动态电力系统课程第五章

1、动态电力系统课程讲义(HAVC)电压混成自动系统的研究胡伟电力系统电压混成自动(HAVC)系统的研究一、引言二、电压混成三、静态电压混成四、动态电压混成系统的研究的研究方案五、东北电网自动电压六、结论电压混成自动(HAVC)系统的研究一、引言我国电力系统的迅速发展z发电装机容量和发电量分居世界第二位；z三峡工程的建设，势必将建立起的互联电网；z我国正在逐步推行电力市场机制；范围电压混成自动(HAVC)系统的研究电压研究的重要意义z电压水平和电压质量；z电压的防治和稳定性的；z无功优化潮流的逼进；电压混成所要解决的三大主要问题。电压混成自动(HAVC)系统的研究综合指标：电压质量、频率质量、电压

2、安全稳定性、频率（功角）安全稳定性、网损最小化、How?巨型条件变分问题！No Way！如何解决？唯有复合目标准优化的混成!电压混成自动(HAVC)系统的研究国内外研究现状z电压稳定性分析的研究四十年代初静态的问题七十年代末期从动态观点来进行研究静态电压稳定分析基于潮流方程的静态分析法动态电压稳定分析基于微分方程的分析法该领域的研究工作远未成熟，需进行更深入的研究并加以发展电压混成自动(HAVC)系统的研究电压混成自动(HAVC)系统的研究z电力系统电压的研究电压关键节点Vp参与因子无功功率QVp´发电机(i)设定值U0´区域控制中心机端电压V电力网络发电机(i+1)发电机

3、(i+2)发电机单元电压示意图电压混成自动(HAVC)系统的研究多级电压考虑系统范围内的运行。电压仍是电压多级系统中一个重要环节。层 次作用特点三级电压在保障全系统安全 运行条件下确定各 区域内关键节点的电压设定值全系统内的协调时间常数：十几小时电压确定本 区域内各 发电机的AVR的电压设定值及调压变压器分接头位置本区域内的协调时间常数：几十秒几分钟一级电压发电机的励磁调节器及自动调压器分接头动作局部的分散时间常数：零点几秒几十秒电压混成自动(HAVC)系统的研究电压安全对象小扰动电压稳定利用运行点与电压分岔点之间的距离作为稳定裕度指标有其明显的局限性电压混成自动(HAVC)系统的研究主要工作

4、内容1、建立电压混成自动系统理论体系以“”为驱动主体复合目标优化调控z电压水平z电压稳定性具有分层的结构z电压动态品质z无功优化潮流（网损极小化）电压混成自动(HAVC)系统的研究驱动的特点和意义z将不满足复合目标中的任意状态定义为“”；z调控目的是消除；z消失意味着复合优化目标的满足；z使多目标优化变得切实可行电压混成自动(HAVC)系统的研究2、关键节点选取的新方法3、实现方式4、形成不同性质的自动选取合适调控的判别准则5、各种优化调控方式的算法6、设计了基层AVC装置实现方案7、东北系统中实现的可行性方案研究电压混成自动二、电压混成(HAVC)系统的研究系统混成系统基本概念z混成系统的定

5、义凡是系统自身具有分层结构，并且其行为结果来自于离散系统和连续时间系统的相互作用的动态系统就可称为混成系统电压混成自动(HAVC)系统的研究z混成G系统模型L（层）SU(t)SC(t)中间层（操作层）uD(t)xC(t)底层（受控层）u(t)y(t)混成系统分层结构图电压混成自动(HAVC)系统的研究电压混成z电压混成（HAVC）系统系统结构图信息反馈信息反馈信息反馈指令指令指令操作指令操作指令信息反馈信息反馈操作指令信息反馈基层基层发电厂、变电站及FACTS装置 自身反馈电力系统网络 电压混成系统结构图调度员操作数据通讯电压混成自动实现电压混成z关键节点的选取(HAVC)系统的研究的两个首要

