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1、电力系统调度自动化本讲稿第一页，共二十八页电力系统静态安全分析本讲稿第二页，共二十八页2022/9/212North China Electric Power University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间内，完成电力系统元件、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力供应的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能力l安全性安全性n电力系统在意外事件下不中断用户电力供应
2、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，并取决于系统的运行条件以及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本讲稿第三页，共二十八页2022/9/213North China Electric Power University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证可靠性，系统绝大部分时间必须是安
3、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稳定为保证安全性，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、杆塔倒塌或者人为破坏等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一个更差，则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前者的安全性相对较差本讲稿第四页，共二十八页2022/9/214North China Electric Pow
4、er University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式的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，只能通过对一段时间内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数量不间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断地向用户供电的能力的度量指标本讲稿第五页，共二十八页2022/9/215North China Electric Power U
5、niversity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，并且在该状态下满：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稳现象：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全分析安全分析v稳定性分析是安全性分析的一个组成部分，也进而是可靠性
6、评稳定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估的一部分本讲稿第六页，共二十八页2022/9/216North China Electric Power University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v等式约束等式约束x 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，可投是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等切的电容器，等等本讲稿第七页，共二十八页2022/9/217North China Electric Power
7、 University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发电机功率出力约束发电机功率出力约束各支路（线路、变压器）潮流约束各支路（线路、变压器）潮流约束v不不等式约束等式约束x 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，可投切的电容是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等器，等等本讲稿第八页，共二十八页2022/9/218North China Electric Power University电力系统实时运行状态的分类v正常状态正常状态 ：
8、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，在承受一个合理的安全正常状态：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，在承受规定的合理的预想事故集：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约束的扰动之后，有预想事故使系统不满足不等式约束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
9、地区违反了等式约束本讲稿第九页，共二十八页2022/9/219North China Electric Power University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本讲稿第十页，共二十八页2022/9/2110North China Electric Power University电力系统运行状态及安全控制本讲稿第十一页，共二十八页2022/9/2111
10、North China Electric Power University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，降低量测信息的需求量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，是利用较，是利用较小小规模的规模的网络网络代替代替较较大大规模的网络所进行的分析方法，而且要求这种化规模的网络所进行的分析方
11、法，而且要求这种化简网络的计算精度能够简网络的计算精度能够满足实际需要满足实际需要。本讲稿第十二页，共二十八页2022/9/2112North China Electric Power University二、电力系统静态等值v静态等值静态等值已知已知条件条件：全网络拓扑结构全网络拓扑结构和和元件参数元件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界注等值边界注入电流入电流电力系统静态等值计算电力系统静态等值计算本讲稿第十三页，共二十八页2022/9/2113North China Electr
12、ic Power University二、电力系统静态等值v 给出等值前系统给出等值前系统 PSPS 结构模型，并标出内部系统结构模型，并标出内部系统 I I和边和边界母线界母线 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近，计算结果与等值前的结果相接近本讲稿第十四页，共二十八页2022/9/2114North China Electric Power University三、Ward等值v WardWard等值对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本讲稿第十五页，共二十八页2022/
13、9/2115North China Electric Power University三、Ward等值本讲稿第十六页，共二十八页2022/9/2116North China Electric Power University三、Ward等值1.1.给出全网基本方式的潮流解，确定各母线的电压给出全网基本方式的潮流解，确定各母线的电压2 2、确定拟消去的母线子集，形成导纳矩阵确定拟消去的母线子集，形成导纳矩阵（只包含外只包含外部系统部系统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
14、注入功率增量计算式右端边界母线的注入功率增量本讲稿第十七页，共二十八页2022/9/2117North China Electric Power University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、变压器、发电（如线路、变压器、发电机、负机、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，确定它们对电力系统安全运行产，确定它们对电力系统安全运行产生的影响。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
15、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本讲稿第十八页，共二十八页2022/9/2118North China Electric Power University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扫描扫描式的故障选择和分析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扫描方式，扫描方式，能能构构方便灵活地定义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的包括各种可能的故障及其组合，可以规定
16、监视元故障及其组合，可以规定监视元件及条件故障以自动产生复杂故件及条件故障以自动产生复杂故障障。本讲稿第十九页，共二十八页2022/9/2119North China Electric Power University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本讲稿第二十页，共二十八页2022/9/2120North China Electric P
17、ower University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以是故障可以是单重单重的的故障故障可以是可以是多重多重的；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本讲稿第二十一页，共二十八页2022/9/2121North China Electric Power University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
18、当主开断元件的动作引起开断监视元件越限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时，条件开断元件随之动作本讲稿第二十二页，共二十八页2022/9/2122North China Electric Power University四、预想事故分析v规则集规则集描述主开断元件动作后，调度人员按规定或经验所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必须执行的操作规则集中设置了规则集中设置了电力电力系统内已经制订系统内已经制订的规程和的规程和措施。措施。本讲稿第二十三页，共二十八页2022/9/2123North China Electric Power Unive
19、rsity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，自动迭代出那些引起支路潮流过在线运行条件下，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载、电压越限以及危害系统安全运行的预想事故预想事故；行为指标行为指标来表示它对系统造成的危害性的程度，按其从大到小的顺序排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本讲稿第二十四页，共二十八页
20、2022/9/2124North China Electric Power University五、直流潮流算法对于输电线对于输电线ij，支路有功潮流，支路有功潮流忽略电阻忽略电阻r rijij，则，则:忽略支路对地电容忽略支路对地电容很小很小，令令本讲稿第二十五页，共二十八页2022/9/2125North China Electric Power University五、直流潮流算法支路方程支路方程:节点方程节点方程:B B0 0阵的元素阵的元素:PiPi1Pik本讲稿第二十六页，共二十八页2022/9/2126North China Electric Power University五、
21、直流潮流算法v 直流直流潮流要满足潮流要满足假设条件假设条件 (1)r1)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 求求直流直流潮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，计算速阶方程，计算速度快度快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，不能计算电压幅值，有的分布，不能计算电压幅值，有其局限性其局限性本讲稿第二十七页，共二十八页2022/9/2127North China Electric Power University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、直流潮流算法本讲稿第二十八页，共二十八页2022/9/2128North China Electric Power University