华电电力系统自动化第17讲-调度自动化(3)-静态安全分析和安全评定精编版

1、North China Electric Power Universitypage27/27/2021静态安全分析静态安全分析North China Electric Power Universitypage37/27/2021电力系统的可靠性、安全性和稳定性l可靠性可靠性: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间内，完成规定功能的可能性 n系统在长的运行周期中工作正常的概率系统在长的运行周期中工作正常的概率n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

2、的能力力供应的能力l安全性安全性n电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力n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行条件以及意外事件的发生概率l稳定性稳定性n扰动后系统整体性的维持能力扰动后系统整体性的维持能力n取决于系统的运行条件和扰动的性质取决于系统的运行条件和扰动的性质North China Electric Power Universitypage47/27/2021电力系统的可靠性、安全性和稳定性l可靠性是系统设计和运行的总体目标可靠性是系统设

3、计和运行的总体目标n为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的n为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能为保证安全性，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塌或者人为破坏等l也可从后果来区分安全性和稳定性也可从后果来区分安全性和稳定性n两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果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比另一个更差，则前者的安全性相对较差l安全性和稳定性是时变

4、的，可以通过对特定运行方式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的研究进行判断l可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时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间内系统性能的整体考虑进行判断North China Electric Power Universitypage57/27/2021电力系统的可靠性、安全性和稳定性lNERC北美电力可靠性协会北美电力可靠性协会l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地向用户供电的能力的度量指标

5、l可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面n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。时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。n概率充分性也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电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。系统满足用户电力和电量的能力。n概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短例如突然短路或非计划地失去系统元件路或非计划地失去系统元件)的能力的能力n概率稳

6、定性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电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能力North China Electric Power Universitypage67/27/2021电力系统的可靠性、安全性和稳定性l安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性棒性n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n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n对要求1的验证称为静态安全分

7、析，对要求2的验证称为动态安全分析l因此，稳定性分析是安全性分析的一个组成部因此，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分，也进而是可靠性评估的一部分North China Electric Power Universitypage77/27/2021电力系统的可靠性、安全性和稳定性l电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法n设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动N1准准则则n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

8、措施控制措施l主要不足之处主要不足之处n认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果l发展方向：基于风险的安全性评估发展方向：基于风险的安全性评估n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险n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合度量 North China Electric Power Universitypage87/27/2021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功

9、率平衡条件cossin0sincos0GiDiijijijijijjiGiDiijijijijijjiPPVVGBQQVVGB节点电压幅值约束节点电压幅值约束VVVimiiM发电机功率出力约束发电机功率出力约束MGiGimGiMGiGimGiQQQPPP各支路（线路、变压器）潮流约束各支路（线路、变压器）潮流约束MijijIINorth China Electric Power Universitypage97/27/2021电力系统运行状况的数学模型等式约束等式约束0,uxf不等式约束不等式约束0,uxhlx是状态变量。取为节点电压幅值和相角是状态变量。取为节点电压幅值和相角lu是控制变量，

10、可选为发电机有功、无功出是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等力，变压器变比，可投切的电容器，等等North China Electric Power Universitypage107/27/2021电力系统实时运行状态的分类正常状态正常状态 ：同时满足等式约束和不等式约束：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正常运行状态预警状态预警状态 ： 正常状态下的电力系统，在承受规正常状态下的电力

11、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紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束l待恢复状态：有部分地区违反了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 Universitypage117/27/2021电力系统安全控制的分类l安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为安全控制：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，预防事了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事故的对策措

12、施故的对策措施 n预防控制（预防控制（Preventive Control） n校正控制（校正控制（Corrective Control） n紧急控制（紧急控制（Emergency Control） n恢复控制（恢复控制（Restorative Control）North China Electric Power Universitypage127/27/2021电力系统运行状态及状态转移 正常状态 安全状态 预警状态 安全裕度降低 满足等式和不等式约束 (预防控制) 紧急状态 （紧急控制） 不等式约束破坏 (校正控制) 待恢复状态 解列、 切负荷 等式约束破坏 (恢复控制) North Ch

13、ina Electric Power Universitypage137/27/2021电力系统静态安全分析中的潮流算法l要对大量开断故障进行潮流计算以便确定事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故发生后系统是否会进入静态紧急状态 l实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求l速度和精度的协调速度和精度的协调l直流潮流直流潮流 vs 交流潮流交流潮流 North China Electric Power Universitypage147/27/2021直流潮流法的近似处理对于输电线对于输电线ij，支路有功潮流，支路有功潮流

14、ijijijijjiijiijbgVVgVpsincos222220,1/ijijijijijijijijxrgbxrxrx ijjiijijsin, 1cos忽略电阻忽略电阻rij，则，则:VVij 1忽略支路对地电容忽略支路对地电容很小，令()ijijijijijpbx North China Electric Power Universitypage157/27/2021直流潮流法ijjiijxp10110110 10010.nnnnnnPBBPBBPBBP 记为: 11,oiioijj iijijj iBBxx支路方程:节点方程:B0阵的元素:PiPi1Pik,ijjiiijj i j

