1、North China Electric Power University第十四讲 电力系统调度自动化（3）电力系统静态安全分析North China Electric Power Universitypage22022-6-16一、概述l可靠性可靠性:电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的可能性间内，完成规定功能的可能性 n系统在长的运行周期中工作正常的概率系统在长的运行周期中工作正常的概率n表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电力供应的能力力供应的能力l安
2、全性安全性n电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力n安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关，并取决于系统的运行条件以及意外事件的发生概率行条件以及意外事件的发生概率l稳定性稳定性n扰动后系统整体性的维持能力扰动后系统整体性的维持能力n取决于系统的运行条件和扰动的性质取决于系统的运行条件和扰动的性质North China Electric Power Universitypage32022-6-16电力系统的可靠性、安全性和稳定性v可靠性是系统设计和运行的总体目标可靠性是系统设计和运行的总体目标为保
3、证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的为保证可靠性，系统绝大部分时间必须是安全的为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能归类为保证安全性，系统必须是稳定的，同时必须对其他不能归类为稳定问题的偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒塌或者人为稳定问题的偶然事件是安全的，如设备损坏、杆塔倒塌或者人为破坏等为破坏等v从后果来区分安全性和稳定性从后果来区分安全性和稳定性两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果比另两个具有相同稳定裕度的系统，如果一个系统失稳的后果比另一个更差，则前者的安全性相对较差一个更差，则前者的安全性相对较差North China Electric Power Un
4、iversitypage42022-6-16电力系统的可靠性、安全性和稳定性v安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方安全性和稳定性是时变的，可以通过对特定运行方式的研究进行判断式的研究进行判断v可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时可靠性是一段时间内的平均性能，只能通过对一段时间内系统性能的整体考虑进行判断间内系统性能的整体考虑进行判断v可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需可靠性是评估电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向用户供电的能力的度量指标数量不间断地向用户供电的能力的度量指标North China Electric Power Universitypage
5、52022-6-16电力系统的可靠性、安全性和稳定性v安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性安全性分析即确定系统对预期发生的扰动的鲁棒性要求要求1 1：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态，并且在：系统在扰动发生后能够达到新的运行状态，并且在该状态下满足所有必须的约束该状态下满足所有必须的约束要求要求2 2：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失：系统在向新的运行状态过渡的过程中不发生任何失稳现象稳现象v对要求对要求1 1的验证称为的验证称为静态安全分析静态安全分析，对要求，对要求2 2的验证称为的验证称为动态动态安安全分析全分析v稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是稳定
6、性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性评估的一部分可靠性评估的一部分North China Electric Power Universitypage62022-6-16电力系统运行状况的数学模型 等式约束节点功率平衡条件节点功率平衡条件cossin0sincos0GiDiijijijijijjiGiDiijijijijijjiPPVVGBQQVVGBv等式约束等式约束0,uxfx x是状态变量。取为节点电压幅值和相角是状态变量。取为节点电压幅值和相角u u是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等可投
7、切的电容器，等等North China Electric Power Universitypage72022-6-16电力系统运行状况的数学模型 不等式约束节点电压幅值约束节点电压幅值约束VVVimiiM发电机功率出力约束发电机功率出力约束MGiGimGiMGiGimGiQQQPPP各支路（线路、变压器）潮流约束各支路（线路、变压器）潮流约束MijijIIv不等式约束不等式约束0,uxhx x是状态变量。取为节点电压幅值和相角是状态变量。取为节点电压幅值和相角u u是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等可投切
