第九章电力系统广域控制

NorthChinaElectricPowerUniversityDepartmentofElectricalEngineering动态电力系统分析与控制

保定2011.2-4

目录

一．电力系统数学模型及参数二．电力系统小干扰稳定性分析五．直接法在暂态稳定分析中的应用

三．电力系统次同步谐振分析四．电力系统暂态稳定性分析六．电力系统电压稳定性分析

七．线性最优控制系统八．非线性控制系统九．电力系统广域控制第九章电力系统广域控制一．概述

二．电力系统广域测量系统(WAMS)三．基于WAMS的电力系统广域控制

电力系统广域测量（动态实时监控）是近年来发展起来的一项新技术，被称为电力系统三项前沿课题之一。20世纪90年代初，基于全球定位系统（GPS）的相量测量单元（PMU）的成功研制，标志着同步相量技术的诞生。它在电力系统中的广泛应用，促进了大电网广域测量系统（WAMS）的形成和发展。一．概述

美国于1992年开始装设相量测量装置，我国也于1995年开始组建了电网的功角监测系统。

应用实践证明：电网广域测量系统能监测电网运行状态、进行系统特性分析，准确捕捉电力系统在故障扰动、低频振荡和系统试验等情况下的动态过程及行为特性，成为校核电力系统稳定计算模型的有效手段，取得了较好的社会效益和经济效益。一．概述

随着区域电力系统互联的发展，电力系统动态行为的监测和控制日益受到广泛关注。国家电力调度通信中心于2003年2月颁布了《电力系统实时动态监测系统技术规范（试行）》，该技术规范强调了对电力系统动态过程的实时监测。一．概述

《电力系统实时动态监测系统技术规范（试行）》中要求：为配合全国联网，进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测和分析能力，应在重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置，构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与EMS系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。一．概述

电力系统动态过程的实时监测（广域测量）对电力系统的稳定分析、预警、调度、事故分析、参数辨识及在线稳定决策都大为有益，将给电力系统的运行及控制带来巨大变革性影响，为解决复杂电力系统的系列难题提供了新的有效的手段。一．概述

电力系统广域测量系统由相量测量装置(PMU子站)，数据传输通道和系统主站构成。

PMU子站利用高精度的GPS卫星同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量。二．电力系统广域测量系统(WAMS)

二．电力系统广域测量系统(WAMS)

广域测量系统主站安装在电力系统调度中心。主站通过数据传输通道接收来自子站或其他主站的测量数据、事件标识、录波文件、实时记录文件等。

另外，主站可以接收EMS等其它系统的数据；开放相量数据给其他应用软件系统调用，并转存到历史数据库。二．电力系统广域测量系统(WAMS)

主站中还包括高级应用层，集中了在线电网运行动态监测系统（直观的图形显示、调度决策辅助系统）、数据处理，数据的管理与维护及离线分析等工具与软件。二．电力系统广域测量系统(WAMS)

主站在接收到来自子站的相量数据后，对这些数据进行分析、处理、存储、归档，利用这些数据开展电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析、电力系统动态模型辩识和校正、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、故障定位及线路参数测量等方面的研究和应用。

所有这些应用给电力系统分析和控制提供了新的视角和方法，成为制定电力系统控制策略和确定电力系统设计、运行、规划方案的重要依据。二．电力系统广域测量系统(WAMS)

电力系统稳定性是电力系统在受到干扰后能否继续保持稳定运行的能力。由于干扰的客观存在性以及干扰发生的不可预见性，使得保持电力系统的稳定性成为电力系统安全运行的最重要的任务之一，系统的调度员必须时刻保持系统在稳定域内运行。三．基于WAMS的电力系统广域控制

广域测量系统(WAMS)可以直接测量、显示电力系统各节点的功角。这种方法可以使调度员直接观察到系统当前的功角及其变化情况。但是，由于多机系统的复杂性，各节点的功角稳定临界值并不一样，而且还会随着系统运行方式的变化而改变。调度员能“看到”各节点的功角值，但不知道该节点的功角临界值，不知道当前运行点离稳定边界有多远。三．基于WAMS的电力系统广域控制

为了使调度员不仅能“看到”各发电机功角值和各节点电压角度值，还要知道相应的功角稳定临界值，知道当前运行点离稳定边界有多远，能在任何情况下都能直观的“看到”系统的稳定状况，就必须能快速的确定各功角当前的稳定临界值，计算出各功角的稳定裕度。三．基于WAMS的电力系统广域控制

