静态安全分析(一)

1、North China Electric Power University第四章 静态安全分析 刘宝柱电力系统研究所参考书1、高等电力网络分析 张伯明2、电力系统分析（上） 诸俊伟 超星3、电力系统静态安全分析 吴际舜 超星4、现代电力系统分析 王锡凡5、中国期刊网上的文献主要内容主要内容概述主要内容概述： 运行状态及转换运行状态及转换网络静态等值网络静态等值： Ward等值等值 线路开断模拟线路开断模拟： 直流法直流法 补偿法补偿法机组开断模拟机组开断模拟： 直流法直流法 静态频率特性法静态频率特性法预想事故分析预想事故分析内容联系状态估计状态估计实时方式实时方式静静 态态 安安 全全 分分

2、 析析潮流计算潮流计算研究方式研究方式安全运行的约束 系统负荷需求：系统负荷需求： E满足满足 NE不满足不满足 功率平衡功率平衡 运行约束：运行约束： C满足满足 N C 不满足不满足 电压约束，线路潮流约束等电压约束，线路潮流约束等 可靠性约束：可靠性约束： R满足满足 N R 不满足不满足 预想故障分析预想故障分析恢复恢复控制控制紧急紧急控制控制运行状态的划分正常状态正常状态 E C R恢复状态恢复状态NE C NR警戒状态警戒状态E C NR紧急状态紧急状态E NC NR瓦解状态瓦解状态NE NC NR预防预防控制控制校正校正控制控制发电量不足发电量不足元件故障的可能后果机组故障机组故

3、障丧失发电量丧失发电量线路故障线路故障机组孤立机组孤立母线孤立母线孤立冗余降低冗余降低约束越限约束越限连锁故障连锁故障系统崩溃系统崩溃系统解列系统解列失去负荷失去负荷安全分析的迫切性 60年代中期的大停电事故促进了安全分析进展l安全分析目的： 用预想事故分析的方法来预知系统是否存在安全隐患，以便及早采取相应的措施防止系统发生大的事故。 l1965年11月9日 美国东北部大停电 损失25000MW，停电13hl1967年6月5日 美国PJM系统大停电 损失10000MW，停电12h输电线路过负荷，导致连锁跳闸！输电线路过负荷，导致连锁跳闸！安全分析内容l静态安全分析： 判断在发生预想事故后系统是

4、否会过负荷或电压越限的功能l动态安全分析： 判断在发生预想事故后系统是否会失稳的功能 外部网络静态等值概述 l目标：目标：使等值后在内部网络进行的各种操作调整后使等值后在内部网络进行的各种操作调整后的稳态分析与在全网未等值前所作的分析结果相同或的稳态分析与在全网未等值前所作的分析结果相同或十分相近。十分相近。l要求解内容：要求解内容：外部系统等值网络和等值边界节点外部系统等值网络和等值边界节点注入电流注入电流l等值内容：等值内容：将原网络划分为内部节点集合、边界节将原网络划分为内部节点集合、边界节点集合、外部系统集合，内部网络通过状态估计器提点集合、外部系统集合，内部网络通过状态估计器提供潮流

5、数据，外部网络结构和参数由上一级电网控制供潮流数据，外部网络结构和参数由上一级电网控制中心提供中心提供外部网络静态等值概述 l等值目的等值目的 降低网络分析的计算量和对内存的需求降低网络分析的计算量和对内存的需求 回避量测不全或无量测的网络部分，降低量测回避量测不全或无量测的网络部分，降低量测 信息需求量信息需求量 删除不关心的网络部分，避免分析者分散注意力删除不关心的网络部分，避免分析者分散注意力l我国等值主要目的我国等值主要目的 网网调度中心：对某些省网进行等值处理调度中心：对某些省网进行等值处理 省省调度中心：对某些与之相联的省网进行等值处理调度中心：对某些与之相联的省网进行等值处理 对

6、省内某些地区进行等值处理对省内某些地区进行等值处理 地地调度中心：对相邻地区或省网进行等值处理调度中心：对相邻地区或省网进行等值处理静态等值概述l分 类：拓扑法 识别法（非拓扑法 ）l识别法：根据内部系统实时量测信息估计出外 部系统的等值，如果系统发生结构改 变应重新启动l拓扑法： Ward等值法 1949 Ward REI 等值法 1975 DimoWard等值法描述系统的节点电压方程描述系统的节点电压方程IUY将节点分类：将节点分类：内部系统节点集合内部系统节点集合I边界节点集合边界节点集合B外部系统节点集合外部系统节点集合EIBEIBEIIIBBIBBBEEBEEIIIUUUYYYYYY

