第二十二讲 调度自动化（3）,肖仕武，薛安成 Office:J5B309 Tel:80794899,North China Electric Power University,page2,2020/9/19,静态安全分析,North China Electric Power University,page3,2020/9/19,电力系统的可靠性、安全性和稳定性,可靠性:电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的可能性 系统在长的运行周期中工作正常的概率 表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电力供应的能力,安全性 电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力 安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运行条件以及意外事件的发生概率,稳定性 扰动后系统整体性的维持能力 取决于系统的运行条件和扰动的性质,North China Electric Power University,page4,2020/9/19,电力系统的可靠性、安全性和稳定性,可靠性是系统设计和运行的总体目标 为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的 为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能归类为稳定问题的偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒塌或者人为破坏等 也可从后果来区分安全性和稳定性 两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果比另一个更差，则前者的安全性相对较差 安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方式的研究进行判断 可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时间内系统性能的整体考虑进行判断,North China Electric Power University,page5,2020/9/19,电力系统的可靠性、安全性和稳定性,NERC北美电力可靠性协会 可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向用户供电的能力的度量指标 可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面 概率充分性是指电力系统考虑计划内和非计划内元件停运时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。 概率充分性也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电量的能力。 概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短路或非计划地失去系统元件)的能力 概率稳定性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力,North China Electric Power University,page6,2020/9/19,电力系统的可靠性、安全性和稳定性,安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性 要求1：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态，并且在该状态下满足所有必须的约束 要求2：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失稳现象 对要求1的验证称为静态安全分析，对要求2的验证称为动态安全分析 因此，稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性评估的一部分,North China Electric Power University,page7,2020/9/19,电力系统的可靠性、安全性和稳定性,电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法 设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动N1准则 比正常扰动更严重的扰动依靠切机、切负荷以及解列等紧急控制措施 主要不足之处 认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果 发展方向：基于风险的安全性评估 考虑运行方式和事件发生的概率，定量分析和研究系统的风险 对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量,North China Electric Power University,page8,2020/9/19,电力系统运行状况的数学模型 等式约束和不等式约束,节点功率平衡条件,节点电压幅值约束,发电机功率出力约束,各支路（线路、变压器）潮流约束,North China Electric Power University,page9,2020/9/19,电力系统运行状况的数学模型,等式约束,不等式约束,x是状态变量。取为节点电压幅值和相角 u是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等,North China Electric Power University,page10,2020/9/19,电力系统实时运行状态的分类,正常状态 ：同时满足等式约束和不等式约束,安全正常状态：正常状态下的电力系统，在承受一个合理的预想事故集的扰动之后，系统仍处于正常运行状态,预警状态 ： 正常状态下的电力系统，在承受规定的合理的预想事故集的扰动之后，有预想事故使系统不满足不等式约束,紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束,待恢复状态：有部分地区违反了等式约束,North China Electric Power University,page11,2020/9/19,电力系统安全控制的分类,安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事故的对策措施,预防控制（Preventive Control） 