考博必看--电力系统分析上册诸骏伟-课程总结

1、第一章能量管理系统.EMS的含义和作用.EMS 是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，是预测、计划、控制和 培训的工具。.EMS主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的调度中心。.EMS涉及计算机硬软件的各个方面。它最终是通过EMS应用软件来实现对电力系统 的监视、控制和管理。.EMS的主要内容数据收集级(SCADA),能量管理级(GMS&OPS)包括实时发电控制,系统负荷预测，发 电计划(火电调度计划),机组经济组合,水电计划(水火电协调计划),交换功率计 戈U,燃料调度计划,机组检修计划.网络分析级(NAS)包括实时网络状态分析,网络 结线分析,母线负荷预测,潮流,网络

2、等值,网络状态监视,预想故障分析,安全约束调 度,无功优化,最优潮流,短路电流计算,电压稳定分析,暂态分析.培训模拟级。.现有EMS存在的问题.EMSE得到了广泛的应用，但目前只停留在分布式独立计算分析阶段，多数高级应用 软件都需要人工调用，然后由调度员进行综合决策。2).在电网事故状态下，没有良好 的事故分析、定位和恢复手段.3)电力改革使得情况更加复杂。.EMS的发展趋势针对现有的EMS存在的问题，需加入决策系统，增强、扩充了网络分析功能，未来向着调度 机器人的方向发展。第二章 电力系统潮流计算.潮流计算的定义电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的 一项基本运算.它根据给定瓢航的同络造构

3、及通行 条件来确定整个系统的运行状态;主要是各节点电 压(幅值和相角的络中功率分布及功率损耗等.它 既是对电力系统规划设计和运行方式的合理性、可XeI- TL 金乩 UL. *-U- rt*J b Jkr-L JUL J-Ih?e 曰 d JU d .4潮流算法去种多样.但一般要满足四个基本要 求41可靠收敛，5)计算速度快，面使用方便灵 活.仃)内存占用量少.它灯也是对潮流算法迸行弹.各种潮流计算的模型和算法的特点、适用范围以及相互之间的区别和联系。电力系统勰流的基本方程式为5蚂七产八=九，3(1)1 - UJ其中*分别为首点导纳阵和节点阻抗阵的相应觉索通为系统节点数0宜是一组靠线性方程，一

4、般通过迭代求解，对它（一）高斯塞德尔迭腌法世理，就匕成不同帽姨洗.算法-该算法具有存储量小，程序设计简单的优点。但收敛速度慢，阶梯式逼近时台阶的高度越来越小，以至于迭代次数过多。算法特点:1）在系统病态的情况下（重负荷节点负电抗支路较长辐射型线路长短线路接在同一节 点上，且长短线路的比值很大），收敛困难。计算速度缓慢每次迭代速度很快，但由于结构 松散耦合，节点间相互影响太小，造成迭代次数增加，收敛缓慢。2） 程序编制简便灵活（二）、牛顿一一拉夫逊迭代法（N_L）算法特点1）平方收敛，开始时收敛比较慢，在几次迭代后，收敛得非常快，其迭代次数和系统的规 模关系不大，如果程序设计良好，每次迭代的计算

5、量仅与节点数成正比。2） 对初值很敏感，有时需要其他算法为其提供初值。3）对函数的平滑性敏感，所处理的函数越接近线性，收敛性越好，为改善功率方程的非线 性，实用中可以通过限制修正量的幅度来达到目的。但幅度不能太小。4）对以节点导纳矩阵为基础的G_S法呈病态的系统，N_L法一般都能可靠收敛。牛顿迭代法有明显的几何解释：收敛速度：平方收敛收敛性：局部收敛（三）、PQ分解法潮流N_L法的J阵在每次迭代的过程中都要发生变化，需要重新形成和求解，这占据了N_L法的大 部分计算时间，这也是N_L法速度不能提高的原因。可能性：N_L法可以简化成为定雅可比矩阵法，如果固定的迭代矩阵构造得当，定雅可比矩 阵法可

