输电断面安全保护与防连锁过载控制策略研究

摘要

当电力系统在重负荷运行时发生过载，过载切除引起的潮流转移可能会导致系统中的其它支路连锁过载。传统的过载保护大都采取过载后延时跳闸的方式切除过载，并未顾及过载切除对系统安全性的影响，这在一定运行条件下可能会引发一系列过载保护相继动作而发生连锁过载跳闸的现象。因此，在出现过载的紧急时刻，为了避免过载切除引起连锁过载跳闸，需要快速估计过载切除对系统安全性的影响;在采取控制措施消除过载时，为了避免出现新的过载，需要快速找出调整时易发生过载的正常支路并研究保证这些支路不过载的控制策略。　　论文的主要工作及研究成果如下:　　通过分析若干典型大停电事故的原因，指出支路切除引起的潮流转移与保护装置的不合理动作是促使事故不断恶化的重要原因。　　分析了过载切除后的潮流转移特征，提出了潮流转移系数的概念，给出了输电断面新的定义，在此基础上研究了一种快速搜索输电断面的新算法。该算法基于动态规划理论，把实时的电力网络转化成拓扑图，在一个以过载支路为中心的拓扑子图内快速搜索过载支路两端节点间的前K条最短路径，然后找出受潮流转移影响较大的输电断面。把过载切除对整个系统的安全性分析缩小到一个输电断面内，减小了进一步分析的工作量。　　给出了一种基于背离路径的输电断面搜索算法。利用图论中求最短路径的算法先搜索出过载支路两端节点间的第1最短路径，然后以第1最短路径的中间节点为被背离节点派生背离路径，从这些背离路径中找出最短背离路径作为过载支路两端节点间的第2最短路径，以此类推在与过载支路电气距离较近的范围内找出前K条最短路径。由于采用了多路径搜索方式，避免了单一路径搜索时因搜索范围过小而漏选的情况;而且只需搜索少数几条路径就可较完整地找出过载支路的相关输电断面，因此该算法快速有效。　　提出了广义输电断面的概念并给出了一种确定广义输电断面的方法，研究了一种广义输电断面安全性估计策略。首先基于改进的Dijkstra算法将电网分区，形成广义电网拓扑图，然后采用改进的BFS算法快速搜索广义源点附近区域的广义节点，由这些广义节点和潮流冗余量较小的支路所在的广义节点组成广义输电断面，扩展了输电断面的范围。在估计过载切除对输电断面安全性的影响时，采用分布式并行计算模式，将广义输电断面内的每个广义节点作为一个运算单元，当发生过载时，各运算单元并行判断过载支路切除是否会引起本单元内的支路连锁过载，节省了存线分析时间，适应了实时估计快速性的要求。　　给出了最小限制因子的概念，研究了一种结合最小限制因子的输电断面安全性估计策略。分析指出，当发生过载时可通过判断过载切除是否会引起具有最小限制因子的支路连锁过载来估计过载切除对系统安全性的影响。为了避免全网计算求该支路，介绍了两个相关定理，通过合理设定分布系数限值和电流冗余量限值来确定输电断面。当发生过载时通过分析过载切除是否会引起该输电断面内的支路连锁过载来代替对具有最小限制因子支路的分析，从而减小了计算量。在估计过载切除对输电断面安全性的影响时，为了满足实时估计快速性的要求，在正常运行时确定广义电网拓扑图中各广义节点的广义输电断面子集和广义子区域，各运算单元分别计算本单元内支路的最小电流冗余量和分布系数大于限值支路的最小电流冗余量;当发生过载时，各相关运算单元只需并行判断过载切除是否会引起本单元内的支路过载，节省了在线运算时间，提高了输电断面安全性估计的效率。　　在采取紧急控制措施消除过载时，为了避免出现新的过载，考虑了正常支路潮流对控制量的约束，给出了安全约束集的概念，研究了一种结合安全约束集的防连锁过载控制策略。首先在广义电网拓扑图中采用改进的BFS算法快速搜索广义控制点附近区域的广义节点，由这些广义节点内的支路和接近热极限的支路组成安全约束集，扩展了正常支路约束集的范围。给出了结合安全约束集的控制点的选取方法和控制量的确定方法。采用基于决策中心-区域终端模式的控制策略，将每个广义节点作为一个区域终端，当发生过载时，各相关终端并行计算保证安全约束集内支路不过载的最大安全控制量，节省了计算时间，提高了控制速度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 典型大停电事故分析

1．2．1 1978年法国大停电

1．2．2 2003年美加“8．14”大停电

1．2．3 2006年西欧大停电

1．2．4 2009年巴西“11．10”大停电

1．3 传统后备保护的局限性分析

1．4 广域测量技术的发展

1．5 课题相关理论的研究现状

1．5．1 局部网络分析方法

1．5．2 输电断面及其搜索技术

1．5．3 防连锁过载跳闸的后备保护措施

1．5．4 防连锁过载跳闸的控制措施

1．6 课题的主要研究内容

第2章 基于动态规划的K最短路算法确定输电断面

2．1 引言

2．2 支路切除后的潮流转移分析

2．2．1 等值网络

2．2．2 潮流转移系数

2．2．3 基于FTF的输电断面

2．3 图论的相关知识

2．4 输电断面的路径特征

2．5 K值的确定原则

2．6 基于前K最短路径的输电断面搜索

2．6．1 前K最短路径的相关算法

2．6．2 基于动态规划的前K最短路径算法

2．6．3 算法的改进

2．6．4 输电断面搜索的步骤

2．7 仿真分析

2．8 本章小结

第3章 基于背离路径的输电断面搜索

3．1 引言

3．2 基于分布系数的输电断面

3．2．1 基于直流潮流的分布系数

3．2．2 基于DF的输电断面的定义

3．3 基于背离路径的输电断面搜索算法

3．3．1 背离路径的相关概念

3．3．2 算法流程

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于广义拓扑搜索的输电断面安全性估计

4．1 引言

4．2 限制因子

4．3 广义输电断面

4．4 建立广义电网拓扑图

4．4．1 采用改进的Dijkstra算法求广义节点

4．4．2 求广义支路，形成广义邻接矩阵

4．4．3 形成广义电网拓扑图

4．5 采用改进的BFS算法确定Df’

4．5．1 BFS算法

4．5．2 改进的BFS算法

4．6 基于广义拓扑搜索的输电断面安全性估计策略

4．7 仿真分析

4．8 本章小结

第5章 结合MLF的输电断面安全性估计

5．1 引言

5．2 最小限制因子

5．3 结合MLF的输电断面

5．4 结合MLF的输电断面安全性估计策略

5．5 仿真分析

5．6 本章小结

第6章 结合安全约束集的防连锁过载控制策略

6．1 引言

6．2 安全约束集

6．2．1 安全约束集的定义

6．2．2 安全约束集的确定

6．3 控制点的选取

6．4 控制量的确定

6．5 基于DC-RT模式的控制策略

6．5．1 系统结构

6．5．2 功能介绍

6．6 仿真分析

6．7 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介