区域电网电压稳定判别方法及系统研究

发布时间：2019-11-23 01:04

【摘要】：随着我国电力工业的快速发展，电网大规模广域互联和电力市场化改革的不断深入，以及间歇性可再生能源的大量接入，使得电力系统的运行点愈来愈接近稳定极限，而自然灾害多次造成区域电网电压崩溃事故发生，这些都导致电力系统的电压稳定问题比以往更加突出。通常情况下，电网发生电压失稳之前，由于母线电压相角、电网频率甚至电压幅值都相对稳定，系统中的保护和预警装置无法做出预判或动作。因此，如何准确地在线判别和预测复杂运行条件下区域电网的电压稳定性已成为电力调度部门所面临的巨大挑战之一。同步相量测量技术为基于广域同步测量数据的区域电网电压稳定动态分析与预测提供了条件，本文在同步相量测量算法研究的基础上，研究建立电压稳定动态特性分析与预测模型，进而研制区域电网电压稳定在线判别和预测系统，为电力系统电压稳定控制提供理论依据与技术支撑。本文的主要研究内容有：（1）针对DFT算法在采样信号频率变化时因频率泄漏及频率失配造成的测量误差，研究PMU（Phasor Measuring Unit，同步相量测量单元）同步采集各相电压、电流信号噪声含量及其动态特性在线估计模型，采用动态特性方差和噪声方差两个参数对采样系统实时状态进行量化，并在此基础上建立频率自适应模型及其求解算法，使频率跟踪算法在动态条件下具有快速的跟踪特性和有较好的抗噪特性；研究采样信号动态特性和衰减直流分量之间相互作用关系，建立基波信号直流分量跟踪模型及算法，进而研究建立动态基波滤波算法，实现电流、电压相量衰减直流分量动态特性估计，将自适应频率跟踪模型与直流分量跟踪模型结合；研究建立基于DFT的改进频率跟踪算法，得到精确的同步相量测量结果。（2）研究电网节点电压稳定临界点及其薄弱性指标的非线性规划模型与评估方法，建立识别节点电压薄弱状态的解析指标及其求解算法，并在此基础上研究建立区域电网PMU监测点优化配置方法。针对电压失稳先局部扩散后全局崩溃的特性，研究特定区域电力系统电网结构参数下，电网各元件和负荷的动态过程与电网各节点电压间非线性作用关系。基于区域电网数值仿真数据，研究系统逼近电压失稳临界状态过程与电压薄弱状态指标间关系模型，建立以灵敏度dV i/dQi指标的大小为基础，同时采用表征各节点灵敏度变化快慢的灵敏度变化率指标的电网节点电压薄弱程度判别模型，实现区域电网薄弱节点准确识别。在此基础上，针对电网状态可观测性和电压稳定性两方面因素，研究建立基于电压薄弱区域监视的非完全可观测PMU监测点优化配置方法。（3）研究基于同步相量测量数据的节点电压快速在线判别模型及求解算法，研究电压稳定轨迹的非线性时间序列预测模型及求解方法。针对同步测量的电网局部节点相量测量数据，采用节点及与其相关联的负荷节点的同步电压、电流相量，通过阻抗模和P Q解耦算法得到电网实时等值模型参数，并在此基础上将整个系统等值为一简单的两节点系统，研究建立包含负荷节点的戴维南等值模型，并根据等值模型阻抗模极限值推导出电网电压稳定在线判别指标，对电网电压水平做出快速判别。针对电网电压、电流实时监测数据，研究电网动态电压非线性时间序列分析方法，并重构出电压稳定非线性系统相空间，对重构相空间中相点变化轨迹的预测模型及模型参数进行确定，建立电压稳定的全局预测模型，采用支持向量机模型对动态电压非线性时间序列全局预测模型中非线性映射进行求解，建立非线性时间序列相空间中相轨迹的非线性回归求解方法，实现电网动态电压稳定轨迹的预测。（4）结合电网广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS）要求及实际电网运行条件，研究建立区域电网电压稳定判别系统，完成了区域电网电压稳定在线判别与预测应用软件系统开发。在研究建立了区域电网单一节点电压稳定在线判别模型、多节点电压稳定在线辨识模型和电网电压稳定非线性时间序列预测模型的基础上，建立电压稳定判别系统数学模型及算法，以开发改进频率跟踪数据采集算法和电压稳定判别系统数学模型为核心，DSP技术、Visual C++技术和Oracle数据库技术为基础的区域电网电压稳定判别应用系统平台，实现根据电网节点实时监测数据对区域电网电压稳定状态及其相关参数做出在线判别及中短期预测，为电网运行管理部门提供电压稳定性实时判别及预测预报数据，作为电力系统电压稳定控制策略调整的参考和指导。（5）按照国家电网公司“电网自动电压控制技术规范（Q/GDW747-2012）”技术要求，结合辽宁电网电压稳定控制的实际情况，将区域电网电压稳定判别系统应用于电网实际运行管理系统当中。本文研究开发的区域电网电压稳定判别应用系统，于2012年6月在500kV变电站成功投入运行，实际运行中，系统硬件和软件运行性能稳定，电压稳定在线判别和预测预警结果合理。本文研究建立的区域电网电压稳定判别系统及其电压稳定性在线判别参数和预测结果能够满足电网电压稳定控制工作的实际工程要求。
【图文】：

结构图,数据通讯,结构图

不仅对我国电网同步相量测量及广域动态监测技术的发展方向和目标作出了规划，还提出了近期和远期两个具体目标和实现方式，也从电网规模和互联程度不断增长的角度，对电力系统动态过程复杂性及实现实时动态监测与控制的重要性进行全面阐述。电网的动态监测与控制是针对电力系统的暂态过程，而暂态过程的产生、发展和结束都是在毫秒级的时间内，，若要对电力系统的暂态过程进行控制，必须要保证电网参数采集、电网状态计算、控制措施实施以及状态参数反馈等各个过程和环节在 1s甚至更短的时间内完成。在传统的数据采集方式和数字信号处理算法下，无法满足上述对信息处理速度的要求，另一方面，在光纤通信成为主流信息传输方式之前，多个PMU 之间的数据交换速度也同样无法满足电力系统暂态过程控制的时间要求。也就是说，基于 PMU 装置构建的广域实时动态监控系统 WAMS，能否真正具有对电力系统暂态过程的控制能力，一方面取决于这一系统中的 PMU 装置是否具备了高速高精度的状态参数采集、快速准确信号处理算法以及高速的数据传输等能力，同时也取决于整个 WAMS 系统是否具有快速的电网全状态方程求解、控制策略选择以及控制信息传输能力[31-36]。典型的 WAMS 系统通信结构如图 1.2 所示。

相位测量,信号周期,观测时间,整数倍

图 2.1 观测时间间隔不等于信号周期整数倍时的相位测量hase measurement with an observation time interval not equal to the multiple of s步相量的定义一信号 ( ) cos( )mx t X t 模型而言，可用一个相量表示，即下式( / 2)(e )( / 2)(cos sin )R ljmmX X jXXX j 表达式中， / 2mX 为信号模型 x (t)的有效值；信号在工频状态下，绝对相位都用来表示。秒脉冲出现所测信号一周波的不同位置时相位角度是不同的，典型的采样情况是使得秒脉冲尽可能出现在信处或是信号一周波内过零点处，例如，当 x (t )最大值是在秒脉冲上位角度为 0 度，而当 x (t )正向过零点同步于秒脉冲时，此时的相位如图 2.2 所示。另外，所测相量频率也会对角度发生影响，相量频
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM712

【参考文献】