6、以收敛，但只有线性收敛速度。算法特点用两个阶数几乎减半的方程组代替原方程组，显著减少了内存量和计算量迭代矩阵为常数阵，只需形成求解一次，大大缩短每次迭代所需时间迭代矩阵对称，可上（下）三角存储，减少内存量和计算量4）基于以上原因，该算法内存需要量为N_L法的60%，每次迭代所需时间为N_L法的1/5。5）线性收敛，收敛次数多于N_L法，但总的计算速度任能大幅度提高。6）对R/X过大的病态条件以及线路特别重载的情况下，可能不收敛，一般适用于110kv及以 上的电网。7）由于算法的精确程度取决于，P-Q分解法的近似处理只影响计算过程，并不影响结果 的精度。3.影响潮流收敛性的因素以及如何改善潮流计

7、算的收敛性。（如果计算潮流不收敛，应该采用何种方法改进）云杰的答案：主要是看潮流方程组本身是否有解，当方程组有解或者无实数解，或者方程组 有解但是算法不够完善时，潮流计算将不收敛。采用的方法是用数学规划来求解潮流方程的解即非线性规划潮流计算。这样：1从原理上保证计算过程不发散。2有解目标函数趋近于03无解目标函数停留在不为0的正值上。电力系统潮流计算是求解密元非线性方程 组问题迭代的收敛性是实用者关心的技术焦 点。不收敛有两种情况：-是潮流有解，由于算 法不完善而计算不出来二是给定条件不合理， j 改进潮流收敛性的措施是：m 将缓冲母线和p-v母线虚拟设到高区网母线.多机组联合承担缓冲功率和p

8、 v母践 的无功功率：(2)对初始潮流条件进行功率平衡检掂T不平衡量过大时进行顼调整：臼】诊断环网丹断，必要时利用武敏度最低限度调整发电功率和负荷，使潮流达到收敛n经过改进的潮流软件在华北、华中、山东(如果计算潮流不收敛，应该采用何种方辞吗y收一:京和8”的不同用合形式会直接影响PQ分解 法的收敛特性不论是理论推导还是实际算例都 证明，在形成朋时，回最好将线路并联电纳和打点 并联电纳2倍处理口一般情况下在形成B，时，忽 略线路并联电纳和节点并联电纳,不考虑理想变压 器变比;在形成E”时,将线路并联电纳和节点并联第三章 电力系统状态估计状态估计的定义环境噪声使理想的运动方程无法精确求解。测量系统

9、的随机误差，使测量向量不能直接 通过理想的测量方程求出状态真值。只有通过统计学的方法加以处理以求出对状态向量的估 计值。这种方法，称为状态估计。.状态估计的作用和步骤作用：降低量测系统投资，少装测点；计算出未测量的电气量；利 用量测系统的冗余信息，提高量测数据的精度（独立测量量的数目与状态量数目之比，成为冗余度）。 状态估计的流程 3、状态估计与潮流计算的关系潮流计算是状态估计的一个特例状态估计用于处理实时数据，或者有冗余的矛盾方程的场合潮流计算用于无冗余矛盾方程的场合两者的求解算法不同在线应用中，潮流计算在状态估计的基础上进行，也就是说，由状态估计提供经过加工 处理过的熟数据，作为潮流计算的

10、原始数据。4各种状态估计模型和算法的特点1）基本加权最小二乘法的估计质量和收敛性最好，是状态估计的经典解法和理论基础，适 合各种类型的量测系统。缺点是使用内存多，计算量大，计算时间长，不适用于大型电力系 统的实时状态估计。2）快速解耦法估计质量和收敛性能在实用精度范围内与基本加权最小二乘法相近，而在计 算速度和内存耗量方面优于基本加权最小二乘法，很实用，缺点是使用内存较多，程序也比 较复杂。3）仅用支路量测量的唯支路法计算速度快，内存省，对于纯支路量测系统可以得到满意的 估计结果，且运行经验丰富，缺点是不能处理注入型量测量。4）递推状态估计使用内存最少，对注入型量测量具有一定的适应能力，程序简

