电力系统紧急状态下切负荷控制策略研究

摘要

当前互联电网网架结构日趋复杂，使系统隐性故障和连锁故障发生的概率不断增多，解列事故频发;特别对于受端电网，解列事故会导致系统失去重要输电通道或联络线，出现大容量功率缺额，如果系统紧急控制措施有限，就很可能发生系统失稳。频率崩溃是造成系统大范围停电的重要原因之一，近些年发生的多起电网崩溃都有频率失稳的因素。 本文结合国家自然科学基金(50837002)课题“集中决策与分布实现相协调的大电网后备保护系统研究”，深入系统地开展了“电力系统紧急状态下切负荷控制策略研究”的论文工作，主要创新性成果如下: 分析系统运行状态的分类及对应采取的安全控制措施的基础上，深入研究了系统紧急状态的特征;以构建的单机带负荷系统为研究对象，建立了包括系统频率、电压和功角状态变量的代数微分方程组;借助Matlab编程求解系统稳定运行和紧急状态下的状态方程，仿真系统分别受到有功、无功功率扰动时，系统运行状态的变化情况。提出了预防控制与紧急控制作用相结合的系统稳定控制框架;电力系统受到大的有功扰动，预测和判断系统是否将进入紧急状态具有关键作用，进而及时地采取切负荷等有效控制措施，阻止系统中有功、无功功率平衡的破坏和维护系统的稳定。 基于发电机有功功率扰动和频率变化之间的转子运动平衡方程，分析建立了单机系统的负荷频率控制原理框图，进而扩展到多机及多分区系统的频率响应建模研究;构建了考虑调速器、自动发电控制和联络线功率偏差控制的系统频率响应动态模型图，推导了系统受扰后频率轨迹变化的方程，用于研究系统的频率稳定变化。研究表明，扰动初期的频率变化率只与系统初始的不平衡功率有关，功率缺额越大，频率下降速度越快;系统的稳态频率偏差受到功率缺额和频率调节效应的共同影响;频率的动态过程不仅和有功缺额的大小有关，与扰动位置，电网结构都是密切相关的。 建立了具有紧急控制作用模块的系统频率响应动态模型，包括系统参数，频率保护的门槛值，系统的受扰功率，紧急控制措施和互联线路的潮流变化对频率稳定的影响。利用建立的地区系统频率响应动态模型，从中长期的角度预测系统受扰后频率的轨迹变化和频率稳定控制的可行性。提出了一个新自适应UFLS控制策略，所建立的系统频率响应动态模型应用于系统紧急控制和保护策略的制定;新策略考虑和低频调速及系统备用容量的快速释放相协调，根据系统扰动自适应地确定减负荷的数量和动作级数，避免了负荷的过切或欠切;在考虑切负荷地点时，采取就地平衡扰动功率的原则，避免潮流转移引起级联事故的发生。 在研究影响系统频率和频率变化率测量的因素基础上，推导了系统受扰后的有功功率缺额与频率变化率之间的准确函数关系式。进一步，在电压灵敏度分析的基础上，提出了利用电压灵敏度确定切负荷地点与相应切负荷量的自适应切负荷控制策略，目的在于考虑切负荷过程中，有效恢复系统有功平衡的同时，最大限度的实现无功的就地平衡;在系统的脆弱点，即电压和频率下降更多或无功需求更大的地点切负荷，可以提高系统的电压稳定边缘，降低了系统崩溃的风险。提出的切负荷策略有更强的自适应性，是切负荷量，切负荷地点和动作时间的函数关系，能够考虑系统网络拓扑的变化，更有利于系统稳定性的恢复，有应用的优势和价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电力系统稳定分类

1．2．2 电力系统的三道防线

1．2．3 电力系统的紧急控制

1．2．4 低频减负荷(UFLS)策略的研究

1．2．5 低压减负荷(UVLS)策略的研究

1．2．6 UFLS和UVLS策略的协调控制与优化

1．3 论文主要工作

第2章 基于单机负荷模型的系统紧急状态研究

2．1 电力系统的运行状态及其控制

2．1．1 电力系统运行状态

2．1．2 电力系统紧急状态的安全控制

2．2 单机带负荷模型的系统分析

2．2．1 系统稳定状态分析

2．2．2 系统紧急状态分析

2．3 算例仿真分析

2．3．1 有功功率扰动下频率稳定分析

2．3．2 无功功率扰动下电压稳定分析

2．4 预防控制和紧急控制联合作用分析

2．5 本章小结

第3章 电力系统动态频率响应建模与控制

3．1 电力系统频率稳定控制

3．2 系统频率响应建模分析

3．3 互联电力系统的频率稳定控制

3．4 受扰系统的频率响应分析

3．5 算例仿真分析

3．5．1 系统受到小扰动情况分析

3．5．2 系统受到大扰动情况分析

3．6 本章小结

第4章 基于多分区SFR模型的切负荷控制策略

4．1 具有紧急控制的SFR动态模型分析

4．1．1 紧急AGO控制区的输出分析

4．1．2 紧急控制切负荷模块的分析

4．1．3 含紧急控制模块的SFR分析

4．2 系统减负荷策略的分析

4．2．1 锁定频率的减负荷策略

4．2．2 基于频率和频率变化率的减负荷策略分析

4．3 提出的新自适应UFLS策略

4．3．1 构建自适应减负荷策略的思路

4．3．2 系统扰动幅值的确定

4．3．3 系统扰动分类及相应的切负荷措施

4．4 算例仿真分析

4．4．1 系统稳定运行情况

4．4．2 系统受到小扰动情况

4．4．3 系统受到大扰动情况

4．5 本章小结

第5章 基于系统频率和电压稳定的切负荷控制策略

5．1 减负荷地点的研究

5．1．1 同步测量值在减负荷策略中的角色

5．1．2 减负荷分配方法的研究

5．2 系统频率反应分析

5．2．1 发电机转子运动平衡方程分析

5．2．2 影响df／dt测量值的分析

5．3 提出的新减负荷策略

5．3．1 系统不平衡功率的确定

5．3．2 减负荷位置和相应数量的确定

5．4 仿真算例分析

5．4．1 算例1(切除小容量发电机)

5．4．2 算例2(切除大容量的发电机)

5．4．3 算例3(级联故障或重要联络线路断开)

5．5 本章小结

第6章 结论

6．1 论文工作总结

6．2 有待进一步开展的工作

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介