校正控制（Corrective Control） 紧急控制（Emergency Control） 恢复控制（Restorative Control）,North China Electric Power University,page12,2020/9/19,电力系统运行状态及状态转移,North China Electric Power University,page13,2020/9/19,电力系统静态安全分析中的潮流算法,要对大量开断故障进行潮流计算以便确定事故发生后系统是否会进入静态紧急状态 实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求 速度和精度的协调 直流潮流 vs 交流潮流,North China Electric Power University,page14,2020/9/19,直流潮流法的近似处理,对于输电线ij，支路有功潮流,忽略电阻rij，则:,忽略支路对地电容,很小，令,North China Electric Power University,page15,2020/9/19,直流潮流法,支路方程:,节点方程:,B0阵的元素:,North China Electric Power University,page16,2020/9/19,直流潮流法的特点,求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1阶方程，计算速度快 DC潮流只能计算有功潮流的分布，不能计算电压幅值，有其局限性 DC潮流要满足假设条件 (1)rijxij (2)相邻母线的相角差很接近 (3)各母线的电压在额定值附近 (4)支路对地电容很小,North China Electric Power University,page17,2020/9/19,在线潮流,各种安全和经济分析计算的数据源头 内含 外部网络等值 短期/超短期负荷预报 不平衡功率分配 潮流计算,North China Electric Power University,page18,2020/9/19,外网等值,网络划分,为什么？ 外网实时信息不可用； 计算规模限制； 保证内网操作计算的精度,North China Electric Power University,page19,2020/9/19,外网等值(续),边界匹配,通过内网的状态估计，计算出边界节点的电压VB ； 将边界节点作为V节点，对等值后的网做潮流计算，计算出边界注入潮流； 将边界节点作为PQ节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流结果。,North China Electric Power University,page20,2020/9/19,在线潮流-未来方式,在线潮流的三个数据源：历史、现在和未来 负荷预报为分析未来潮流做准备 最重要的一个应用：预先分析未来短时间内系统的变化和操作,North China Electric Power University,page21,2020/9/19,在线潮流-模拟调度操作,模拟开断线路、变压器、发电机组和各种倒闸操作 模拟出力和负荷调整 模拟机组开断及出力和负荷调整时，应考虑功率缺额或余额在其它机组间的再分配 安全分析的好工具,North China Electric Power University,page22,2020/9/19,静态安全评定,North China Electric Power University,page23,2020/9/19,大电网安全防御体系,第一道防线在常见的单一故障被正常清除时 -加强电网结构(远期的预防性控制) -有效的预防性控制措施 -快速可靠的继电保护 第二道防线在概率较低的严重故障下,可损失部分电源和负荷,但必须保持系统稳定 -切机、切负荷、FACT等紧急控制措施 第三道防线在概率很低的多重严重故障下,允许失稳,但应避免大停电,并尽量减少损失 -失步解列 -低频、低压减载等紧急控制措施,North China Electric Power University,page24,2020/9/19,三道防线措施实施的不同时刻,预防控制,检测到故障后紧急控制,检测到越规后 极端紧急控制,North China Electric Power University,page25,2020/9/19,稳定域,每道防线的作用,稳定域,稳定域,稳定域,稳定域,稳定域,故障 发生,加强电网,预防控制,继电 保护,检测到 故障,检测到越规,小概率特别严重故障,严重故障,一般故障,第一道防线,第二道防线,第三道防线,t,North China Electric Power University,page26,2020/9/19,电力系统静态安全评定,在某一预想事故下，考察系统的静态安全性 支路电流过载 母线电压越限 丢失负荷,North China Electric Power University,page27,2020/9/19,电力系统静态安全评定(续),自动故障选择 定义：按元件故退出运行(开断)对系统安全性影响的严重程度排序 被开断的元件 串联支路输电线和变压器 并联支路发电机和负荷 严重程度指标 有功支路过负荷 节点电压越界 丢失负荷,North China Electric Power University,page28,2020/9/19,交流开断潮流思路,基态网络,开断,元件,North China Electric Power University,page29,2020/9/19,不同的开断处理,支路（线路，变压器）开断 网络结构发生变化，迭代矩阵改变，注入功率不变,发电机，负荷开断 网络结构不变化，只改变注入功率,North China Electric Power University,page30,2020/9/19,发电机开断的模拟,当发电机开断时，整个系统的发电功率不足以供给有功负荷需要，系统频率将降低。 借助发电机调速器的作用，系统中各发电机都会自动增加出力来恢复系统频率。 由于调速器有一定的调差系数，整个系统频率将会稳定于略低于额定频率的值。 这一过程在几秒到十秒内结束。届时，所有发电机的有功出力都将发生变化。 发电机开断时潮流迭代矩阵不变，只是节点注入变化。,North China Electric Power University,page31,2020/9/19,发电机组出力的变化,节点k上发生发电机开断，该节点注入功率将变为,其它节点的注入功率也将变化：,忽略网损变化则有,North China Electric Power University,page32,2020/9/19,复杂的故障情况,实际电力系统中，一个元件故障引起自动装置或继电保护动作，引起连锁反应，动作的元件不只一个，而是多个，动作也不局限