1、EMS(7)靜態(tài)安全分析,主講人：齊鄭 ,North China Electric Power University,page2,2020/8/17,電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性,可靠性:電力系統(tǒng)元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的可能性 系統(tǒng)在長(zhǎng)的運(yùn)行周期中工作正常的概率 表示在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)幾乎不中斷地為用戶(hù)提供足夠的電力供應(yīng)的能力,安全性 電力系統(tǒng)在意外事件下不中斷用戶(hù)電力供應(yīng)的能力 安全性與系統(tǒng)對(duì)意外事件的魯棒性有關(guān)，并取決于系統(tǒng)的運(yùn)行條件以及意外事件的發(fā)生概率,穩(wěn)定性 擾動(dòng)后系統(tǒng)整體性的維持能力 取決于系統(tǒng)的運(yùn)行條件和擾動(dòng)的性質(zhì),North China El

2、ectric Power University,page3,2020/8/17,電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性,可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的總體目標(biāo) 為保證可靠性，系統(tǒng)絕大部分時(shí)間必須是安全的 為保證安全性，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，同時(shí)必須對(duì)其他不能歸類(lèi)為穩(wěn)定問(wèn)題的偶然事件是安全的，如設(shè)備損壞、桿塔倒塌或者人為破壞等 安全性和穩(wěn)定性是時(shí)變的，可以通過(guò)對(duì)特定運(yùn)行方式的研究進(jìn)行判斷 可靠性是一段時(shí)間內(nèi)的平均性能，只能通過(guò)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)性能的整體考慮進(jìn)行判斷,North China Electric Power University,page4,2020/8/17,電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性,NER

3、C北美電力可靠性協(xié)會(huì) 可靠性是評(píng)估電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷地向用戶(hù)供電的能力的度量指標(biāo) 可靠性包括概率充分性和概率穩(wěn)定性?xún)蓚€(gè)方面 概率充分性是指電力系統(tǒng)考慮計(jì)劃內(nèi)和非計(jì)劃內(nèi)元件停運(yùn)時(shí)，為用戶(hù)不間斷地提供電力和電量的能力。 概率充分性也常指靜態(tài)可靠性，也就是在靜態(tài)條件下電力系統(tǒng)滿(mǎn)足用戶(hù)電力和電量的能力。 概率穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動(dòng)(例如突然短路或非計(jì)劃地失去系統(tǒng)元件)的能力 概率穩(wěn)定性有時(shí)也稱(chēng)動(dòng)態(tài)可靠性，也就是在動(dòng)態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動(dòng)并不間斷地向用戶(hù)提供電力和電量的能力,North China Electric Power University,page

4、5,2020/8/17,電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性,安全性分析即確定系統(tǒng)對(duì)預(yù)期發(fā)生的擾動(dòng)的魯棒性 要求1：系統(tǒng)在擾動(dòng)發(fā)生后能夠達(dá)到新的運(yùn)行狀態(tài)，并且在該狀態(tài)下滿(mǎn)足所有必須的約束 要求2：系統(tǒng)在向新的運(yùn)行狀態(tài)過(guò)渡的過(guò)程中不發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象 對(duì)要求1的驗(yàn)證稱(chēng)為靜態(tài)安全分析，對(duì)要求2的驗(yàn)證稱(chēng)為動(dòng)態(tài)安全分析 因此，穩(wěn)定性分析是安全性分析的一個(gè)組成部分，也進(jìn)而是可靠性評(píng)估的一部分,North China Electric Power University,page6,2020/8/17,電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)中目前的安全性分析基于確定性方法 設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)要求系統(tǒng)能夠承受一系列正

5、常擾動(dòng)N1準(zhǔn)則 比正常擾動(dòng)更嚴(yán)重的擾動(dòng)依靠切機(jī)、切負(fù)荷以及解列等緊急控制措施 主要不足之處 認(rèn)為所有的擾動(dòng)具有相同的發(fā)生概率和相同程度的后果 發(fā)展方向：基于風(fēng)險(xiǎn)的安全性評(píng)估 考慮運(yùn)行方式和事件發(fā)生的概率，定量分析和研究系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn) 對(duì)電力系統(tǒng)面臨的不確定性因素，給出可能性與嚴(yán)重性的綜合度量,North China Electric Power University,page7,2020/8/17,電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的數(shù)學(xué)模型 等式約束和不等式約束,節(jié)點(diǎn)功率平衡條件,節(jié)點(diǎn)電壓幅值約束,發(fā)電機(jī)功率出力約束,各支路（線路、變壓器）潮流約束,North China Electric Power Unive

6、rsity,page8,2020/8/17,電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的數(shù)學(xué)模型,等式約束,不等式約束,x是狀態(tài)變量。取為節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角 u是控制變量，可選為發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功出力，變壓器變比，可投切的電容器，等等,North China Electric Power University,page9,2020/8/17,電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的分類(lèi),正常狀態(tài) ：同時(shí)滿(mǎn)足等式約束和不等式約束,安全正常狀態(tài)：正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受一個(gè)合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，系統(tǒng)仍處于正常運(yùn)行狀態(tài),預(yù)警狀態(tài) ： 正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，在承受規(guī)定的合理的預(yù)想事故集的擾動(dòng)之后，有預(yù)想事故使系統(tǒng)不滿(mǎn)足不等式約束,緊急狀