8、的电容器，等等North China Electric Power Universitypage82022-6-16电力系统实时运行状态的分类v正常状态正常状态 ：同时满足等式约束和不等式约束：同时满足等式约束和不等式约束安全正常状态：正常状态下的电力系统，在承受一个合安全正常状态：正常状态下的电力系统，在承受一个合理的预想事故集的扰动之后，系统仍处于正常运行状态理的预想事故集的扰动之后，系统仍处于正常运行状态预警状态预警状态 ：正常状态下的电力系统，在承受规定的合理：正常状态下的电力系统，在承受规定的合理的预想事故集的扰动之后，有预想事故使系统不满足不等式的预想事故集的扰动之后，有预想事故使
9、系统不满足不等式约束约束v紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束 v恢复状态：有部分地区违反了等式约束恢复状态：有部分地区违反了等式约束North China Electric Power Universitypage92022-6-16电力系统运行状态及安全控制安全运行状安全运行状态态警戒运行状警戒运行状态态紧急状态紧急状态恢复状态恢复状态安全裕度降低安全裕度降低预防控制预防控制校正控制校正控制满足等式和不等式约束满足等式和不等式约束不等式约束不等式约束破坏破坏等式约束等式约束破坏破坏恢复控制恢复控制North China Electric Po
10、wer Universitypage102022-6-16电力系统运行状态及安全控制North China Electric Power Universitypage112022-6-16二、电力系统静态等值l 网络静态等值的目的网络静态等值的目的1 1、降低网络分析的计算量和对内存的需求量、降低网络分析的计算量和对内存的需求量2 2、避开量测不全或无量测的网络部分，降低量测信息的需、避开量测不全或无量测的网络部分，降低量测信息的需求量求量3 3、去除不关心的网络部分，降低系统分析量、去除不关心的网络部分，降低系统分析量v 电力系统静态等值电力系统静态等值，也称为网络，也称为网络化简化简，是利
11、用较，是利用较小小规模的网络规模的网络代替代替较较大大规模的网络所进行的分析方法，而规模的网络所进行的分析方法，而且要求这种化简网络的计算精度能够且要求这种化简网络的计算精度能够满足实际需要满足实际需要。North China Electric Power Universitypage122022-6-16二、电力系统静态等值v静态等值已知条件：静态等值已知条件：全网络拓扑结构全网络拓扑结构和和元件元件参数参数以及内部系统和边界系统的以及内部系统和边界系统的实时潮流实时潮流解解v需要求解的是需要求解的是外部系统的等值网络外部系统的等值网络和和等值边等值边界注入电流界注入电流电力系统静态等值计算
12、电力系统静态等值计算North China Electric Power Universitypage132022-6-16二、电力系统静态等值v 给出等值前系统给出等值前系统 PS PS 结构模型，并标出内部系统结构模型，并标出内部系统 I I和边界母线和边界母线 B Bv 要找到等值网络要找到等值网络PEPE，计算结果与等值前的结果相接，计算结果与等值前的结果相接近近North China Electric Power Universitypage142022-6-16三、Ward等值YUI 00EEEBEEBEBBBIBBIBIIIIYYUIYYYUIYYUIv Ward Ward等值对
13、于线性系统而言是一种严格的等值方法等值对于线性系统而言是一种严格的等值方法消去外部系统母线子集消去外部系统母线子集11BBBE EE EBBIBBBE EE EIBIIIIYY Y YYUIY Y IYYUI North China Electric Power Universitypage152022-6-16三、Ward等值*iiiSIU11BBBEEEEBBIBBBEEEEIBIIIIYY Y YYUIY Y IYYUI*1*.EBBBEEEEBEQIISSdiagU Y YUUEYUS North China Electric Power Universitypage162022-6-
14、16三、Ward等值1.1.给出全网基本方式的潮流解，确定各母线的电给出全网基本方式的潮流解，确定各母线的电压压2 2、确定拟消去的母线子集，形成导纳矩阵（只包、确定拟消去的母线子集，形成导纳矩阵（只包含外部系统含外部系统E E和边界系统和边界系统B B）3 3、矩阵分解，得到仅含有边界母线的外部等值导纳矩阵、矩阵分解，得到仅含有边界母线的外部等值导纳矩阵4 4、计算式右端边界母线的注入功率增量、计算式右端边界母线的注入功率增量*1*.EBBBE EEEBEQIISSdiagU Y YUUEYUS North China Electric Power Universitypage172022-
15、6-16四、预想事故分析v 预想事故分析预想事故分析是针对预先设定的电力系统是针对预先设定的电力系统元件元件（如线路、变压（如线路、变压器、发电机、负器、发电机、负 荷和母线等）的荷和母线等）的故障及其组合故障及其组合，确定它们对电力，确定它们对电力系统安全运行产生的影响。系统安全运行产生的影响。（1 1）按调度员的需要方便地设定预想故障）按调度员的需要方便地设定预想故障（2 2）快速区分各种故障对电力系统安全运行的危害程度）快速区分各种故障对电力系统安全运行的危害程度（3 3）准确分析严重故障后系统状态，方便而直观展示结果）准确分析严重故障后系统状态，方便而直观展示结果North China
