电力系统输电断面及故障评估关键技术研究

摘要

保障电网安全高效运行是现代电力系统发展的主要目标之一。近年来，高性能计算机技术已能实现上万节点规模的大电网分钟级数据分析，监控与数据采集系统/能量管理系统（SCADA/EMS）和广域量测系统（WAMS）可为电网控制中心提供多时间尺度的信息源，这些都为跨大区电网的在线评估提供了可能。本文以多信息源为基础，以电力系统输电断面及故障评估关键技术为研究目标，取得的主要成果如下：
　　在研究了现有输电断面研究在应用层面上的局限性的基础上，提出了两种新的输电断面快速识别方法。通过分析支路开断下的潮流转移特性，结合图论割点与块的性质，在总结归纳潮流转移断面图论特征的基础上，提出了基于割点与路径搜索的输电断面识别方法。此外，利用电气距离选取了系统区域联络线，进而通过联络线节点进行系统分区，最终根据区域间的连接割集及潮流一致性特征提出了基于输电通道潮流一致特征的输电断面识别方法。通过对这两种输电断面识别方法的研究，建立了输电断面的多角度分析体系。
　　针对系统薄弱断面快速定量评价还存在的若干问题，提出了一种基于电压崩溃指数的极限传输容量计算模型和实用化算法。该方法与传统连续性方法相比具有如下四个特点：以原始牛顿法为潮流计算核心，不会出现连续潮流扩展雅可比矩阵奇异的现象；根据雅可比矩阵信息计算相应的电压崩溃指数，该参数可以引导整个状态推演过程，将系统负荷（或发电）状态准确定位至功率极限点；利用雅可比矩阵信息自动选取合适的状态推演步长，确保全网负荷（或发电）变化能够准确地向系统临界点逼近；整个推演过程以雅可比矩阵为计算核心，不需要每步状态推演都有完整的牛顿迭代过程，从而使计算速度大幅提升。
　　由于传统常规潮流计算方法计算过程耗时较大，难以应用于极限传输容量及薄弱断面的快速评估这一难题，提出了一种基于非迭代潮流计算的极限传输容量计算模型和实用化算法。该方法把Taylor级数引入到电力系统潮流计算当中，它能够实现系统极限传输容量快速、实时求解的目标。
　　传统故障定位算法都基于理想化的测量信息条件，这使得其在实际电网的应用中面临着众多问题。本文提出了基于故障可观性的输电线路故障定位方法，它提供了一种在电网在信息不全条件下的故障定位方案。该方法采用分布参数输电线路模型，可以更准确地考虑分布电容电流对故障定位精度的影响；算法性能优异，且不受故障初始相位角、负荷及故障路径阻抗的影响，仅需要相量测量单元（PMU）的暂态数据信号，无需系统阻抗等其它信息，算法没有迭代过程，计算速度快。
　　考虑到传统信号分析方法在处理电力系统故障暂态信号过程中误差较大的问题，本文提出了一种基于快速经验模式分解（EMD）滤波的自适应相量评估算法，该算法可以自适应地滤除电力系统故障信号中的衰减直流分量。为了满足实时计算的要求，本文在筛选过程、最优包络拟合及数据窗选择等方面对EMD算法做了重要改进。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 电力系统输电断面及故障评估关键技术的发展与研究现状

1.3 本文所做的工作及章节安排

2 输电断面的多角度分析方法研究

2.1 引言

2.2 基于割点与路径搜索的输电断面识别

2.3 基于输电通道潮流一致特征的输电断面识别

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

3 极限传输容量计算方法研究

3.1 引言

3.2 极限传输容量计算模型

3.3 极限传输容量计算流程

3.4 算例分析

3.5 本章小结

4 基于非迭代潮流计算的极限传输容量计算方法研究

4.1 引言

4.2 基于非迭代潮流计算的计算模型研究

4.3 基于非迭代潮流计算的极限传输容量求解分析

4.4 算例分析

4.5 本章小结

5 基于故障可观性的输电线路故障定位方法研究

5.1 引言

5.2 故障可观测性分析

5.3 基于故障可观性的故障定位算法研究

5.4 算例分析

5.5 本章小结

6 基于经验模式分解滤波的相量评估技术研究

6.1 引言

6.2 基于最优 HERMITE多项式拟合的 EMD滤波技术

6.3 基于快速经验模式分解滤波的相量评估技术

6.4 算例分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读博士学位期间发表的论文和专利目录

附录 2 攻读博士学位期间参与的科研项目