電網(wǎng)廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)問題研究.pdf

1、隨著全國1000kV特高壓聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實(shí)施，一個裝機(jī)容量超過8億kW、橫跨數(shù)千公里的廣域電力系統(tǒng)正在我國形成。盡管多大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的形成將給全國電力系統(tǒng)帶來巨大效益，但大電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性也將面臨著前所未有的巨大挑戰(zhàn)。目前大規(guī)模停電事故的機(jī)理研究表明互聯(lián)電網(wǎng)在大規(guī)模停電事故中表現(xiàn)出來的脆弱性與電網(wǎng)負(fù)荷水平及拓?fù)涮匦杂忻芮械穆?lián)系，在缺乏重大電網(wǎng)投資的前提下很難單獨(dú)依靠加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)解決該問題，因此構(gòu)建可靠有效的廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)具有非常

2、重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。而現(xiàn)有電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在魯棒性方面存在的缺陷卻在歷史上多次大停電事故的發(fā)生和擴(kuò)大過程中起到了推波助瀾的作用。在這樣的工程背景下，本文對廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)所存在的一些魯棒性問題進(jìn)行了研究并取得了一些創(chuàng)新性的研究成果。 首先，提出了監(jiān)測系統(tǒng)魯棒性的定義，并通過對歷史上多次大停電事故的分析指出監(jiān)測系統(tǒng)的魯棒性對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有十分重要的影響；介紹了目前國內(nèi)電網(wǎng)公司普遍采用的SCADA/EMS系統(tǒng)的特點(diǎn)及其局限

3、性，指出同步相量測量技術(shù)及基于該技術(shù)的廣域測量系統(tǒng)是未來電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向；構(gòu)建了未來若干年內(nèi)浙江省電力公司可能采用的基于WAMS/SCADA混合測量的廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)，并對其在魯棒性方面可能存在的一些問題進(jìn)行了分析。 其次，針對現(xiàn)有電網(wǎng)參數(shù)辨識與估計(jì)方法所存在的數(shù)值穩(wěn)定性差、易發(fā)敖及易受殘差污染干擾等問題，提出了一種基于WAMS/SCADA混合測量的電網(wǎng)參數(shù)辨識與估計(jì)方法。該方法首先利用廣域測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)計(jì)算相對殘差，

4、從而對是否存在參數(shù)錯誤進(jìn)行初步判斷，然后利用相量測量單元能夠測量電壓和電流相量的特性建立支路兩端變量之間的直接聯(lián)系，對存在參數(shù)錯誤問題的支路進(jìn)行辨識并在此基礎(chǔ)上使用智能優(yōu)化算法估計(jì)支路參數(shù)。該P(yáng)MU配置方法只需安裝約1/2總母線數(shù)的PMU即可對全網(wǎng)傳輸線路和變壓器支路進(jìn)行參數(shù)辨識與估計(jì)。 第三，針對連鎖故障會導(dǎo)致廣域測量系統(tǒng)喪失對電力系統(tǒng)完全可觀測能力的問題，提出了一種考慮高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的最優(yōu)PMU配置方法。該方法首先使用隱性故

5、障模型和風(fēng)險(xiǎn)理論對電力系統(tǒng)的連鎖故障進(jìn)行模擬仿真和統(tǒng)計(jì)分析，以辨識系統(tǒng)中的高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障，然后運(yùn)用改進(jìn)模擬退火算法尋找在發(fā)生單一高風(fēng)險(xiǎn)連鎖故障的情況下仍然能夠保證WAMS對電網(wǎng)完全可觀的最優(yōu)PMU配置方案。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠在經(jīng)濟(jì)性和魯棒性之間取得一個較好的平衡。 第四，針對現(xiàn)有的PMU優(yōu)化配置方法不能同時考慮多種約束條件的問題，提出了一種滿足多種約束條件的最優(yōu)PMU配置方法。該方法能在同時考慮已安裝的PMU及對存在電壓穩(wěn)定

6、、功角穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定和電磁環(huán)網(wǎng)等多種問題的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視的情況下，以最少數(shù)量的PMU實(shí)現(xiàn)對整個電網(wǎng)的完全可觀測。最后給出了該方法在浙江省電力公司W(wǎng)AMS系統(tǒng)規(guī)劃巾的應(yīng)用實(shí)例。 第五，為了提高WAMS系統(tǒng)定位故障的能力，提出了一種利用電壓相量進(jìn)行故障定位的方法。該方法首先運(yùn)用對稱分量法和線性疊加原理建立故障后的附加正序網(wǎng)絡(luò)并定義了故障點(diǎn)的匹配指標(biāo)，進(jìn)而基于該指標(biāo)運(yùn)用遍歷搜索方法尋找故障點(diǎn)的位置。該方法僅利用電壓相量進(jìn)行計(jì)算

7、因而能夠避免由電流互感器飽和所帶來的誤差影響?；贗EEE9節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠有效地定位故障，并且不受故障類型、過渡電阻等因素的影響。 第六，針對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兗癙MU故障可能造成WAMS對部分母線失去可觀測能力的問題，提出了一種基于WAMS/SCADA混合測量的電壓相量動態(tài)跟蹤算法。該算法通過使用SCADA系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對電網(wǎng)負(fù)荷建立靜態(tài)負(fù)倚模型。一旦出現(xiàn)部分母線失去可觀測性的情況，就結(jié)合PMU對相鄰可觀測母線

8、電壓相量的高精度測量使用高斯—塞德爾算法對非線性方程（組）進(jìn)行求解，從而實(shí)現(xiàn)對不可觀測區(qū)域母線電壓相量的估計(jì)。 最后，基于本文二至六章所提出的多種提高廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)魯棒性的措施，在未來若干年內(nèi)浙江省電力公司可能會采用的 WAMS/SCADA/EMS系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出了一種高魯棒性廣域安全監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)。該監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)綜合WAMS、SCADA及FMS（故障信息系統(tǒng)）的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用混合測量技術(shù)克服傳統(tǒng)單一測量技術(shù)存在的局限性。并且對滿足高