基于安全域的电力系统综合控制与安全性定价

摘要

大区电网互联及市场化进程使电力系统的安全性问题变得更加突出，开发更加有效快速的稳定控制方法已成当务之急。本文在安全域成果的基础上，对电力系统暂态稳定紧急控制、综合控制及市场环境下的安全性定价问题展开了较为系统的研究。 论文首先研究了计及紧急控制措施的实用动态安全域，发现了四条重要的安全域临界面迁移规律，并据此给出了切机、切负荷及二者配合操作的控制有效性的定量表示方法。继而通过把控制措施量化为一成本指标，建立了最优暂态稳定紧急控制的优化模型，并给出了基于有效性灵敏度的优化方法。该紧急控制方法用实用动态安全域临界面沿其外法线方向的迁移距离来表示控制措施的有效性，通过选择不同的措施控制安全域临界面的推移，使扩展后的实用动态安全域能涵盖当前系统运行点，保证了系统的安全性。 然后，本文又分析了预防控制与紧急控制的互补特点，利用动态安全域的定量分析能力，设计了一个安全性综合控制方案，并以综合控制总成本为目标函数，以超平面形式的不等式为暂态稳定约束，把安全性综合控制问题归结成了一个最优化问题。针对问题的特点，提出了一种“积极约束松弛法”的优化策略，它能把预想事故集分解为使控制总成本最小的两个子集，并分别由预防控制和紧急控制保证其中事故的安全性。较之单纯的预防控制或紧急控制方案，安全性综合控制更为经济。 为了明确电力系统安全性对节点电价的影响，本文还提出了一种安全性电价分解方法。这种方法首先以安全域为稳定约束，以树支角为优化变量，建立了同时考虑暂态稳定和静态电压稳定的最优潮流模型。进而，根据边际成本理论及矩阵论的知识，把节点电价分解成了与各种安全约束有关的分量。这些分量电价不仅能反映该节点对某一稳定问题的影响，而且也可以用来分析安全成本在各节点的分摊情况。 本文工作充分发挥了安全域的方法在电力系统稳定分析与控制领域的优势，为安全性控制方案的决策与安全性电价的计算奠定了理论与工程应用的基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1当今电力系统面临的挑战

1.2电力系统的可靠性、安全性和稳定性

1.2.1可靠性和安全性—定义

1.2.2电力系统的稳定性—分类与定义

1.2.3可靠性、安全性和稳定性—区别与联系

1.3电力系统的安全性-DyLiacco构想

1.3.1电力系统的运行状态

1.3.2电力系统的安全性控制——基本概念

1.3.3 Dy Liacco构想的不足

1.4电力系统安全性分析方法

1.4.1传统的动态安全分析方法

1.4.2安全域的方法

1.5安全性控制计算方法

1.5.1基于数值仿真法的方法

1.5.2基于直接法的方法

1.5.3基于人工智能的方法

1.5.4目前安全性控制研究领域存在的问题

1.6电力系统安全性定价—回顾与评述

1.6.1研究历史回顾

1.6.2存在的主要问题

1.7本文的主要工作

第二章电力系统安全域的基本理论

2.1概述

2.2注入功率空间的动态安全域

2.2.1动态安全域的定义

2.2.2实用动态安全域

2.2.3动态安全域的拓扑性质

2.3稳态安全域

2.3.1潮流可行域

2.3.2割集功率空间的静态电压稳定域

2.4安全域在本文的应用

2.4.1在安全性控制中的应用

2.4.2在最优潮流与安全性定价中的应用

2.5小结

第三章基于实用动态安全域的暂态稳定紧急控制

3.1引言

3.2扩展实用动态安全域

3.2.1扩展动态安全域的定义

3.2.2扩展实用动态安全域

3.2.3扩展实用动态安全域临界面的迁移规律

3.3紧急控制有效性指标的求取

3.4最优暂态稳定紧急控制的数学模型及优化策略

3.4.1基本思想

3.4.2数学模型

3.4.3优化策略

3.5算例分析

3.5.1 4机11节点系统

3.5.2新英格兰系统

3.6 小结

第四章基于实用动态安全域的电力系统安全性综合控制

4.1引言

4.2基于PDSR的安全成本优化

4.3安全性综合控制的数学模型

4.3.1基于“域”的综合控制的基本思想

4.3.2任务分解

4.3.3数学模型

4.4求解策略

4.5算例分析

4.6小结

第五章基于域的方法的安全性定价

5.1引言

5.2最优潮流的约束条件

5.2.1潮流方程

5.2.2安全约束

5.3基于域的方法的最优潮流

5.3.1目标函数

5.3.2最优潮流数学模型

5.4安全性电价计算

5.4.1节点电价

5.4.2电价分解

5.4.3安全性电价再分解

5.5算例分析

5.6小结

第六章结论

参考文献

附录：算例系统

攻读博士期间发表的论文和参加的科研项目

致谢