6、问题关键节点的选择原则：代表该区电压水平对系统电压安全裕度灵敏度强对无功潮流有较强的调节作用Step 1.在扰动下，调节无功电源®系统中某些节点的电压偏移为零，全网各节点的电压偏移最小®关键节点的“候选节点”；电压混成自动(HAVC)系统的研究电力系统的线性化模型SGL ù éDVGDQéSGGùéù=GêSú êDV úêDQúSëû ëûëûLGLLLLDV = SSDQ -SSDV-11LL

7、LLGLLLLGG选择若干节点，使得满足DV= CDV = CS D- CS SDV= 0-1Q1PLLLLLLLGGmin DVLTDVTLT为对角权距阵选出的节点作为关键节点的候选节点电压混成自动(HAVC)系统的研究Step 2.计算系统收敛潮流算法中的矩阵J的最小模特征值，同时求得相对各候选节点的电压的灵敏度；DqéDP ù = é HNù × éùnn-rêDQúêMLúêDVV úëûëû ëû

8、nn-rDY = J × DXDY = DP ,L, DP , DTn-r1nDX = Dq ,L, Dq , DVV , L, DVTVn-rn-r1n11电压混成自动(HAVC)系统的研究计算J矩阵的最小模特征值lmin，同时求得lmin相对状态变量 DUi的灵敏度：Ui× é ¶ Jù × uvTê ¶ xúminmin¶ l ëi û= min ¶ x× uvTminiminStep3.进行综合校验电压混成自动(HAVC)系统的研究z电压调控类型与

9、选择环节xPkxDPkxk电压调控类型与选择框图稳态电压混成中长期电压混成暂态电压混成电压混成自动(HAVC)系统的研究数据离散化处理环节TD : xP (t) ® xDP k xk = U ( x k , xk , x k )TDP1i2i3iiÎaPx1i k = -1,x2i k = -1,x3i k = -1,0, 10, 10, 1关键节点i的电压状态关键节点i的电压减小速度关键节点i的电压增长速度电压混成自动(HAVC)系统的研究系统电压调控类型环节= EZxykZ kZ (DxP Z xk)k)= OZ (=)ìïï稳态电压3)I

10、Iîì2P3PïPïy k=others动态电压loníZïif³ a3a³(cU)c3)ï2P3Pï暂态电压ifïPtrac2 < a3PI) b2 ³( aP(22)íïî(ïU c < a3I) b ³( aî3P3P电压混成自动三、静态电压混成静态电压混成(HAVC)系统的研究的研究系统静态电压最高层电压调控选择离散电压安全性驱动环节 驱驱动环节驱动电力系统状态x(t)静态电压混成系统框图中层静态

11、电压中间层控uG(t)制指令uS(t)uT(t)指令电压混成自动静态电压混成最高z面向电压安全性的面向电压安全性的“(HAVC)系统的研究层与调控”条件lk - lk > Dl无ìPififrefminEk = ísconminsafelk - lk £ DlsafePrefmin出现î snonminsafe面向电压安全性的调控环节¶lk a Pa Pmin z = k( Dlk - å(min) × DV k ) + å DV k ¶VPiPii =1i =1Pi电压混成自动(HAVC)系统的研

12、究z面向运行面向运行性的性的“与调控”条件Slossk > SecoìPifif出现k =econEíSk £ SecoîPenon无losseco面向运行性的调控环节ì minJ ( x k , u k )f ( x k , u k ) = 0h ( x k , u k ) £ 0ïuí s .t .ïî电压混成自动静态电压混成中间(HAVC)系统的研究层z发电机机端电压和无功补偿器节点的电压ù éDVD kùéBDDêBé&#

13、249;úBDPBDGBDS00ú êDVkúêBBB- êú êú = êúPDPPFGPSPêBú êDVk úêDQ kúBBBêGDGPGGGSú êGúêGúû ëDVS kûëDQS kûë BSDBSPBSGBSSi = 1,L,aDVDVk = V set k - Vk SiSiSiSi =

14、1,L,ak = Vk - Vsetk GiGiGiG电压混成自动(HAVC)系统的研究é ùDéùéùBBPGBPSV k0êPPúPêúêú- êBGPBGS ú êDVG kú = êDQG kúBGGê ú êDV kúêDQ kúë BSPBSGBSSû ëûëûSSD V k = Vk