要使功角稳定临界值和稳定裕度的计算能对调度员了解系统当前的稳定状况有所帮助，计算的快速性是非常重要的。另外，从实用的角度来看，计算所依据的测量量必须是局部量，最好是本地量。将电网的全部状态量引入计算是不现实的。三．基于WAMS的电力系统广域控制

基于以上思路，我们提出了利用电力系统的局部测量信息进行电力系统稳定性判断的理论，并研究、开发了依据该理论的电力系统稳定监测系统。三．基于WAMS的电力系统广域控制

该理论综合非线性理论研究中的等值理论、辨识理论和系统稳定性理论，根据电力系统的具体情况提出了这种全新的判断电力系统稳定性的理论。该理论主要包括以下几方面的内容。三．基于WAMS的电力系统广域控制

1电力系统等值

将电力系统分为内部系统（有测量信息的系统）和外部系统（没有测量信息的系统）两部分。将内部系统中与外部系统相连的节点称为边界节点，边界节点与外部系统相连的线路称为连接线路，即边界节点通过连接线路与外部系统相连。连接线路与外部系统相连的节点称为等值节点。在等值节点将外部系统等值为发电机与负荷模型。内部系统与连接线路和等值节点的发电机与负荷构成了等值电力系统。三．基于WAMS的电力系统广域控制

2等值电力系统参数的在线辨识

构成了等值电力系统后，需要对等值电力系统各线路阻抗参数及等值发电机和等值负荷参数进行辨识。系统在受到扰动后，系统的运行变量会发生有规律的变化，利用每个时刻的测量量即可对等值电力系统的参数进行辨识。三．基于WAMS的电力系统广域控制

对于较简单的线路模型，用2~3个时刻的测量量即可辨识出模型的参数。对于较复杂的发电机与负荷模型，则需多个时刻的测量量才可辨识出模型的参数。全面完成等值电力系统参数的辨识需要5个时刻的测量量。在随后的每个时刻都对已辨识的参数进行递推辨识，利用新的测量量不断修正模型参数，使等值电力系统的模型能适应实际电力系统运行状态的变化。三．基于WAMS的电力系统广域控制

3电力系统的稳定判断

建立了等值电力系统的模型后，根据测量的各节点电压量和各线路的电流量及功率量，即可进行系统的稳定性判断。

三．基于WAMS的电力系统广域控制

以往的电力系统稳定计算和判断是在系统受到一系列扰动或控制的作用后，判断系统最终的稳定性。这在实际应用中有几点不足。三．基于WAMS的电力系统广域控制

一是只知道整个系统稳定与否，不知道稳定程度在系统的分布。要知道，即使系统是稳定的，系统各处的稳定裕度一般也是不一样的。当系统失稳时，也不会所有发电机都失步。因此，应该计算出系统各处的稳定性分布，而不是单一的整个系统的稳定性。三．基于WAMS的电力系统广域控制

二是只知道系统最终的稳定状况，而对动态过程中各时刻的稳定性则没有考虑。实际上系统最终的稳定状况不仅与系统的初始运行状态有关，还同后续的一系列扰动（或控制）有关，系统在各时刻的稳定性是不一样的。而系统各时刻稳定性的计算对于确定是否要实施后续控制是非常重要的。因此，电力系统稳定性在线判断的任务是要计算出系统各处在各时刻的稳定性。三．基于WAMS的电力系统广域控制

为了能准确、快速地判断出系统各处各时刻的稳定性，经过多年的研究，终于成功地将等值电力系统的动态方程解耦，并依据直接法的原理，构造了反映系统稳定性的能量函数。在线计算系统各处各时刻的临界稳定值及稳定裕度，全面反映系统的稳定性。三．基于WAMS的电力系统广域控制

准确、快速地判断出系统各处各时刻的稳定性可以使调度员在各种运行状况下都能正确地掌握系统的稳定状况。并根据系统当前的稳定状况，及时进行处理。当系统某地区的稳定裕度减小时，调度员可以采取相应措施，提高该地区的稳定裕度，避免发生失稳事故。三．基于WAMS的电力系统广域控制遇到危及稳定的大干扰时，一方面，自动稳控装置可依据系统稳定的具体计算结果实施控制，避免稳定破坏事故的发生。另一方面，调度员通过监