考虑暂态稳定性的主动解列策略研究

发布时间：2020-09-29 18:09

　　现代互联电力系统规模逐渐扩大,运行状态越来越接近稳定性极限。局部故障和复故障可能通过联络线波及整个系统,引发停机,甚至导致整个系统的灾难性停电。为了防止大停电发生,主动解列作为三道防线的最后手段,通过在适当的解列点断开输电线路,可以将系统分成几个稳定的电力孤岛,使得每个孤岛都可以安全稳定地运行。如何有效地确定和实施解列策略,对电力系统安全稳定运行具有重要意义。为了建立稳定的孤岛,解列策略必须使每个孤岛满足多个稳态和动态约束条件,包括功率平衡、输电线路容量限制、功角稳定性、电压稳定性等。现有研究大多是基于稳态或准稳态信息确定解列策略,而对动态过程以强假设的方式进行规避。然而在极端条件下系统发生解列不可避免地存在着动态行为,系统状态在随着时间推移剧烈变化,系统的失稳模式也会随当前状态的变化而发生改变。因此,只有基于实时数据并考虑系统动态行为的解列方案,才可以作出正确判断,从而保证系统安全稳定运行。鉴于此,论文从电力系统的动态行为出发,研究系统在解列过程中的动态规律,分别分析发电机分群、解列位置和解列时刻对主动解列控制效果的影响,研究使得孤岛稳定的判据,制定合理有效的实时电力系统解列措施。论文主要从以下几个方面展开研究:(1)发电机分群的正确识别是主动解列成功的基础,解列策略的制定是建立在预测发电机分群的基础上的。传统上发电机分群是通过慢同调分析来实现的,而慢同调是建立在稳定平衡点的线性化模型的基础上的,只适用于小扰动情况。经分析发现,系统在主动解列之前的轨迹可分为3种类型,只有第一类是小扰动情况,由稳定平衡点控制;而其它两种类型都是大扰动情况,都依赖于系统稳定边界上的一个不稳定平衡点。基于以上发现,本文提出了一种计及扰动大小的发电机分群算法,该算法根据轨迹类型,分别选取对应的稳定或不稳定平衡点线性化模型,判断发电机分群结果,该算法同时适用于小扰动和大扰动情况。通过仿真算例,验证了提出的计及扰动大小的发电机分群算法的有效性,说明了扰动的大小对发电机分群的影响不可忽略。(2)在解列断面方面,论文主要思路是构造结构稳定的孤岛。因此,论文从两方面“孤岛抗扰动性”和“频率稳定性”入手,提高孤岛的结构稳定性。先以两机等效系统为例,详细分析了两机系统孤岛抗扰动性,分析关键参数对孤岛抗扰动性的影响。针对多机系统孤岛的每个振荡模式,建立对应的两机等效系统,定义了在某个振荡模式下的抗扰动性指标,由此推演出多机孤岛的抗扰动性指标,建立了多机孤岛的抗扰动性指标和线路之间的灵敏度关系。再以考察孤岛频率稳定性为着眼点,以功率不平衡量定义了孤岛的频率稳定性指标,计算线路对频率稳定性指标的灵敏度。最后用图论的方法,生成系统的权图,采用前文的计及扰动大小的发电机分群算法得到的分群结果作为约束,以最大化抗扰动性和频率稳定性为目标函数进行图分割,形成解列断面。仿真算例验证了算法的有效性。(3)解列时刻对于保证主动解列的成功至关重要,然而目前针对这个具有挑战性的“什么时候解列”问题进行的研究还非常有限。为了解决解列时刻的问题,论文引入了可行解列时间区间(Feasible Islanding Time Interval,FITI)的概念,在这个时间区间中,对一个给定了解列断面的孤岛进行解列操作,孤岛内的发电机将保持同步,从而使孤岛达到一个新的稳定平衡点。论文从非线性动态系统的理论出发进行分析,采用基于BCU(Boundary of Stability Region Based Controlling UEP)的方法确定FITI,该方法可以保证孤岛内的功角稳定性。根据得到的FITI,综合考虑控制动作的延时以及孤岛的频率稳定性,给出了合理的决定确定最优解列时刻的方案。最后进行仿真以验证FITI和最优解列时刻算法的有效性。(4)论文最后部分通过整合计及扰动大小的发电机分群识别方法、考虑结构稳定性的解列断面算法和基于BCU的最优解列时刻算法,形成了一套完整的三阶段电力系统主动解列策略。三个阶段依次递进,第一阶段为后两阶段提供同调性信息,后两阶段分别解决“在哪里解列”和“什么时候解列”的问题,得到的解列策略同时考虑了孤岛的同调性约束、频率稳定性约束、功角稳定性约束,增强了电力系统第三道防线。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM712
【部分图文】：

解列,阶段,孤岛

后形成的孤岛内的动态过程影响。最优解列断面和最优解列：扰动前的系统状态（例如，系统拓扑结构、负载水平或安生的动态过程（例如，扰动的大小和位置、保护响应时间或恢常复杂，但是并非无规律可循，总的来说，解列过程大致可动前阶段，系统工作在稳定运行状态；逡逑动中阶段，系统中发生故障，第一、二道防线相继动作，继断开少部分线路、负荷或发电机，以求平息扰动；逡逑动后阶段，此时系统的第一、二道防线已动作完毕，但系统失步振荡并最终崩溃的危险，此时需要判断系统能否Ｑ发地就需要解列控制将系统分为多个孤岛；逡逑列后阶段，一个合理的解列策略应当能使每个孤岛内的振荡稳定性、功角稳定性和电压稳定性。逡逑的电力系统也可以被视为经历了４个阶段的网络拓扑变化：解列后系统，如图１－１所示。逡逑初始邋扰动逡逑

非线性动态系统,轨迹,系统轨迹

后轨迹将离开扰动前ＳＥＰ，接近稳定域边界（即ｘｕ的稳定流形ＶＴ（ｘＪ）。假设故逡逑障发生后在足够短的时间（ｔ＾ｑ）内切除故障，此时对应的扰动后轨迹称为第Ｉ类轨迹逡逑（如图２－２所示）。切除时刻，系统轨迹仍然在扰动后ＳＥＰ的稳定域内，所以扰动后ＳＥＰ逡逑将吸引扰动后的轨迹００＾，０，系统轨迹会沿着扰动后ＳＥＰ附近的慢模式达到扰动后的逡逑ＳＥＰ。在这种情况下，发电机分组模式由ＳＥＰ点ｘＱ控制。慢模式决定了ＳＥＰ附近系统主要逡逑１３逡逑

稳定子空间,稳定流形

着远离化轨迹，构成了；ｃｕ的不稳定子空间；而实部为负的特征值４＋１，４＋２．．．４，对应逡逑着收敛Ａ的轨迹，构成了；ｃｕ的稳定子空间。不稳定子空间是不稳定流形在处的线性近逡逑似流形，稳定子空间是稳定流形在；＾处的线性近似流形（如图２－５所示）。不稳定子空逡逑间对应的状态变量｝＾２，ｙ３逦会随着时间呈指数型递增，当｝＾２，ｙ３邋．．．ｙｆｃ对应的是机群之间逡逑的功角差的时候，这些机群将会彼此失去同步，特征向量决定了发电机分群逡逑方式，发电机群的数量为灸。逡逑＾＾稳定流形逡逑Ｙ稳定流形逦｜逡逑稳定子空间逦｜逦＼逡逑１邋Ａ逡逑、＇逡逑图２－５不稳定子空间和稳定子空间逡逑１６逡逑

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