电力系统安全性分析

1、电力系统动态安全分析目录电力系统动态安全分析基本概念12电力系统动态安全分析方法3电力系统动态安全分析的发展趋势动态安全分析基本概念动态安全分析(Dynamic Security Assessment DSA)是对事故后动态过程的分析，着眼于系统在假想事故中有无失去稳定的危险。动态安全分析也就是指评价系统受到大扰动后过渡到新的稳定运行状态的能力，并对必要的预防措施和补救措施给出适当的参考方案。动态安全分析功能要求1.关于系统模型的要求2.分析过程的触发机制3.预想事故的筛选和评价4.仿真终止的判断条件5.给出预防控制和紧急控制措施6.提供信息给系统运行人员动态安全分析系统的框架 动态安全分析系

2、统的框架如图1所示，主要包括以下几个功能模块:初始数据准备预想事故的筛选和排序动态安全分析稳定控制对策动态安全分析系统的框架。动态安全分析方法动态安全评价方法一直是电力界多年来研究的重要课题，该方法对计算速度的要求很高，特别是在在线环境下。因此动态安全评价的主要问题在于如何进行快速暂态稳定分析。但是到目前为止，还没有很成熟的算法。接下来介绍几种有一定研究成果的算法。动态安全分析方法1.扩展等面积法（EEAC）是我国学者首创的一种暂态稳定快速定量计算方法。扩展等面积法是目前国际上公认的快速计算暂态稳定的有效算法之一，它基于电力系统动态等值和单机无穷大系统的等面积准则，以解析方式进行暂态稳定分析和

3、灵敏度分析，能快速计算各种故障情况下的临界切除时间(CCT)和稳定裕度，并能快速给出临界机的暂稳极限出力以及指定联络线上的极限潮流，是实现在线暂态安全分析的理想算法。扩展等面积法当电力系统发生严重扰动时，发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡将导致发电机加速。在暂态过程中，如果有一台或一群加速较快的机组(称为临界机组)相对于剩余机群的摆开角度足够大，则系统将失去稳定。据此可以将多机系统的暂态稳定问题分解成一系列子问题求解，每个子问题对应于求解一个候选的临界机组相对于其余机组的摇摆情况。扩展等面积法步骤 EEAC法暂稳分析的基本思想是1.根据运行工况及故障条件将一多机系统划分为两个机群，即临

4、界机群和其余机群。2.进而等值为一单机无穷大系统(OMIB)。实际中，一般一台发电机功率远小于大系统总功率，我们用假设系统“无穷大”来研究发电机（”单机“）特性，这样减少变量，简化计算。3.再根据等面积法则求得临界切除角，再用等值机的加速度及其导数按修正的台劳级数求得候选的临界切除时间CCT，各个候选的CCT中最小的就是系统的CCT，对应的候选临界机群就是真正的失稳机群。扩展等面积法 在一个n机电力系统的简化经典模型中，假定发电机暂态电抗后的电势和原动机机械功率均保持恒定，负荷处理为恒定阻抗，在忽略阻尼的情况下，第i台机的运动方程可描述为:idd timedMPPdt 其中， 为等值机转子角，

5、 为转子角速度， 为发电机惯性时间常数， 为机械功率， 为电磁功率。iiMmPeP扩展等面积法 当电力系统发生严重扰动时，发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡将导致发电机加速。在暂态过程中，如果有一台或一群加速较快的机组(称为临界机组)相对于剩余机群的摆开角度足够大，则系统将失去稳定。据此可以将多机系统的暂态稳定问题分解成一系列子问题求解，每个子问题对应于求解一个候选的临界机组相对于其余机组的摇摆情况。扩展等面积法步骤对于一个指定的故障，将多机系统分解成两个子集:临界机群和剩余机群。利用PCOA的概念，将临界机群和剩余机群简化成等值两机系统，进一步再变换成单机无穷大母线系统。由两机系统到

6、映像单机系统的变换公式有：maxsin()ecPPP其中 ， ， 称为等值OMIB系统的结构参数，他们都是常数，而电气输出功率 是功角的单值函数。cPmaxP扩展等面积法其中 为等值机转子角， ， ， ， 和 。为等值系统的参数，由运行工况及故障条件决定。在等值的单机无穷大系统上，应用熟知的等面积定则进行暂稳分析，即EEAC法的核心。将上面的式子表示为功角图即：P 曲线形式。mPcPmaxPM扩展等面积法功角图中，确定了加速面积和减速面积，分别代表了暂态加速能量和减速能量。只要加速面积小于减速面积受扰系统就具有恢复稳定运行的能力，其临界情况为由此可以解出故障的临界切除角进而用台劳展开式可以求得