7、Y00外部节点电压量：外部节点电压量：BEBEEEEEEUYYIYU11Ward等值法IEEEBEBIBIIIBBIEBEEBEBBIIYYIUUYYYYYYY11消去消去UE 合并后合并后实际应用时，功率代替电流实际应用时，功率代替电流SUdiagUSI1)(上式的电流部分II*EE1EEBEBBUSUSYYUSIIYYIIEEEBEB1Ward等值法化为功率方程化为功率方程I*EE1EEBEBBIBSUSYYUSIIYYIUUIEEEBEB1i12S2Si内内部部系系统统边界节点边界节点联络线联络线等值支路等值支路等值注入等值注入S1Ward等值步骤1、选取一代表性运行方式，利用潮流计算确

8、定电压值；、选取一代表性运行方式，利用潮流计算确定电压值；2、确定内部集及边界节点集；、确定内部集及边界节点集；3、消去外部系统，得到等值边界节点导纳阵、消去外部系统，得到等值边界节点导纳阵EBEEBEBBYYYY14、列写等值研究系统的功率方程、列写等值研究系统的功率方程5、求解此等值研究系统的功率方程、求解此等值研究系统的功率方程简单系统算例j4j4j4j41234边界节点边界节点i j0.1 j0.2 j0.2 j0.2 j0.1简化前简化前写出相应的导纳阵并进行Ward等值简单系统算例3.9000- 0 0 0 4.0000 0 3.9000- 4.0000 0 0 0 4.0000

9、7.8000- 4.0000 0 0 0 4.0000 7.8000- 4.0000 4.0000 0 0 4.0000 7.8000-j55Y 3.9000- 4.0000 0 0 4.0000 7.8000- 4.0000 0 0 4.0000 7.8000- 4.0000 0 0 4.0000 7.8000-jEEY简单系统算例1116. 1 j1EBEEBEBBEQBBYYYYY等值边界导纳阵：TEBY 0 0 0 4.0000j 0 0 0 4.0000jBEY9000. 3j BBY边界节点边界节点i j1.11 简化后简化后Ward等值缺点及改进l用等值网求解潮流时，迭代次数可能

10、过多或完全不能收敛；l等值网的潮流可能收敛到一个不可行解上；l潮流结果可能误差很大l用等值功率注入代替边界节点上的并联支路；l外部网的PV节点尽量保留；l实时等值的处理l稀疏性等值与否的选择缺点改进措施改进Ward等值法缓冲等值法同心松弛：同心松弛：以发生预想事故的节点为以发生预想事故的节点为中心中心，按各相关，按各相关支路与中心联系的紧密程度可以把其余节点划分为若支路与中心联系的紧密程度可以把其余节点划分为若干干层层，各层受到事故扰动影响随着与中心距离增大而，各层受到事故扰动影响随着与中心距离增大而逐步逐步衰减衰减。联络线故障或边界节点上的扰动影响最大联络线故障或边界节点上的扰动影响最大缓冲

11、等值网：缓冲等值网：以边界母线为中心，向外保留第一层节以边界母线为中心，向外保留第一层节点，同时略去该层节点间的联线，加上用点，同时略去该层节点间的联线，加上用Ward等值法等值法得到的边界节点上的等值注入得到的边界节点上的等值注入缓冲等值网内部系统边边界界节节点点缓冲节点缓冲节点等值等值注入注入缓冲缓冲支路支路缓冲等值网的处理1、边界点：等值注入和等值支路由常规Ward等值计算2、缓冲节点：处理为PV节点，规定有功注入为0，电 压为所连边界节点电压，由于缓冲支路电阻电抗， 相角取所连边界节点电压的相角3、如果边界节点本身就是PV节点，则不需要缓冲4、当边界节点与PV相邻时，也可不设缓冲节点改

12、进Ward等值法Ward节点注入法1、用等值功率注入代替边界节点上的并列支路2、外部网的PV节点尽量保留，原则： 保留具有最大无功功率输出能力的机组 保留的发电机应与内部系统电气距离较近 消去其余的所有发电机和负荷节点 i12S1S2SikPk保留的保留的PV母线母线SeSt联联络络线线改进Ward等值法Ward节点注入法3、边界功率匹配 边界节点的功率注入可以由边界节点和内部系统的状态估计器提供的电压计算得到（1）规划设计：潮流计算得到k的电压值，按 照边界节点注入功率计算（2）在线应用：可令Pk=0，Uk为已知，但相角 k未知，故Se未知。问题：如何计算Se，才能得到Si？改进Ward等值