11、单。缺点是 收敛速度慢，计算时间长，估计质量差。5）数学规划法的计算速度慢,但其受不良数据的影响较小。正交变换的特点：变换后矩阵 的范数不变。判断增加哪些测量点，可以取得最佳的估计效果；提高状态估计的数值稳定性。 5 相关的概念和定义1）通常测量错误数据分为两类：一类是稳定的错数（属设备和维修问题）；另一类是在一次 采样周期中随机出现的错误数据（即下一次采样不一定还是那几个错误数据）。状态估计现场 安装后一段时间主要是消除第一类错数，或者是设备损坏，或者是符号相反。随着状态估计 使用时间加长和维护工作的完善，第一类错数逐步减少，正常运行中往往开关状态错误（测 量错或无测量）是引起这一类错数的主

12、要原因。第二类错数是由测量与传送系统质量以及受 到干扰而产生的。2）几个概念不良数据检测：判断某次量测采样中是否存在不良数据。不良数据辨识：通过检测确知量测采样中存在不良数据后，确定不良数据具体侧点位置。不良数据估计：不仅能确定不良数据具体侧点位置，还能给出不良数据估计值。不良数 据辨识定量化。状态估计修正：根据不良数据估计值，对原来受不良数据影响的状态估计进行修正，从 而排除不良数据的影响，获得可靠状态估计。3）不同水平的检测与辨识量测量的极限检查：超出正常运行条件下的可能范围，而系统又没有事故或异常。量测量的突变检查：在平稳负荷条件下，某一量测量超过正常变化速率或发生突变，随 后下一采样时

13、刻又恢复了。量测量的相关检查：一个量测量变化后，检查与其紧密相关的数据是否也相应变化。状态估计中的检测与辨识。4）不良数据辨识不良数据的估计辨识法应该说量测系统辨识不良数据的最大能力不会超过冗余图，而且由于不良数据分布 的不均匀性先破坏了局部可观测性，实际上辨识能力远远低于这一数量。假设在一次 测量中包含p个不良数据，而且由一可靠的检测系统检测出S个可疑数据，这里不妨用 p和S分别表示不良数据和可疑数据的集合与数量，检测功能可表示为：p g S , p S K ；前一式表示不良数据已包含在可疑数据中，后一式表示这些不良数据可辨识。第四章电力系统静态安全分析1.静态安全分析的定义凡用来判断在发生

14、预想事故后系统是否会发生过负荷或电压越限的功能称为静态安全分析。 2.电力系统各种运行状态的定义及其相互转换关系安全正常状态（secure normal state）、不安全正常状态（insecure normal state）、紧急 状态（emergency state）和恢复状态（restorative state）。正常状态时负荷约束与运行 约束均被满足的状态。不安全正常状态指系统存在安全隐患的状态。而紧急状态指对运行约 束有重大破坏的状态。恢复状态是指负荷约束被破坏的状态。关系：3.方法一：1）在系统规划设计或历史统计方面，系统保证对负荷持续供电的能力，称为可靠性。它涉及到较长的时间段

15、，是一个长时期持续供电的平均值概念，为此必须考虑 众多可能的运行状态及各种鼐;2）.统运行方面，:当系统发生故障时，保证对负荷持续供电的能力，称为安全性。 它涉及到系统的当前现状和突然发生的故障，因此是一个时变的或瞬时性的问题。电力系统的运行状态和由于倜然事方法二：把两方面来评价所谓的可靠性事糊靠髀续用证程的状为疑就性。认为应从下列充裕性（或充裕度adequacy）：指在规定的（一般指列于检修计划之内的）或未被规定的发电、输电元件开断情况下，系统保证充分满足所有用户总电能需量的能力；这时不 应出现主要设备违反容量定额与电压限值的越限现象。安全性（或安全度security）：指 在突发性故障引起

16、的扰动下系统保证避免发生不可控连锁跳闸，或保证避免引起广泛波及性 供电中断的能力。充裕性和安全性虽然都涉及系统供电持续性的中断，但是充裕性是指一个或少量输、配 电点因供电能力不够充裕而引起的供电中断；安全性则是指众多的输、配电点因受到广泛波 及性的跳闸而引起的大面积供电中断。在安全性的这一概念下，偶尔或个别的负荷供电中 断，有时是可以接受的，这主要取决于负荷本身的重要程度。4.电力系统安全分析的内容和流程5.各种静态等值的原理和特点（1）Ward 等值：或F必采取预防措施 假想紧急状态待恢复预吸寸策 显不超短时负荷预测校正对策分析显示校正对策正常状态预想事故评定校正控制紧急控制不安全预防控制S

