广域测量系统在电力系统中的应用

1、广域测量系统在电力系统中的应用摘要：广域测量技术是近年来电力系统前沿技术中最活泼的领域之一。阐述了广域测量系统ide-areaeasureentsyste，as在电力系统稳态分析、全网动态过程记录和暂态稳定预测及控制、电压和频率稳定监视及控制、低频振荡分析及抑制、全局反响控制等方面的应用，对其应用前景做了简要分析，并提出as的开展规划。关键词：广域测量系统as；同步相量测量装置；动态监测随着电力系统总容量的不断增加、网络构造的不断扩大、超高压长间隔 输电线路的增多以及用户对电能质量要求的逐渐进步，对电网的平安稳定提出了更高的要求。建立可靠的电力系统运行监视、分析和控制系统，以保证电网的平安经济

2、运行，已成为非常重要的问题。近来受到广泛关注的广域测量系统ide-areaeasureentsyste，as可能在一定程度上缓解目前对大规模互联电力系统进展动态分析与控制的困难。1平安稳定控制系统互联网稳定控制面临着较多的问题：互联络统的低频振荡问题及紧急控制等问题。如我国华中系统的低频振荡衰减时间较长，当系统出现故障时，华中系统的较长的动态过程势必会通过联络线影响到华东系统。传统的基于事件的就地控制不可以充分观察系统的动态过程，因此不可以较好观察系统的各种状态，比方某些系统目前无法较快地抑制低频振荡问题。基于响应的广域稳定控制增强了互联网稳定控制的可靠性和灵敏性。目前的稳定控制系统，比方电气

3、制动、发电机快速励磁、发电机组切除、自适应负荷减载及新兴的灵敏交流输电等，开展到广域控制都应该是基于广域电力系统的信息:原来使用就地信息不可以满足控制对电力系统充分观察的要求。广域测量系统进步了电力系统的可观察性，通过各种分析手段，进展系统动态过程的分析，如通过频谱分析，可以实时计算出系统的振荡形式、系统状态量的变化趋势等:从而提供给广域控制充分的动态信息。11暂态稳定预测及控制当今投入实际工业应用的稳定控制系统可分为两种形式，即“离线计算、实时匹配和“在线预决策、实时匹配。但分析说明，大停电往往由“不可预见的连锁故障引起，在这种情况下以上两种稳定控制系统很可能无法响应。理论上最为完美的稳定控

4、制系统形式是“超实时计算、实时匹配。这种形式假设在故障发生后进展快速的暂态分析以确定系统是否会失稳，假设判断系统失稳那么给出相应的控制措施以保证系统的暂态稳定性。这种稳定控制系统的整个分析计算、命令传输、执行过程的时间极短，理论上可以对任何导致系统暂态失稳的故障给出相应的稳定控制措施，到达对各种系统运行工况、各种故障类型的完全自适应。as在以下几方面的应用有助于实现上述自适应实时控制系统：1对于as提供的系统动态过程的时间序列响应，直接应用某种时间序列预测方法或人工智能方法预测系统将来的受扰轨迹，并判断系统的稳定性。但由于电力系统在动力学上的复杂性，这种直接外推方法的可靠性值得疑心。2以as提

5、供的系统故障后的状态为初始值，在巨型机或p机群上进展电力系统超实时暂态时域仿真，得到系统将来的受扰轨迹，从而判断系统的稳定性。仅就算法而言，这种方法是可靠的，但在连锁故障的情况下，控制中心未必知道该方法需要的电力系统动态模型；再者，该方法要求的时域仿真的超实时度较高，目前对大规模系统而言可能还存在困难。3基于as提供的系统动态过程的时间序列响应，首先利用某种辨识方法得到一个简化的系统动态模型，然后对该模型进展超实时仿真，得到系统将来的受扰轨迹，并判断系统的稳定性。这种方法的可靠性比第一种方法好，同时仅基于as提供的实测信息，不需知道第二种方法必需的故障后系统动态模型的先验知识，应该是目前比较有

6、前途的方法。除了判断系统稳定性外，另一个重要问题是假设干预测结果为系统失稳，那么该如何给出适当的控制量以防止系统失稳，这方面的研究相对于暂态稳定预测的研究还较薄弱。它涉及电力系统稳定量化分析和稳定量化指标对控制变量的灵敏度分析，即使在离线环境下这也是一个难点，实时环境下要求快速给出适当的控制量将更加困难。有些研究以as得到的故障后一小段时间内的实测量为输入向量，通过人工神经网络直接将这些实测量映射到控制向量如切机、切负荷量等空间，这种方法相当于将暂态稳定预测和求解控制量都隐含在神经网络之中。但人工神经网络的训练需要大量样本，如何保证这些样本对各种系统运行工况和各种可能发生的故障具有足够的代表性

7、是一个难题。as得到的实测信息也可用作稳定控制后备的失步解列装置的触发信号，在这方面的研究中系统通常被等值成两机系统。1.2电力系统稳定器pss传统的分散配置的分散控制器实际上是在简化模型下设计的“孤立控制器，只考虑本机可测信号，不考虑多机系统之间的关联作用及系统中其它控制器的存在和交互作用影响，其结果是这种控制器只对改善本机控制特性有一定好处，但对系统其它相邻机组的动态行为不可能有确定的改善，相反存在着各控制器间动作无法协调，而使各自的控制特性恶化的可能性。北美系统在进一步加装pss过程中曾有过由于互相协调而使低频振荡重新出现甚至加剧的实例。广域测量系统提供了广域系统的同步状态量，为进一步开