13、法Ward节点注入法边界节点1的等值注入功率：)(1betSSSS其中 St联络线功率 Se保留PV节点向节点1提供的功率 Sb来自其他边界节点的功率为求Se，利用PQ分解法：kkkVPVP111B方程数保留的PV节点数Ward节点注入法步骤：步骤：1、确定拟消去的外部节点集合，、确定拟消去的外部节点集合，其中不包括拟保留的其中不包括拟保留的 PV节点，不计外部系统的对地支路节点，不计外部系统的对地支路2、消去外部节点，、消去外部节点，求出边界节点间的等值支路、边界求出边界节点间的等值支路、边界 节点与保留节点与保留PV节点间的等值支路节点间的等值支路3、离线应用：、离线应用：潮流计算得到各节

14、点的电压大小和角潮流计算得到各节点的电压大小和角 度，计算出度，计算出Se，则边界节点注入可求，则边界节点注入可求4、在线应用：、在线应用：在线边界匹配求出边界节点的等值注入在线边界匹配求出边界节点的等值注入基本节点与基本支路基本节点：基本节点：外部系统中的某些节点或支路对内部系统有外部系统中的某些节点或支路对内部系统有着较强的关联，此节点状态改变对内部系统的潮流分配着较强的关联，此节点状态改变对内部系统的潮流分配有着明显的影响有着明显的影响基本支路基本支路：连接基本节点的支路：连接基本节点的支路静态等值时基本节点与基本支路应尽量保留静态等值时基本节点与基本支路应尽量保留灵敏度分析确定基本节点

15、灵敏度分析确定基本节点基本节点的确定ULMNHQP牛顿法修正方程牛顿法修正方程假定有功注入不变假定有功注入不变ULMNHQ0可得可得UNMHLQ1QWQNMHLU11基本节点的确定基本节点集合：基本节点集合：外部的节点中对边界节点有较大影响外部的节点中对边界节点有较大影响展开展开jjkjkQwU取一门槛值衡量电压灵敏度：取一门槛值衡量电压灵敏度：Ukj假定无功注入不变假定无功注入不变kjjjkjkPaEjBkajkjkjSEjBkwjUkjkjUS直流法潮流计算支路潮流：ijiijijIUQPj极坐标法展开：假设条件：直流法潮流计算简化为：)()(jiijjiijijBbP0ijQ节点i 注入

16、功率：整理：直流法潮流计算数学模型：BP直流法安全分析01)(0BB00000BBBP某支路开断某支路开断：若支路若支路km开断开断000000000000kmkmkmkmbbbbBkm展开展开：则则)(000BBP直流法安全分析支路支路km开断后任一支路功率开断后任一支路功率)()()0()0() 1 () 1 () 1 (jjiiijjiijijBBP)()()0()0(jijiijBijijPP)0(判断是否越限判断是否越限km支路支路km开断后节点相角变化量的列向量开断后节点相角变化量的列向量Tkm0 , 1, 1 , 0M为计算方便为计算方便kmkmkmbMB10)0()0()(mm

17、kkkmBB)0()0(10)(B两条线路开断0000000000000000000000000000pqpqpqpqkmkmkmkmbbbbbbbbBkmpq支路支路km和和pq同时开断后同时开断后两条线路开断qqppmmkkBBBBB)0()0()0()0(10)(qqppmmkkBBBBBB)0()0(10)0()0(10()()(pqkm双重开断后其余支路功率增量双重开断后其余支路功率增量)()()(pqjpqijkmkmiijjiijijBBPpqijkmijPP直流法小结1、简单快速，能够适应实时安全分析之需要；、简单快速，能够适应实时安全分析之需要；2、精度不高；、精度不高；3、

18、只能分析线路有功，不能明确电压、无功问题；、只能分析线路有功，不能明确电压、无功问题；4、利用单一支路开断结果，可以简便计算多重故障；、利用单一支路开断结果，可以简便计算多重故障；补偿法l支路开断时，在该支路两端点引入补偿电流支路开断时，在该支路两端点引入补偿电流或功率，模拟支路开断的影响或功率，模拟支路开断的影响l原导纳阵不变，因子表不用重新计算原导纳阵不变，因子表不用重新计算原原网网络络U1UiUjUnI1IiIjIn+Iij-Iij Iij原注入电流：原注入电流：TnjiIIII1)0(I新注入电流：新注入电流：TnijjijiIIIIII1)1(I新节点电压方程新节点电压方程)1(IYU 计算Iijl迭加法：原原网网络络I1IiIjIn原原网网络络Iij-Iij)0(U)1(U)1()0(UUU为原网络的节点电压为原网络的节点电压)0(U为向原网络追加附加的注入电流后的节点电压为向原网络追加附加的注入电流后的节点电压)1(U计算Ii