用范围、启动判据及控制流程,同时总结了广域测量系统在功率平衡紧急控制中的应用。本文接下来首先分析了功率平衡紧急控制在系统故障后对暂态过程中的系统暂态功角稳定、暂态频率稳定、线路过负荷与设备热稳定以及暂态电压稳定的关系和控制作用,然后介绍了功率平衡紧急控制可以采用的紧急负荷和紧急机组控制手段及其协调配合方法,随后在总结基本的电力系统暂态稳定分析和动态安全评估方法的基础上,基于动态潮流计算的逐步积分法和暂态能量函数法分别推导出进行功率平衡紧急控制后的系统的稳定频率的计算公式,应用仿真算例对功率平衡紧急控制后的系统进行了暂态频率稳定分析。本文重点对功率平衡紧急控制的时间和地点选择进行了深入研究。首先通过对功率平衡紧急控制后的暂态能量函数公式的推导,提出了系统紧急控制后的线性等效暂态能量的计算公式,在同一坐标下通过比较持续故障导致的不平衡功率、故障切除导致的不平衡功率、功率平衡紧急控制导致的不平衡功率以及三者的等效暂态能量之间的关系,分析并推导了不同故障状态下功率平衡紧急控制时间计算方法,随后基于节点与故障地点的电气距离提出了紧急负荷/机组分层控制手段,以及功率平衡紧急控制的动态控制对策表的生成方法,提出了基于分层负荷/机组控制的功率平衡紧急控制实际控制量的计算公式,最后运用仿真算例对功率平衡紧急控制时间的计算结果及分层负荷/机组控制方法进行了验证。本文最后对全文进行了总结并对后续工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 国内外大型电网事故综述
• 1.2 电力系统安全稳定控制与紧急控制
• 1.3 电力系统紧急控制的主要方法
• 1.4 电力系统紧急控制的几个主要研究方向
• 1.5 本文所做主要工作及章节安排
• 2 功率平衡紧急控制的基本原理
• 2.1 大电网安全稳定控制的新思路
• 2.2 功率平衡保护原理基本思想
• 2.3 功率平衡紧急控制的提出
• 2.4 广域测量环境下的功率平衡紧急控制
• 2.5 本章小结
• 3 功率平衡紧急控制解决的问题和负荷/机组控制手段
• 3.1 功率平衡紧急控制解决的问题
• 3.2 功率平衡紧急控制的紧急负荷/机组控制手段
• 3.3 本章小节
• 4 功率平衡紧急控制的暂态稳定性分析
• 4.1 电力系统暂态稳定分析的方法
• 4.2 功率平衡紧急控制的频率稳定性分析
• 4.3 算例
• 4.4 本章小结
• 5 功率平衡紧急控制的时间选择
• 5 1 紧急负荷/机组控制时间选择
• 5.2 功率平衡紧急控制时间的暂态能量函数分析
• 5.3 算例
• 5.4 本章小结
• 6 功率平衡紧急控制地点选择
• 6.1 电气距离与紧急控制地点
• 6.2 功率平衡紧急控制地点的选择
• 6.3 分层紧急负荷/机组控制过程
• 6.4 算例
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结
• 7.1 总结
• 7.2 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士期间发表文章及从事课题研究情况
• 附录2 WSCC 4 机10 节点算例参数
• 附录3 New England 10 机 39 节点算例参数