电力系统概率暂态稳定性分析与控制方法研究

论文摘要

随着我国跨大区域联网的逐渐形成和电力体制改革的深化进行，电力系统的安全性变得越来越重要。电力系统从本质上讲是一个具有随机特性的大系统，在对系统安全性评估时，合理考虑各种不确定因素的影响并进一步提高系统运行的经济性，具有深刻的理论和现实意义。 根据电力系统归一化发电机转子运动方程和归一化暂态能量函数（Normalized Transient Energy Function，NEF）的概念，研究了故障后系统最小归一化动能随故障切除时间变化的关系特性，并在此基础上提出了用于暂态稳定性裕度评估的能量平移法。能量平移法的优势在于暂态稳定分析中不需要鉴别临界发电机群。基于能量平移及故障后系统NEF的守恒性，提出了计算故障后系统吸收归一化动能能力的新方法。利用NEF的理论和方法研发了电力系统运行方式计算自动化软件，软件已用于我国天津电网、河南电网、河北电网及香港CLP电力公司的安全运行方式计算中，提高了电网安全分析的精度和可靠性。 通过对故障切除时间统计特性和不同故障类型严重程度的分析，提出了基于NEF混合算法的概率暂态稳定性分析策略，弥补了传统确定性暂态稳定分析方法的不足。该分析策略只需要对系统中一小部分比较严重的故障进行暂态稳定性计算，因此能够极大地提高概率暂态稳定分析的效率、减轻了计算负担。 基于风险的安全评估（Risk-Based Security Assessment，RBSA）理论，提出了暂态稳定约束下收益最佳的TTC（Total Transfer Capability）分析方法。该方法不但考虑了不同故障暂态失稳的概率和损失，而且避免了运行人员依靠经验指定风险门槛值的问题，有利于系统在运行的经济性和安全性之间达到合理的平衡。 考虑到故障切除时间和故障地点发生的随机性，提出了基于机会约束规划（Chance-Constrained programming，CCP）理论的动态安全评估（Dynamic Security Assessment，DSA）随机模型。对给定的置信水平，模型中概率暂态稳定约束被转化为最小临界切除时间代数约束，结合泛函最优控制原理实现了非线性系统的状态转移。同时应用风险决策中的期望值准则，对不同置信水平下系统运行的收益和损失进行综合评估，最终实现系统最佳暂态稳定控制。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.3 研究背景
• 1.4 电力系统稳定性问题的分类
• 1.5 暂态稳定性的概念
• 1.6 暂态稳定分析方法
• 1.6.1 时域仿真法
• 1.6.2 直接法
• 1.6.3 混合算法
• 1.7 概率意义下暂态稳定性分析
• 1.7.1 确定性安全评估
• 1.7.2 概率暂态稳定性分析
• 1.7.2.1 研究意义及发展概况
• 1.7.2.2 概率暂态稳定性分析方法
• 1.8 暂态稳定控制措施
• 1.8.1 预防控制
• 1.8.2 紧急控制
• 1.9 基于风险的暂态稳定控制决策
• 1.9.1 安全性风险评估
• 1.9.2 风险决策
• 1.10 本文主要工作
• 第二章 NEF及其在电力系统暂态稳定分析中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 归一化暂态能量函数
• 2.2.1 归一化转子运动方程
• 2.2.2 归一化暂态能量函数
• 2.2.3 归一化暂态能量函数的物理解释
• 2.3 归一化暂态能量裕度
• 2.3.1 不稳定轨迹能量裕度
• 2.3.2 稳定轨迹能量裕度
• 2.3.3 仿真结果分析
• 2.4 时间裕度
• 2.5 暂态稳定性分析策略
• 2.6 电力系统运行方式计算自动化软件
• 2.6.1 软件主要功能
• 2.6.2 总体构架及计算实现
• 2.7 本章小结
• 第三章 电力系统概率暂态稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 分析流程
• 3.3 计算原理
• 3.4 概率模型
• 3.4.1 系统运行方式
• 3.4.2 故障线路
• 3.4.3 故障类型
• 3.4.4 故障位置
• 3.4.5 故障切除时间
• 3.5 概率稳定的基本定理
• 3.5.6 数学基础
• 3.5.7 概率稳定的基本定理
• 3.6 概率暂态稳定分析策略
• 3.6.1 故障切除时间与暂态稳定概率
• 3.6.2 故障类型与系统稳定性
• 3.6.3 故障临界切除时间
• 3.6.4 分析策略
• 3.7 算例分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 暂态稳定约束下收益最佳的TTC评估
• 4.1 引言
• 4.2 确定性 TTC计算原理
• 4.2.1基本概念
• 4.2.2 前提假设
• 4.2.3 原理分析
• 4.3 确定性 TTC计算模型
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 等式约束
• 4.3.3 不等式约束
• 4.4 最佳 TTC
• 4.4.1 问题的提出
• 4.4.2 暂态失稳经济风险的模型
• 4.4.2.1 暂态失稳后果
• 4.4.2.2 暂态失稳概率
• 4.4.2.3 暂态失稳经济风险
• 4.4.3 传输容量的数学期望
• 4.4.4 最佳 TTC数学模型
• 4.4.5 最佳 TTC计算实现
• 4.5 算例分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于机会约束规划的动态安全性评估
• 5.1 引言
• 5.2 机会约束规划
• 5.3 暂态稳定控制的随机模型
• 5.4 概率暂态稳定约束
• 5.5 最优控制原理
• 5.5.1 电力系统模型
• 5.5.2 暂态稳定约束
• 5.5.3 性能指标函数梯度的计算
• 5.5.4 暂态稳定安全控制
• 5.6 机会约束规划算法
• 5.6.1 随机模型的转化
• 5.6.2 最佳发电调整方案
• 5.6.3 计算步骤
• 5.7 算例分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 附录 A 新英格兰典型电力系统接线图
• 附录 B 新英格兰典型电力系统发电和负荷数据
• 附录 C 修正的暂态能量函数
• 附录 D 梯度计算的具体步骤
• D.1 多机电力系统经典模型
• D.2 网络方程
• D.3 横截条件的具体形式
• D.4 梯度计算的步骤
• 致谢