7、態(tài)：滿(mǎn)足等式約束，但不滿(mǎn)足不等式約束,待恢復(fù)狀態(tài)：有部分地區(qū)違反了等式約束,North China Electric Power University,page10,2020/8/17,電力系統(tǒng)安全控制的分類(lèi),安全控制：指系統(tǒng)工作在某一運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為了提高其安全性，所擬訂的防止事故，預(yù)防事故的對(duì)策措施,預(yù)防控制（Preventive Control） 校正控制（Corrective Control） 緊急控制（Emergency Control） 恢復(fù)控制（Restorative Control）,North China Electric Power University,page11,202

8、0/8/17,電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移,North China Electric Power University,page12,2020/8/17,電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析中的潮流算法,要對(duì)大量開(kāi)斷故障進(jìn)行潮流計(jì)算以便確定事故發(fā)生后系統(tǒng)是否會(huì)進(jìn)入靜態(tài)緊急狀態(tài) 實(shí)時(shí)應(yīng)用對(duì)潮流計(jì)算的快速性有很高的要求 速度和精度的協(xié)調(diào) 直流潮流 vs 交流潮流,North China Electric Power University,page13,2020/8/17,直流潮流法的近似處理,對(duì)于輸電線ij，支路有功潮流,忽略電阻rij，則:,忽略支路對(duì)地電容,很小，令,North China Electric P

9、ower University,page14,2020/8/17,直流潮流法,支路方程:,節(jié)點(diǎn)方程:,B0陣的元素:,North China Electric Power University,page15,2020/8/17,直流潮流法的特點(diǎn),求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1階方程，計(jì)算速度快 DC潮流只能計(jì)算有功潮流的分布，不能計(jì)算電壓幅值，有其局限性 DC潮流要滿(mǎn)足假設(shè)條件 (1)rijxij (2)相鄰母線的相角差很接近 (3)各母線的電壓在額定值附近 (4)支路對(duì)地電容很小,North China Electric Power University,page16,2020/8

10、/17,Newton-Raphson潮流法,電壓初始化,結(jié)束,否,是,North China Electric Power University,page17,2020/8/17,快速分解法,由此，可以將牛頓法修正方程簡(jiǎn)化為：,B是n*n階，以-1/x為支路參數(shù)建立的 B是(n-r)*(n-r)，導(dǎo)納陣的虛部:-x/(x2+r2),North China Electric Power University,page18,2020/8/17,FD法與DC法的對(duì)比,DC法是對(duì)潮流方程的簡(jiǎn)化，其結(jié)果精度下降 PQ法僅對(duì)迭代矩陣的簡(jiǎn)化，潮流方程未作任何簡(jiǎn)化這種簡(jiǎn)化只在迭代過(guò)程中發(fā)生，迭代收斂后，潮流方

11、程自然滿(mǎn)足，計(jì)算精度不會(huì)下降,North China Electric Power University,page19,2020/8/17,在線潮流,各種安全和經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算的數(shù)據(jù)源頭 內(nèi)含 外部網(wǎng)絡(luò)等值 短期/超短期負(fù)荷預(yù)報(bào) 不平衡功率分配 潮流計(jì)算,North China Electric Power University,page20,2020/8/17,外網(wǎng)等值,網(wǎng)絡(luò)劃分,為什么？ 外網(wǎng)實(shí)時(shí)信息不可用； 計(jì)算規(guī)模限制； 保證內(nèi)網(wǎng)操作計(jì)算的精度,North China Electric Power University,page21,2020/8/17,外網(wǎng)等值(續(xù)),數(shù)學(xué)模型,對(duì)外網(wǎng)E進(jìn)

12、行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)，得,其中等值導(dǎo)納 和導(dǎo)值注入電流 為,North China Electric Power University,page22,2020/8/17,外網(wǎng)等值(續(xù)),邊界匹配,通過(guò)內(nèi)網(wǎng)的狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算出邊界節(jié)點(diǎn)的電壓VB ； 將邊界節(jié)點(diǎn)作為V節(jié)點(diǎn)，對(duì)等值后的網(wǎng)做潮流計(jì)算，計(jì)算出邊界注入潮流； 將邊界節(jié)點(diǎn)作為PQ節(jié)點(diǎn)，重新進(jìn)行潮流計(jì)算，得到在線潮流結(jié)果。,North China Electric Power University,page23,2020/8/17,在線潮流-未來(lái)方式,在線潮流的三個(gè)數(shù)據(jù)源：歷史、現(xiàn)在和未來(lái) 負(fù)荷預(yù)報(bào)為分析未來(lái)潮流做準(zhǔn)備 最重要的一個(gè)應(yīng)用：預(yù)先分析未來(lái)短時(shí)