15、 ij i j ij i j ij iijijijPPxxxNorth China Electric Power Universitypage167/27/2021直流潮流法的特点l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lDC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lDC潮流要满足假设条件l (1)rijxijl (2)相邻母线的相角差很接近l (3)各母线的电压在额定值附近l (4)支路对地电容很小North China Electric Power Universitypage177/27/2021在线潮流l各种安全和经济分析计算的数据源头各种安全和经济

16、分析计算的数据源头l内含内含n外部网络等值外部网络等值n短期短期/超短期负荷预报超短期负荷预报n不平衡功率分配不平衡功率分配n潮流计算潮流计算North China Electric Power Universitypage187/27/2021外网等值网络划分网络划分为什么？为什么？ 外网实时信息不可用；外网实时信息不可用； 计算规模限制；计算规模限制； 保证内网操作计算的精度保证内网操作计算的精度North China Electric Power Universitypage197/27/2021外网等值(续)l边界匹配边界匹配l通过内网的状态估计，计算出边界节点的电压通过内网的状态估计

17、，计算出边界节点的电压VB ；l将边界节点作为将边界节点作为V节点，对等值后的网做潮流计算，计算出节点，对等值后的网做潮流计算，计算出边界注入潮流；边界注入潮流；l将边界节点作为将边界节点作为PQ节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流结果。结果。North China Electric Power Universitypage207/27/2021在线潮流-未来方式l在线潮流的三个数据源：历史、现在和未来l负荷预报为分析未来潮流做准备l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 Universit

18、ypage217/27/2021在线潮流-模拟调度操作l模拟开断线路、变压器、发电机组和各种倒闸操作l模拟出力和负荷调整l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l安全分析的好工具North China Electric Power Universitypage227/27/2021静态安全评定North China Electric Power Universitypage237/27/2021大电网安全防御体系l第一道防线第一道防线在常见的单一故障被正常清除时在常见的单一故障被正常清除时l-加强电网结构(远期的预防性控制)l-有效的预防性控制措施l-快速可靠

19、的继电保护l第二道防线第二道防线在概率较低的严重故障下在概率较低的严重故障下,可损失可损失部分电源和负荷部分电源和负荷,但必须保持系统稳定但必须保持系统稳定l-切机、切负荷、FACT等紧急控制措施l第三道防线第三道防线在概率很低的多重严重故障下在概率很低的多重严重故障下,允允许失稳许失稳,但应避免大停电但应避免大停电,并尽量减少损失并尽量减少损失l-失步解列l-低频、低压减载等紧急控制措施North China Electric Power Universitypage247/27/2021三道防线措施实施的不同时刻三道防线措施实施的不同时刻预防控制预防控制检测到故障检测到故障后紧急控制后紧急

20、控制检测到越规后检测到越规后极端紧急控制极端紧急控制North China Electric Power Universitypage257/27/2021稳定域每道防线的作用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tNorth China Electric Power Universitypage267/27/2021电力系统静态安全评定 Xl在某一预想事故下，考察系统的静态安全性n支路电流过载n母线电压越限n丢失负荷North China Electric Power U

21、niversitypage277/27/2021电力系统静态安全评定(续) 自动故障选择自动故障选择定义：定义：按元件故退出运行按元件故退出运行(开断开断)对系统安全性影响的对系统安全性影响的严重程度排序严重程度排序被开断的元件被开断的元件串联支路输电线和变压器串联支路输电线和变压器并联支路发电机和负荷并联支路发电机和负荷 严重程度指标严重程度指标有功支路过负荷有功支路过负荷节点电压越界节点电压越界 丢失负荷丢失负荷North China Electric Power Universitypage287/27/2021交流开断潮流思路基态网络开断元件基态潮流开断潮流1开断潮流2修正元件1修正元

22、件2North China Electric Power Universitypage297/27/2021不同的开断处理l支路（线路，变压器）开断n网络结构发生变化，迭代矩阵改变，注入功率不变l发电机，负荷开断n网络结构不变化，只改变注入功率North China Electric Power Universitypage307/27/2021发电机开断的模拟 l当发电机开断时，整个系统的发电功率不足以供给有当发电机开断时，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。功负荷需要，系统频率将降低。l借助发电机调速器的作用，系统中各发电机都会自动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。增加出力来恢复系统频率。l由于调速器有一定的调差系数，整个系统频率将会稳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。定于略低于额定频率的值。l这一过程在几秒到十秒内结束。届时，所有发电机的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。有功出力都将发生变化。l发电机开断时潮流迭代矩阵不变，只是节点注入变化。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 Universitypage317/27/202