17、CADA系统瓯络模型状态估计才安全监视宁在线潮流远动信息外部等值恢复控制这种配合方法特别适用于在线应用。缺陷：1）等值网可能有一个解答，但求解的方法不能使它收敛；2）等值网可能收敛到一个物理上不合理的解答上；3） 等直网可能收敛到一个所需的解答上，但迭代次数要多于为简化网；4）等值网解答的准确度可能是难以接受的。Ward等值改进:.并联支路的处理（在等值过程中最好不要考虑外部系统的并联支路。而这些并联支路的 作用可以在边界的等值注人中，与外部系统的运行状态一并考虑）。.保留外部系统中的部分PV节点（当内部系统出现事故后，就从这些电压不变的PV节点 向内部系统提供适当的无功功率支援）。（3）RE

18、I等值：把外部网中的节点注入功率加以归 并，移到外部的一个或少数几个节点上、原来的外部网络就变成了无源网络，然后再对外部 的无源网络进行等值。.故障组的定义故障组由若干具有某种共同特征的故障组成，一个故障可以定义到多个故障 组中。使用故障组的优点在于，使用者可以按需要研究其最关心或对当前系统运行威胁最大 的故障，从而提高预想故障分析的效率，省去大量无实际意义的计算。.预想事故分析的步骤预想故障分析的关键在于减少分析的故障数和加快分析速度。目前的通用算法一般分为 两步：故障快速扫描（或故障筛选）和故障的详细分析。故障扫描是对故障集合中的故障进 行预处理，将其分为两大类，一类是无需潮流计算即可确定

19、为不会产生越限的“无害”故障， 一类是需要通过潮流计算才判断其危险程度的“有害”故障。故障的详细分析是指对故障扫 描筛选后的“有害”故障进行潮流分析，以准确判别故障后的系统潮流分布及其危害程度。 采用的算法为交流潮流分析。为提高潮流计算的速度，预想故障分析的潮流中大量利用稀疏 向量技术、部分因子表修正技术以及子网潮流法，以加快计算过程，提高计算效率，同时对 潮流算法进行了实用化改进，以提高收敛性。第五章 电力系统复杂故障分析.相分量法和序分量法各自的特点，以及相互的区别和联系相分量是客观存在的。相分量法能够准确地反映电力网络的所有实际问题，故障处理方 法直观实用。由于相坐标空间里元件参数存在耦

20、合的问题，相分量计算方法的计算量比较大， 同时复杂的耦合关系也使得相分量法在网络处理上不同于单相的情况，比采用单相网络的分 析计算技术要困难得多。方便的系统运行描述和准确地系统参数仿真是相分量法最大的优 势。序分量是相分量经过数学变换得到的。序分量法通过坐标变换使在相坐标空间存在三相 耦合关系的对称元件在序分量坐标空间得到解耦，在完全由对称元件组成的系统中，耦合的 三相网络可以等效成三个独立的序分量对称网络，在网络分析方面与三个单相网络相同，可 以使用单相网络分析的方法进行处理，并且能够大幅度简化计算。序分量法因为模型简单、 算法组织性强和计算速度快而得到了更广泛的认同，在更多的实用化的电力系统分析计算软 件包中得到了应用。序分量法中，最为经典的就是对称分量法。对称分量法可以十分方便地通过序网连接方 式的改变来仿真单一不对称简单故障，但是对于任意复杂故障，序网的边界条件不易实现， 同时序网的连接方式随故障的不同而变化，不利于程序的实现。相分量法能够轻松地处理任 意的复杂故障，程序实现也极其方便。对于一些不对称的情况和不对称元件，都会使元件在 序分量坐标空间的解耦失效，从而不能实现序网的分离。序分量法的应用因此遭到严重影响， 即使简单故障的分析也不能采用序分量