15、- Vk i = 1,L, lrefsetGiGiGiD V k = Vk - Vk i = 1,L, jrefsetSiSiSiì1T1Tïmin2 (DVG k)Rk(DVG k) + 2 (DVS k)Zk(DVS k)íïs.t.DV k - SDV k -TDV k = 0îPPGGPSSDUG k DUS k 求出 li ( i = 1,L, m)，从而得到和。电压混成自动(HAVC)系统的研究z调压变压器节点电压é¶Q k ùé¶Q k ùQ k =DUk +Dtk =

16、0 P P¶ tT k êúêúP¶UT k PëûëûPDUP k = TPt k Dtk Dt k = t set k - t k i = 1,L, giii-1éù¶Q k é¶QP k ù = -é¶QP k ùT k = -1Lk Pêúêúêú¶UT k ¶ tT k ¶ tT k PtPPë&#

17、251;ëûëûPDt k = t ref k - t set k i = 1,L, giii电压混成自动(HAVC)系统的研究ìmin1 Dt T k W k Dt k 2ïíïs.t.DU k - T k Dtk = 0îPPtL = 1 Dt TW k Dt k + åm l (DUk - Tk Dt k )iPiPiti2i =1¶L = -W k Dt k - åm l T= 0¶Dt¶L¶liPiSi =1= DUk - TDt k

18、= 0i = 1,L, mPiPitiiDtk 。求出 li ( i = 1,L, m)，从而得到电压混成自动(HAVC)系统的研究静态电压混成底层底层B接受中间B通过自身器层底操作指令器的反馈B完成指令以实现目标消除最系统的安全的离散运行。，从而实现电力电压混成自动(HAVC)系统的研究基层发电厂AVC结构图比较发电机给定值中间层指令处理单元指令接口发电机给定值发电机给定值人机接口器电压混成自动四、动态电压混成(HAVC)系统的研究的研究电力系统元件数学模型z发电机模型d&= w - wii0wwDw& i (w- w )=-P- 0 P 0 imieii0MMMiiiz静态

19、负荷模型P= P A+ B+ BV ) + C ) NP) NQ(V V(VD0P0P0P A (V V0Q0电压混成自动(HAVC)系统的研究z感应电模型s& = 1 (T- T )转子运动方程meJ动态电压混成系统框架离散x(t)x(t)中长期电压混成系统框架图电压混成自动最高管理指挥层z电力系统线性化环节(HAVC)系统的研究(=f(x )0&t(xt ),yt () x0D&A=C×× Dx +× DBD ×yD y( =g (xt),(ty=D+xz最小模特征值分析环节lìï® l:Tk k

20、RminDPliflk>1minlsafesafe电压安全稳定性分析0 l k =DPíl³if l >min kalertï-llif³1 k îalertmin电压混成自动(HAVC)系统的研究z面向稳定性和动态品质的判别准则和调控方案k),lk=E (xkx(DEDEDPDP H k=-k 1kx)uH )O=ifìuk (x,kxDDEDEHìïïPimpïïïl(k = 1)DPïkl()DP=(0Ix)= 0I(x=( 0(xIk >-

21、k1M )ifí ifï volvoxl)不需要控制，即无事件kl(=vol kîifìDPk l( )k =x -k1 ¹ïPMx-) k稳定性不满DPvolvolk= ïíxíïïacc足1要求)£x -) I£ k(îxì( I kdeck1ixn(cinc)DEdecl k =if(-1)(volïDPklDPïiïfP0=k<-kï) Ixvoxl1)1M 稳定和动态品质均不满足1 要)求)

22、ïíl0= ) xI( k = x -k ¹bad (ifïïîï k)DPvolvolixnc(x ïî£x-)£ kx-kIkdeck1IdecincPacc70：无1：发电机调整2：无功补偿3：低压切负荷4：发电机调整无功补偿5：无功补偿低压切负荷PbadPbadPbadPimpPbadPPbadPimpPbadimp6：低压切负荷发电机调整7：发电机调整无功补偿低压切负荷P3accPimpPimpPbad0Pimp&Pacc环节输出函数图离散电压混成自动z人机接口环节该