7、临界切除时间（CTT）。 对于每个候选的临界机群，都用上述方法求取临界切除角和临界切除时间，然后取min (CCT)做为系统的CCT，对应的候选临界机群为真正的失稳机群。模式识别法2.模式识别法 模式识别的任务是，对获取的样本集，能够通过其中反映的特性找出输入和输出间的数学依赖关系式，进而通过这个关系式对新的运行状态下的系统稳定性进行评价。 模式识别法由于在线所需计算量很少，并且样本的准备不受系统数学模型详细程度的限制，因而在电力系统动态安全评价中的应用有着很大的吸引力。模式识别法的步骤（1）确定样本选择若干典型电力系统运行方式，进行离线稳定计算，确定哪些运行方式是稳定的，哪些是不稳定，组成样

8、本集。（2）抽取特征在电力运行参数中，选取少数与电力系统稳定性有着密切关系的参数，一般是母线电压及其相角。这些参数称为特征参数。（3）建立判别式稳定判别式的建立不是采用理论分析推导的方法，而是根据样本集的已知结论，试探着建立一个符合已经结论，相关于已知结论的稳定判别式。这个过程通常称为“自学习”。模式识别法的步骤（4）试验构成样本集的各种典型运行方式是全部符合稳定判定式的，但样本集没有包括所有运行方式和事故。因此，还要选择样本集以外的若干电力系统运行方式和事故形式，组成试验样本集，检验判别式的准确性，同时结合试验对判别式加以修正。电力系统动态安全分析发展趋势传统的确定型的安全性分析构想由Dy

9、Liaceo于1967年提出，属于“逐点法”。该构想针对一组预想事故来检验电力系统承受扰动的能力，预想事故集包含了下一时刻可能发生的而且后果比较严重的扰动，对于预想事故集中的每一种扰动情况均利用潮流方程进行静态安全分析。这一构想也可扩展到利用暂态稳定程序进行动态安全分析。该构想有如下不足：只能根据一个给定的运行状态，确定系统的安全状态，在实时监控环境下应用时，它会遇到难以容忍的计算量；无法计及诸如扰动、系统负荷和参数取值等不确定因素，其计算结果的可信度必然受到怀疑。电力系统动态安全分析发展趋势加州大学Berkeley的Felix F wu教授等提出了概率的安全性分析构想。构想中考虑了电力系统的

10、随机和动态特性，提出了电力系统的两层模型，引入了注入空间上的静态和动态安全域概念“域”的方法是同目前广泛使用的逐点法截然不同的全新的方法学“域”的方法可以离线计算在线应用，一旦得到所需的域后，在线使用时，只需要判断运行状态是否在域内即可，运算量小，计算迅速，同时还能从整体上给出系统稳定性的指示，能够对系统实施最优控制提供帮助。同时，“域”的方法在离线求解时可以考虑系统的各种不确定性，使结果更为可信。电力系统动态安全分析发展趋势动态安全域动态安全域 在概率的安全性分析构想中，安全性被看作是系统运行的一个条件，它是相对于即将来临的扰动的系统强度的函数。一个系统的安全性依赖于系统的图形、事故、功率注

11、入等因素。当系统图形不变且在设备不过负荷的情况下能保证对负荷的供电时，我们称之为静态安全的。当系统中发生了事故，且系统是暂态稳定的时候，我们称之为动态安全的。系统经受的扰动可分为负荷扰动和事件扰动。由于二者在时间和性质上的不同，因而在概率的动态安全性分析中可以采用两层模型：第一层模型是系统结构状态的估计；第二层模型描述同元件的动态有关的系统变量的轨迹。这两层是耦合的。电力系统动态安全分析发展趋势第二层模型所描述的系统变量的变化起因于节点功率注入(发电和负荷)的变化。如果用传统的确定型的安全分析方法进行安全性分析，由于需要逐点计算，其实际工作量及所需要时间都是难以承受的，为此可以将安全域定义在注

12、入空间上，这恰好满足了概率的安全性分析的要求。动态安全域电力系统在遭受一个大扰动(如短路事故)后，系统结构经历了由事故前系统i，经事故中系统F到事故后系统j三个阶段，描述这三个不同阶段的系统方程：0i0112j2x =fxyt0 x =fxytx =fxyt+F（， ） -（， ） 0（， ） 012xxxy式中 ， 、 、 均为状态变量， 表示有功和无功的注入， 为事故清除时间。动态安全域用数学模型阐述了动态安全域。动态安全域动态安全域动态安全域dddcijyijijy|x y( )A y由此有定义出动态安全域 （ ， ， ）是事故前系统注入 （包括有功注入P和无功注入Q）的空间上的集合，以其中的任一元素为注入的事故前系统经历了持续时间为 的给定事故后均不会失去暂态稳定，也就是说在集合 （ ， ， ）外的点所对应的注入下的系统对于给定事故将失去暂态稳定。动态安全域表示： （ ， ， ）（ ）动态安全域上式给出的动态安全域是针对大扰动下的暂态稳定性而言的，它定义在全注入空间上。而在实际电力系统运行中，各节点注入功率总是处在一定的约束下，例如发电机出力存