8、发互相协调动作的电力系统稳定器打下基矗基于广域测量系统，pss可以观察动作以后系统各点的响应情况，并根据系统的状态，确定进一步的动作。2电压、频率稳定控制21慢速电压稳定控制基于广域测量系统，人们可以开发较为慢速的广域控制，比方电压稳定控制。美国bpa公司正在开发先进电压稳定控制工程。该工程基于广域测量系统和sada系统提供的系统电压、电流相量、有功、无功及频率等综合信息开发以下控制：基于响应的快速控制，该控制措施包括发电机跳闸及无功补偿调节。该控制主要需要提供电压相量、频率、有功及无功的测量；利用无功补偿设备进展电压控制，基于广域测量系统提供的电压幅值及功角，无功补偿设备使用模糊逻辑控制来调

9、节电压幅度；变压器自动调压防止变电站之间并联变压器的环流现象，进步电压稳定性；发电厂的电压调度在电压紧急的状态下，有较多无功储藏的电厂可以进步电压，从而减少系统的无功损耗，并进步电容器组的无功输出。这些措施可以进步系统的无功平衡，从而加强电压的稳定。22静态电压稳定控制相对于暂态稳定问题，静态电压稳定和频率稳定属于慢动态的范畴，更易于利用as信息实现稳定监视和控制。如利用as得到的各节点电压相量测量值将系统等值成两节点系统，能快速给出电压稳定裕度；以各节点电压相量测量值作为输入变量，以潮流雅克比矩阵的最小奇异值作为电压稳定指标，用大量样本训练得到一个模糊神经网络作为电压稳定分类器，输出变量为很

10、平安、平安、戒备、危险、很危险等5种电压平安程度；以as提供的节点电压相角差和发电机无功出力为输入变量，应用决策树快速评价系统的电压平安程度。3动态过程平安分析3.1低频振荡分析及抑制随着大电网的互联，区域间的低频振荡对互联电力系统的平安稳定运行构成了威胁。as可望在分析和抑制低频振荡方面发挥作用。直接将系统线性化状态空间方程离散化，利用as提供的各离散时间点的测量值，通过最小二乘法计算线性化状态空间方程的系数矩阵，进而计算该矩阵的特征根；基于as提供的各离散时间点的测量值采用卡尔曼滤波方法计算系统的机电振荡形式；应用快速傅立叶变换和小波分析对as提供的节点间的电压相角差振荡时间曲线进展分析，

11、提取低频振荡形式。与常规离线分析相比，基于as的低频振荡分析具有更高的可信度。通常仅基于本地信息的阻尼控制器如pss不能很好地抑制区域间的低频振荡，因为本地信息并不能很好反映区域间的振荡形式，本地信号对于区域间的振荡形式的可观测性不好。as的出现为抑制区域间的低频振荡提供了强有力的工具，可通过as获取区域间的发电机相对转子角和转子角速度信号等全局信息作为阻尼控制器的反响信号构成闭环控制。将采用as信号的区间阻尼控制器附加到发电机励磁控制器中，到达抑制区域间振荡的目的；采用as信号作为装设于联络线上的ts装置的控制输入，基于线性h控制理论设计了ts区间阻尼控制器采用as信号作为控制器输入时，需要

12、引起重视的是as信号的时滞tiedelay问题考虑时滞后闭环系统成为一个时滞系统，假设时滞过大可能引起闭环系统的不稳定采用最小二乘预测算法由历史pu测量序列得到控制器当前的反响输入，没有明确说明时滞的处理方法，但其采用的h控制是一种鲁棒控制方法，对由时滞造成的影响有一定抑制作用。3.2全局反响控制以往乃至目前的电力系统控制研究领域一直强调分散性/就地性，即对电力系统中的某一动态元件仅采用本地量测量构成反响控制，从便于控制实现的角度追求控制的分散性/就地性毫无疑问是可以理解的，但通常电力系统的动态问题本质上具有全局性如暂态稳定问题，而分散/就地控制只是通过本地量测量间接地包含一些全局信息，因此在

13、进步全系统稳定性上有一定局限性。随着as的出现和开展，研究和实现基于as信号的全局信息反响与控制成为可能。基于as提供的全局实时信号，将通过联络线互联的两个区域等值成一个两机系统，然后采用直接线性化技术设计了联络线上的ts控制器，数值仿真结果说明，所设计的基于as信号的全局ts控制器有效进步了互联络统的暂态稳定性。在全局反响控制的研究中，同样存在远方反响信号的时滞问题，有必要采用时滞系统控制理论加以分析研究，以探明时滞对全局反响控制的影响。另外，对于非线性全局控制，如何根据特定的控制目的选择适宜的远方反响信号也是一个值得研究的问题。通过分析可见，建立广域测量系统成为我国电力系统开展的必然，必须从工程技术、经济等角度对其开发、应用进展整体规划。将来重点要编制现有技术应用的标准，并提出技术改进的各种方法。根据我国电力系统运行、规划、分析、控制、保护及es等系统的将