23、环节对调度输入时，最(HAVC)系统的研究的的指令赋予最高权限，即有输出即为调度员的输入；若没有输入时，最的输出等于离散控制环节的输出。if (uuser k = 8)if (uuser k ¹ 8)ìuk k =DuíHîuuser k 电压混成自动中间管理操作层z灵敏度计算环节(HAVC)系统的研究× ¶J( l , a ) × uv Tr¶l¶a¶arr=¶J( l , a ) ) × u× ( I -v Tr¶lrrz决策环节发电机节点励磁电压给定

24、值的l¶k aGaGåål¢DE ¢ k min z = k (d-k ) -() × DEk +wmin¢¶GsafeminGiGiGiEi =1i =1Gi¢¢¢¢ì£k + Dk £ EEMINEEMAXïGii = 1,L,aGiGiGiíD£ DGïEkEMAXGiGi电压混成自动(HAVC)系统的研究无功补偿器节点电压给定值的¶l ka S( d-l

25、 - åz=)min ×) V(D+min kkkSsafemin¶Vi =1i =1Siì £ k +DV k£VMINVMAXVL aSiSi k £SiSii =1,íDîVDSMAXVSiSi切负荷节点的切负荷量的¶l k a La L - å)min ×) P(D+å w= k( d-lDP kminzkkLsafemin¶PLiLiLii =1i =1Litg / f £maPxìï P- kDQMIN;MINLi

26、P kLiLiLiLii =L a L1,íDåP k £DPMAXïLiLîLiÎa电压混成自动(HAVC)系统的研究动态电压混成底层B接受中间B通过自身层底操作指令器的反馈B完成指令以实现目标消除最的离散，从而实现电力系统的安全稳定运行，确保电压动态品质。电压混成自动(HAVC)系统的研究五、东北电网自动电压东北电网系统结构方案的研究群林l 500kV系统总的补偿度约为0.89（部颁标准0.9）；z补偿度分布不均衡，与220kV电网中无功交换量较大;z历史久，设备老旧，电厂建设与电网建设不同步，网架比较薄弱；方正伊敏电厂永源大庆哈

27、南七台河冯屯北部电网合心包家中部电网双辽电厂梨树东丰铁岭电厂南部电网沙岭z目前无功采徐家辽阳王石元宝山电厂取分层分区就地平衡的原则，没有做到整个系统范围内董家的协调调节；华北电网南关岭绥中电厂东北500kV电网架结构图电压混成自动东北电网电压混成(HAVC)系统的研究方案指令（事件驱动）中层信息数据实时数据通讯（）操作基层信息指令及基层发电厂、变电站及FACTS基层发电厂、变电站及FACTS设备自身反馈电压混成自动(HAVC)系统的研究东北电网关键节点的选取东北电网节点电压灵敏度表北部电网中部电网南部电网母线节点电压灵敏度母线节点电压灵敏度母线节点电压灵敏度2H哈南510.008762J东丰5

28、10.010032L徐家510.008812H永源510.008752J双厂510.009722L南关510.008562H方正510.008322J合心510.009662L辽阳510.007892H七TH510.008132J四变510.009582L王石510.007882H木斯510.008092J包家510.009422L沙岭510.007852H大庆510.007232L董家510.006872H冯屯510.006072M元宝510.006782M伊敏510.002732L绥中510.004782L绥中520.00478电压混成自动(HAVC)系统的研究东北电网研究系统信息初始状态

29、常规电压电压混成常规电压电压混成关键节点哈南1.036501.064611.065401.088951.09114合心1.039131.058391.059001.081641.08352辽阳1.047131.062891.063091.082151.08310节点双厂0.974510.950310.953610.967110.97291绥中1.00001.004600.999901.02661.01480铁LB0.996301.005800.984201.015400.98680伊敏0.960571.010771.011971.031571.03427元宝1.000001.011801.04561.021701.05760最小模特征值幅值数值0.587630.61