廣域環(huán)境下的電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢評估研究.pdf

1、隨著電網(wǎng)互聯(lián)范圍的不斷擴大、電力工業(yè)市場化體制改革的不斷深入，以及大規(guī)模風光等可再生資源并網(wǎng)發(fā)電迅猛增長的趨勢，使電網(wǎng)運行環(huán)境日益復雜，電網(wǎng)安全運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)。廣域測量系統(tǒng)(WAMS)技術(shù)的成熟以及智能化電網(wǎng)的發(fā)展，為電網(wǎng)在線穩(wěn)定性能態(tài)勢評估以及預防性控制奠定了基礎。目前，基于實測信息的在線穩(wěn)定性能態(tài)勢評估主要聚焦于兩個方面：一是基于戴維南等效方法的靜態(tài)電壓穩(wěn)定評估；二是基于實測軌跡的暫態(tài)功角穩(wěn)定預估。雖然，電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定問題的確涉及功

2、角和電壓兩個側(cè)面，但二者在一定條件下又是辨證的統(tǒng)一。因此，面臨新的形勢，在廣域環(huán)境下開展電網(wǎng)在線靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢評估的研究，具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　 由此，實現(xiàn)“在線評估、實時決策”的電網(wǎng)監(jiān)控框架，把握電網(wǎng)輸電規(guī)律和靜態(tài)穩(wěn)定機理是根本。本文研究思路：在廣域環(huán)境下，以戴維南等效方法為手段，從靜態(tài)穩(wěn)定角度出發(fā)，將電磁有功功率作為聯(lián)系電壓和功角兩個側(cè)面辨證統(tǒng)一關(guān)系的紐帶，進而豐富電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定評估理論，有助于電網(wǎng)在線穩(wěn)定

3、監(jiān)控的實施。本文的主要工作和創(chuàng)新成果如下：
　　 (1)將戴維南等效參數(shù)辨識歸結(jié)為優(yōu)化問題，提出一種基于軌跡靈敏度的戴維南等效參數(shù)迭代優(yōu)化辨識方法。該方法以節(jié)點電壓計算值平方與電壓實測值平方的差最小為目標，待辨識參數(shù)的物理限制作為約束，數(shù)學模型簡捷、易于快速求解。結(jié)合戴維南等效參數(shù)對節(jié)點電壓的軌跡靈敏度，對辨識參數(shù)初值進行自適應變步長修正，進而提高參數(shù)辨識的精度和速度。仿真算例表明，所提方法具有自適應性強、辨識結(jié)果有效等特點，具

4、備在線應用前景。
　　 (2)繼承傳統(tǒng)靜態(tài)的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定假設條件和概念，在相角和功率因數(shù)角δ-Φ空間上構(gòu)造一種線性化的靜態(tài)穩(wěn)定邊界域，并以此為基礎，提出一種以節(jié)點穩(wěn)定裕度為目標的定量化切負荷快速計算方法?；诰植苛繙y信息獲得各節(jié)點戴維南等效參數(shù)，即可直觀展示各節(jié)點所處的穩(wěn)定模式及相對穩(wěn)定裕度，當節(jié)點穩(wěn)定裕度較低時快速獲得近似切負荷量，供調(diào)度員參考。這一方法間接避免了潮流計算和具體臨界值的求取，從而彌補了傳統(tǒng)方法在線應用中存

5、在的求解規(guī)模、網(wǎng)絡參數(shù)依賴、收斂性和計算速度等困境。仿真結(jié)果表明，該方法物理概念清晰、計算快速，適于在線應用。
　　 (3)基于兩節(jié)點系統(tǒng)模型，推導了一定有功輸送條件下，有功損耗和靜態(tài)穩(wěn)定裕度與功率因數(shù)角間關(guān)系的解析表達式。以此為基礎，在二維坐標系下構(gòu)造出反映這種關(guān)系的實時運行域，并提出3個新指標，用以快速預估節(jié)點無功補償情況、指導無功優(yōu)化目標的選擇。實時跟蹤辨識戴維南等效參數(shù)，可清晰確定當前運行狀態(tài)下各節(jié)點近似所需無功補償量及

6、無功優(yōu)化方向，從而為廣域環(huán)境下的電網(wǎng)局部化無功補償、控制及均衡化規(guī)劃等提供了一種新的思路。
　　 (4)針對靜態(tài)的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定在概念和機理上尚未統(tǒng)一，給穩(wěn)定分析與控制帶來不便的情形。在前述研究工作的基礎上，從動力學角度出發(fā)，提出電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定實質(zhì)是電磁有功功率牽引下，“源-網(wǎng)-荷”功率轉(zhuǎn)化過程中的平衡性思想。電壓只是這一過程的支撐，本質(zhì)上屬于非線性系統(tǒng)輸出變量的有界性問題，而與穩(wěn)定性沒有必然關(guān)系。廣域環(huán)境下基于全參量靈敏度給

7、出廣義同步力矩系數(shù)的概念，使靜態(tài)穩(wěn)定評估理論得到擴展。另外，給出電壓支撐量化指標，衡量電網(wǎng)對電壓的支撐水平。理論研究與多場景算例分析表明了新判據(jù)的有效性和合理性，廣域環(huán)境下有望實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定性能態(tài)勢在線評估和預警。
　　 (5)將本文研究方法嵌入到山東電網(wǎng)AVC系統(tǒng)中，實現(xiàn)電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性能態(tài)勢在線評估。將小擾動分析法和本文的穩(wěn)定裕度指標相結(jié)合，分析了風電并網(wǎng)對煙臺電網(wǎng)穩(wěn)定性能的影響。另外，將連續(xù)潮流與戴維南等效方法結(jié)合，針對山東電

8、網(wǎng)2010年冬季實際預測數(shù)據(jù)，對多種運行方式下的靜態(tài)穩(wěn)定性能和無功補償進行詳細分析，為山東電網(wǎng)運行和規(guī)劃提供有益參考。最后，面向調(diào)度中心監(jiān)控主站，介紹了“電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控與預警系統(tǒng)”的框架體系和設計理念，并完成相應功能模塊的開發(fā)，可進一步擴展智能調(diào)度支持系統(tǒng)的穩(wěn)定監(jiān)控功能。
　　 綜上所述，本文基于電網(wǎng)實測或仿真信息，就戴維南等效參數(shù)辨識、靜態(tài)穩(wěn)定域、定量化切負荷、局部化無功補償、廣義靜態(tài)穩(wěn)定統(tǒng)一判據(jù)等方面進行了比較全面的研究和