13、間內(nèi)系統(tǒng)的變化和操作,North China Electric Power University,page24,2020/8/17,在線潮流-模擬調(diào)度操作,模擬開(kāi)斷線路、變壓器、發(fā)電機(jī)組和各種倒閘操作 模擬出力和負(fù)荷調(diào)整 模擬機(jī)組開(kāi)斷及出力和負(fù)荷調(diào)整時(shí)，應(yīng)考慮功率缺額或余額在其它機(jī)組間的再分配 安全分析的好工具,North China Electric Power University,page25,2020/8/17,電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析,重要方法預(yù)想事故分析 定義： 針對(duì)預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)元件(如線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和母線等)的故障及其組合，確定它們對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響。 功

14、能： 1、按調(diào)度員的需要方便的設(shè)定預(yù)想故障 2、快速區(qū)分各種故障對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的危害程度 3、準(zhǔn)確分析嚴(yán)重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)，并能方便而直觀展示結(jié)果,North China Electric Power University,page26,2020/8/17,電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析,預(yù)想事故分析的內(nèi)容 故障定義 故障篩選 故障分析,North China Electric Power University,page27,2020/8/17,故障定義,根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式定義的事故集合。 必須對(duì)故障定義的集合進(jìn)行分類(lèi)，原因： 提高預(yù)想故障分析的準(zhǔn)確程度 降低預(yù)想故障分析的計(jì)算量 改善預(yù)想故障分

15、析的靈活性和方便性 故障分類(lèi)的原則： 定義故障時(shí)，采用物理分類(lèi)方式 分析過(guò)程中，按危害程度分類(lèi),North China Electric Power University,page28,2020/8/17,故障定義,根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式定義的事故集合。 必須對(duì)故障定義的集合進(jìn)行分類(lèi)，原因： 提高預(yù)想故障分析的準(zhǔn)確程度 降低預(yù)想故障分析的計(jì)算量 改善預(yù)想故障分析的靈活性和方便性 故障分類(lèi)的原則： 定義故障時(shí)，采用物理分類(lèi)方式 分析過(guò)程中，按危害程度分類(lèi),North China Electric Power University,page29,2020/8/17,故障篩選,在線的運(yùn)行條件下，利用

16、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息，自動(dòng)迭代出引起潮流過(guò)載、電壓越限、以及危害系統(tǒng)安全運(yùn)行的預(yù)想事故，并用指標(biāo)來(lái)表示危害的程度，按其從大到小的順序排列得出預(yù)想事故一覽表。 有功功率指標(biāo) 電壓無(wú)功功率指標(biāo),North China Electric Power University,page30,2020/8/17,故障分析,基態(tài)網(wǎng)絡(luò),開(kāi)斷,元件,快速計(jì)算方法開(kāi)斷潮流分析,North China Electric Power University,page31,2020/8/17,不同的開(kāi)斷處理,支路（線路，變壓器）開(kāi)斷 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，迭代矩陣改變，注入功率不變,發(fā)電機(jī)，負(fù)荷開(kāi)斷 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變化，只改變注入功率

17、,North China Electric Power University,page32,2020/8/17,快速支路開(kāi)斷潮流算法,迭代矩陣的修正算法,以快速解耦潮流算法的有功迭代為例,當(dāng)支路l開(kāi)斷以后 ， 變成 ， P 變成P,North China Electric Power University,page33,2020/8/17,P迭代修改為：,Q迭代修改為：,North China Electric Power University,page34,2020/8/17,發(fā)電機(jī)開(kāi)斷的模擬,當(dāng)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電功率不足以供給有功負(fù)荷需要，系統(tǒng)頻率將降低。 借助發(fā)電機(jī)調(diào)速器的作用

18、，系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)都會(huì)自動(dòng)增加出力來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)頻率。 由于調(diào)速器有一定的調(diào)差系數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)頻率將會(huì)穩(wěn)定于略低于額定頻率的值。 這一過(guò)程在幾秒到十秒內(nèi)結(jié)束。屆時(shí)，所有發(fā)電機(jī)的有功出力都將發(fā)生變化。 發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)潮流迭代矩陣不變，只是節(jié)點(diǎn)注入變化。,North China Electric Power University,page35,2020/8/17,發(fā)電機(jī)組出力的變化,節(jié)點(diǎn)k上發(fā)生發(fā)電機(jī)開(kāi)斷，該節(jié)點(diǎn)注入功率將變?yōu)?其它節(jié)點(diǎn)的注入功率也將變化：,忽略網(wǎng)損變化則有,North China Electric Power University,page36,2020/8/17,復(fù)雜的故障情況,實(shí)際電力系統(tǒng)中，一個(gè)元件故障引起自動(dòng)裝置或繼電保護(hù)動(dòng)作，引起連鎖反應(yīng)，動(dòng)作的元件不只一個(gè)，而是多個(gè)，動(dòng)作也不局限于開(kāi)斷，也由投運(yùn)（如備用電源自投）。此時(shí)應(yīng)綜合考慮動(dòng)作元件，修正迭代矩陣和注入功率。,North China Electric Power University,page37,2020/8/17,校正對(duì)策分析,對(duì)基態(tài)潮流或開(kāi)斷后潮流中的過(guò)負(fù)荷或電壓越限，提出校正對(duì)策,校正最常用的方法是靈敏