16、 Electric Power Universitypage182022-6-16四、预想事故分析v 在早期的预想故障分析中，只进行在早期的预想故障分析中，只进行N-1N-1扫描式的故障选择和分析扫描式的故障选择和分析以以预想故障集合方式预想故障集合方式代替代替N-1N-1扫描扫描方式，能构方便灵活地定义方式，能构方便灵活地定义多重故障多重故障v 预想故障集合预想故障集合包括各种可能包括各种可能的故障及其组合，可以规定监视的故障及其组合，可以规定监视元件及条件故障以自动产生复杂元件及条件故障以自动产生复杂故障。故障。North China Electric Power Universitypa
17、ge192022-6-16四、预想事故分析v预想故障集合方式的优点预想故障集合方式的优点可以更方便、更有效定义多重故障可以更方便、更有效定义多重故障只分析感兴趣的故障组，大大提高了计算效率只分析感兴趣的故障组，大大提高了计算效率能灵活、方便、快速模拟和再现电网实际故障过程能灵活、方便、快速模拟和再现电网实际故障过程North China Electric Power Universitypage202022-6-16四、预想事故分析v主开断元件主开断元件电网中任何元件，如电网中任何元件，如变压器变压器、线路线路、发电机发电机、负荷负荷、电容器电容器、电抗器电抗器、开关开关或或母线母线等等故障可
18、以是故障可以是单重单重的的故障可以是故障可以是多重多重的；的；多重故障可以是多重故障可以是同一类元件同一类元件，多重故障是多重故障是几类元件几类元件的组合的组合North China Electric Power Universitypage212022-6-16四、预想事故分析可以模拟继发性故障可以模拟继发性故障v条件监视元件及条件开断元件条件监视元件及条件开断元件当主开断元件的动作引起开断监视元件当主开断元件的动作引起开断监视元件越限时，条件开断元件随之动作越限时，条件开断元件随之动作North China Electric Power Universitypage222022-6-16四
19、、预想事故分析v规则集规则集描述主开断元件动作后，调度人员按规定或描述主开断元件动作后，调度人员按规定或经验所必须执行的操作经验所必须执行的操作规则集中设置了电力系统内已经制订的规程和措施。规则集中设置了电力系统内已经制订的规程和措施。North China Electric Power Universitypage232022-6-16四、预想事故分析v预想事故筛选预想事故筛选在线运行条件下，利用电力系统实时信息，自动迭代出那些引在线运行条件下，利用电力系统实时信息，自动迭代出那些引起支路潮流过载、电压越限以及危害系统安全运行的起支路潮流过载、电压越限以及危害系统安全运行的预想事故预想事故；
20、行为指标行为指标来表示它对系统造成的危害性的程度，按其从大到小来表示它对系统造成的危害性的程度，按其从大到小的顺序排列得出预想事故一览表的顺序排列得出预想事故一览表v有功功率行为指标有功功率行为指标v电压电压无功功率行为指标无功功率行为指标v有功功率与无功功率综合行为指标有功功率与无功功率综合行为指标North China Electric Power Universitypage242022-6-16五、直流潮流算法对于输电线对于输电线ij，支路有功潮流，支路有功潮流ijijijijjiijiijbgVVgVpsincos222220,1/ijijijijijijijijxrgbxrxrx
21、忽略电阻忽略电阻r rijij，则，则: :VVij 1忽略支路对地电容忽略支路对地电容ij很小很小，()ijijijijijpbx jiijijsin, 1cos令令North China Electric Power Universitypage252022-6-16五、直流潮流算法10110110 10010.nnnnnnPBBPBBPBBP 记为: 11,oiioijj iijijj iBBxxijjiijxp支路方程支路方程:节点方程节点方程:B B0 0阵的元素阵的元素:PiPi1Pik,ijjiiijj i j ij i j ij i j ij iijijijPPxxxNorth
22、 China Electric Power Universitypage262022-6-16五、直流潮流算法v 直流潮流要满足直流潮流要满足假设条件假设条件 (1)r (1)rijijxxijij (2) (2)相邻母线的相角差很接近相邻母线的相角差很接近 (3) (3)各母线的电压在额定值附近各母线的电压在额定值附近 (4) (4)支路对地电容很小支路对地电容很小v 求直流潮流求直流潮流不需要迭代不需要迭代，只需求解一次，只需求解一次N-1N-1阶方程，阶方程，计算速度快计算速度快v 直流直流潮流潮流只能计算有功潮流只能计算有功潮流的分布，不能计算电压幅的分布，不能计算电压幅值，有其局限性值，有其局限性North China Electric Power Universitypage272022-6-16小结1 1、电力系统可靠性、安全性和稳定性、电力系统可靠性、安全性和稳定性2 2、电力系统运行状态、电力系统运行状态3 3、电力系统静态等值、电力系统静态等值4 4、WARDWARD等值等值5 5、预想事故分析、预想事故分析6 6、预想事故筛选、预想事故筛选7 7、直流潮流算法、直流潮流算法North China Electric Power Universitypage282022-6-16
