电力系统运行安全的态势感知及优化控制

发布时间：2020-04-11 16:37

【摘要】：全球能源互联进程推动着跨区域电网的大规模互联建设及清洁能源发电技术的大力发展,也为电力系统安全防御问题带来更大的挑战。随着电力系统运行复杂程度的不断增加,当系统运行状态在长过程中逐渐恶化时,一系列的连锁反应极易导致大停电事故。电力系统运行安全分析是对电力系统运行状态的安全水平和其演化过程、发展规律的评估和感知,以及对改善和校正系统状态的策略分析,是电力系统安全防御框架中的核心内容。因此,研究电力系统运行安全的态势感知,并对状态恶化下的系统及时采取优化调整和安全控制,对于降低连锁故障及大停电风险、提高系统的安全防御能力等具有重要意义。本文在电力系统安全防御框架下,对电力系统运行状态综合评估、安全态势辨识及优化控制等问题进行了研究。论文的主要内容包括以下几方面:(1)提出了一种基于直觉模糊层次分析法的电力系统运行状态综合评估模型。综合考虑电网拓扑结构特性和运行安全性,建立了层次结构的评估指标体系。针对基于传统模糊集理论的综合评估方法的局限性,应用直觉模糊集理论,同时考虑了隶属度、非隶属度和犹豫度这三个方面的决策信息,通过直觉模糊层次分析法确定指标权重,并在此基础上建立了动态调整犹豫度的变权重机制,提高了综合评估的辨识度。所提方法相较传统模糊评估方法更为科学合理,且其动态调整机制在实际系统状态监测的应用当中更具灵活性。(2)提出了一种电力系统运行安全的态势感知架构。该架构包括三个层次:运行数据的获取,系统当前状态下安全裕度的评估,以及未来状态下安全裕度的态势辨识。首先,构建了考虑线路动态传输容量极限的安全距离测度指标,度量系统当前状态和未来状态下的安全裕度。然后,采用改进的趋势分析技术,对安全裕度变化的趋势序列进行趋势提取和趋势特征识别。进一步,对于态势持续恶化的系统,提出了一种计及最优线路开断的安全均匀调度策略。提出的态势感知架构实现了系统运行安全的态势特征辨识,对系统智能监控具有重要参考价值;所提优化调度策略能够有效地提高潮流分布的均匀度,实现系统运行状态的灵活优化。(3)提出了一种安全域视角下的电力系统静态安全校正控制方法。针对传统灵敏度方法存在的问题,以电力系统安全域理论为支撑,提出了机组出力的安全距离灵敏度指标。结合机组的实际调节能力,根据反向等量配对原则,排序得出参与调控的机组序列。以最小化总调整量为目标,考虑系统中各线路潮流安全约束,建立了校正控制的线性规划模型,并按所得序列选择'机组对'代入求解。提出的控制策略实现了运行安全的“评估-控制”一体化,比传统方法更加直观、高效,尤其在处理多线路过载问题时,能够进一步优化控制策略,避免反复调整。(4)提出了一种计及风电出力不确定性的电力系统静态安全校正控制方法。考虑与风电预测方法的合理对接,采用风电预测出力的区间及期望值信息来描述风电的不确定性。以调整措施耗费的经济成本最小为目标,建立有功安全校正的分布鲁棒线性优化模型。基于分布鲁棒线性优化理论,将含有不确定性参数的分布鲁棒优化模型转化为仅含确定性参数的鲁棒对等模型,并采用线性规划方法进行求解。所得校正控制方案能够应对各种可能的风电波动;通过调节模型中的变化约束变量,可实现控制策略经济性与鲁棒性的相互转化,并给出控制策略鲁棒性程度的概率评价,为调度人员提供了更加灵活的决策支持。
【图文】：

电网运行,综合评估,指标体系,状态

正常水平；发生单一故障时，不应导致主系统非同步运行，不应发生频率崩溃和逡逑电压崩溃；在事故后经调整的运行方式下，系统仍应有规定的静态稳定储备，并逡逑满足再次发生单一元件故障后的暂态稳定和其他元件不超过规定事故过负荷能逡逑力的要求。可见，系统的备用容量、电压、频率、功角和负荷水平等是影响系统逡逑运行状态的重要因素。另一方面，近年来国内外不断发生的大规模连锁故障及大逡逑停电事故表明，网络的拓扑结构特性对电网运行安全同样有着至关重要的影响。逡逑基于上述分析并结合现场运行人员及专家的意见，本章建立电网运行状态评逡逑估的层次结构模型如图２－１所示。以电网运行状态评估为总目标，电网的网络特逡逑性、备用容量、功角、电压、频率和负荷水平这６个一级指标作为准则层。其中，逡逑网络特性指标从复杂网络的角度选取，包括网络效能、聚类系数和网络拓扑熵，逡逑以便对电网拓扑结构的合理性进行评估。指标层涵盖了三类二级指标，包括状态逡逑量指标（如网络效能、聚类系数、网络拓扑熵、系统有功和无功备用容量、母线逡逑电压越限率、系统平均负载率和潮流熵、电网安全距离等）、静态安全水平指标逡逑（如静态电压稳定裕度等）以及动态安全水平指标（如最大功角偏移量、临界切逡逑除时间、最大电压偏移量、最大频率偏移量等），这１４个二级指标从不同的侧逡逑面对电网运行状态进行了全面的评价。逡逑

接线图,新英格兰,接线图,节点

潮流及暂态稳定程序。逡逑２．４．１新英格兰３９节点系统算例逡逑新英格兰３９节点系统接线图如图２－２所示，该系统共有１０台发电机，４６逡逑条线路。系统参数见附录Ａ。以该系统为例，对该系统在不同负荷水平下的运行逡逑状态进行综合评估。逡逑？逦？逡逑逦３０逦３７逡逑－Ｉ逦＾２５逦２６－十」逦２８邋Ｙ邋２９ｔ－Ｋ－逡逑２逦、，，逦－］—２７逦，丨逡逑ｉ－逦ｉ邋３８邋士逡逑？逦－ｊｒ－３邋于邋１８邋了－１７逦？逡逑逦３９逦－ｉ——｜￣ｐ￣１６邋２１－ｒ－ｐｒ逡逑，，逦＞５ｊ－逦Ｉ逡逑ｉ邋？逡逑ＴＴ邋４逦１４邋＿邋Ｉ邋丨邋１逦Ｔ１！２４邋——３６逡逑－Ｉ逦５逦１３－１￣￣ｒＶ逦－Ｉ￣——２３逡逑９－逦逡逑７逦＾—－１１逦－ｉ－－２０逦２２－Ｌ－｜—－逡逑，，逦」￣１￣Ｕｏ邋｜逡逑逦Ｌ邋——ｒ３１邋一邋—邋３２逦－－３４－－３３逦—邋＿３５逡逑，，？邋？逦？邋？逦？逡逑图２－２新英格兰３９节点系统接线图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｎｅｗ邋Ｅｎｇｌａｎｄ邋３９－ｂｕｓ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２６逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM732

【参考文献】