電網(wǎng)功角穩(wěn)定安全分析及控制策略研究.pdf

1、隨著我國“西電東送、北電南送、水火互濟(jì)、能源資源大范圍優(yōu)化配置”的電網(wǎng)格局逐漸形成，區(qū)域電網(wǎng)間受到各種復(fù)雜擾動(dòng)因素的可能性大大增加，極易造成發(fā)電機(jī)之間功角穩(wěn)定的破壞，顯著增加了系統(tǒng)發(fā)生連鎖故障以及振蕩失穩(wěn)的概率，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全。對其進(jìn)行有效、可靠的安全分析及控制以使其保持安全穩(wěn)定運(yùn)行是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)和意義的課題。為此，本文以域的方法描述參數(shù)和擾動(dòng)，以跳變過程描述連鎖故障過程，對系統(tǒng)開展功角穩(wěn)定分析的研究，在此基礎(chǔ)上，提出考慮擾動(dòng)和參

2、數(shù)不確定性的安全控制策略以及考慮連鎖故障過程的安全控制策略。通過對系統(tǒng)功角穩(wěn)定分析及控制策略開展研究，論文研究的主要內(nèi)容和成果有:
　　(1)針對傳統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定域在功角穩(wěn)定安全分析時(shí)難以考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的持續(xù)振蕩和低阻尼比情況，提出一種基于改進(jìn)小擾動(dòng)穩(wěn)定域的電網(wǎng)功角穩(wěn)定分析方法。首先，借助映射理論將系統(tǒng)從改進(jìn)小擾動(dòng)穩(wěn)定域映射到負(fù)半平面上，并通過直和運(yùn)算構(gòu)成保護(hù)映射，然后利用保護(hù)映射方法準(zhǔn)確快速地求解出改進(jìn)小擾動(dòng)穩(wěn)定域的邊界。仿真結(jié)

3、果表明:基于保護(hù)映射的電力系統(tǒng)改進(jìn)小擾動(dòng)穩(wěn)定域描繪方法具有較高的精確度和有效性。最后，進(jìn)一步分析了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)對改進(jìn)小擾動(dòng)穩(wěn)定域的影響，該成果對于指導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的小擾動(dòng)失穩(wěn)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)警具有重要意義。
　　(2)針對不同類型、不同大小的擾動(dòng)對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的影響程度難以定量描述的難題，提出一種基于能量穩(wěn)定域的電網(wǎng)功角穩(wěn)定分析方案。首先，將發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)過程中時(shí)變阻尼分量定義為動(dòng)態(tài)阻尼，充分考慮功角失穩(wěn)過程

4、中，時(shí)變因素對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，將動(dòng)態(tài)阻尼進(jìn)行能量化處理，構(gòu)造同時(shí)考慮擾動(dòng)大小和系統(tǒng)狀態(tài)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定判據(jù)。并據(jù)此在參數(shù)能量空間建立能夠直觀反映不同擾動(dòng)下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的能量穩(wěn)定域。通過分析該能量穩(wěn)定域內(nèi)、外不同參數(shù)-能量對的仿真結(jié)果，驗(yàn)證了所求能量穩(wěn)定域的正確性及有效性。本文的研究成果對于指導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行，對系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確預(yù)警，從而制定控制方案，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
　　(3)針對連鎖故障引發(fā)的系統(tǒng)大停電等

5、安全穩(wěn)定問題，提出一種考慮連鎖故障的多工況電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定安全分析方法。首先，基于歷史數(shù)據(jù)考慮連鎖故障過程中斷路器、繼電保護(hù)裝置等一、二次設(shè)備不確定動(dòng)作、失效等對連鎖故障事故鏈的影響，基于實(shí)時(shí)工況考慮連鎖故障過程中潮流轉(zhuǎn)移對連鎖故障事故鏈的影響，并計(jì)算事故鏈中各工況間轉(zhuǎn)移概率矩陣。在此基礎(chǔ)上，建立基于離散馬爾科夫理論的系統(tǒng)跳變模型，并基于該模型建立李雅普諾夫函數(shù)，推導(dǎo)魯棒隨機(jī)穩(wěn)定性判據(jù)，分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明該方法能夠有效判別電力

6、系統(tǒng)在連鎖故障過程中多工況變化時(shí)的功角穩(wěn)定性，與時(shí)域仿真法相比，無需獲取系統(tǒng)運(yùn)行軌跡，且計(jì)算量較小，簡單易實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)B鎖故障過程中的系統(tǒng)穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確判斷。
　　(4)針對電力系統(tǒng)擾動(dòng)及參數(shù)模型難以匹配系統(tǒng)實(shí)際工況，造成控制效果難以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況，本文提出了一種考慮系統(tǒng)不確定性的Youla參數(shù)化魯棒控制策略。首先，將測量誤差和參數(shù)估計(jì)引入的不確定性通過攝動(dòng)矩陣描繪，將運(yùn)行點(diǎn)變化引入的不確定性用凸多胞體模型描繪，再通過求解滿

7、足2范數(shù)與無窮范數(shù)有界的不等式得到Y(jié)oula參數(shù)化矩陣，將實(shí)際系統(tǒng)與標(biāo)稱系統(tǒng)之間的輸出誤差，通過Youla參數(shù)化矩陣引入至輸出反饋控制中，最終使系統(tǒng)不僅能滿足H2/H∞魯棒性能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出誤差的追蹤。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的魯棒控制器對擾動(dòng)和參數(shù)引入的多種不確定性因素均有良好的適應(yīng)性，與依賴精確模型的控制方法相比，不僅能夠更為迅速的平抑系統(tǒng)功角失穩(wěn)現(xiàn)象，而且對多工況系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性。
　　(5)針對連鎖故障過程當(dāng)中的時(shí)滯