华电电力系统自动化第17讲-调度自动化(3)-静态安全分析和安全评定

华电电力系统自动化第17讲-调度自动化(3)-静态安全分析和安全评定第一页，共34页。静态安全分析第二页，共34页。电力系统的可靠性、安全性和稳定性可靠性:电力系统元件、设备和系统在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的可能性

系统在长的运行周期中工作正常的概率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安全性电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力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稳定性扰动后系统整体性的维持能力取决于系统的运行条件和扰动的性质第三页，共34页。电力系统的可靠性、安全性和稳定性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也可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，则前者的安全性相对较差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第四页，共34页。电力系统的可靠性、安全性和稳定性NERC＝北美电力可靠性协会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可靠性包括概率充分性和概率稳定性两个方面概率充分性是指电力系统考虑计划内和非计划内元件停运时，为用户不间断地提供电力和电量的能力。概率充分性也常指静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电量的能力。概率稳定性是指电力系统承受突然发生的扰动(例如突然短路或非计划地失去系统元件)的能力概率稳定性有时也称动态可靠性，也就是在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电量的能力第五页，共34页。电力系统的可靠性、安全性和稳定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，并且在该状态下满足所有必须的约束要求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对要求1的验证称为静态安全分析，对要求2的验证称为动态安全分析因此，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第六页，共34页。电力系统的可靠性、安全性和稳定性电力系统中目前的安全性分析基于确定性方法设计和运行时要求系统能够承受一系列正常扰动—N－1准则比正常扰动更严重的扰动依靠切机、切负荷以及解列等紧急控制措施主要不足之处认为所有的扰动具有相同的发生概率和相同程度的后果发展方向：基于风险的安全性评估考虑运行方式和事件发生的概率，定量分析和研究系统的风险对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量第七页，共34页。电力系统运行状况的数学模型－等式约束和不等式约束节点功率平衡条件节点电压幅值约束发电机功率出力约束各支路（线路、变压器）潮流约束第八页，共34页。电力系统运行状况的数学模型等式约束不等式约束x是状态变量。取为节点电压幅值和相角u是控制变量，可选为发电机有功、无功出力，变压器变比，可投切的电容器，等等第九页，共34页。电力系统实时运行状态的分类正常状态：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：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紧急状态：满足等式约束，但不满足不等式约束待恢复状态：有部分地区违反了等式约束第十页，共34页。电力系统安全控制的分类安全控制：指系统工作在某一运行状态时，为了提高其安全性，所拟订的防止事故，预防事故的对策措施预防控制（PreventiveControl）校正控制（CorrectiveControl）紧急控制（EmergencyControl）恢复控制（RestorativeControl）第十一页，共34页。电力系统运行状态及状态转移第十二页，共34页。电力系统静态安全分析中的潮流算法要对大量开断故障进行潮流计算以便确定事故发生后系统是否会进入静态紧急状态实时应用对潮流计算的快速性有很高的要求速度和精度的协调直流潮流vs交流潮流第十三页，共34页。直流潮流法的近似处理对于输电线ij，支路有功潮流忽略电阻rij，则:忽略支路对地电容很小，令第十四页，共34页。直流潮流法支路方程:节点方程:B0阵的元素:PiPi1Pik第十五页，共34页。直流潮流法的特点求DC潮流不需要迭代，只需求解一次N-1阶方程，计算速度快DC潮流只能计算有功潮流的分布，不能计算电压幅值，有其局限性DC潮流要满足假设条件(1)rij<<xij(2)相邻母线的相角差很接近(3)各母线的电压在额定值附近(4)支路对地电容很小第十六页，共34页。在线潮流各种安全和经济分析计算的数据源头内含外部网络等值短期/超短期负荷预报不平衡功率分配潮流计算第十七页，共34页。外网等值网络划分为什么？

☆外网实时信息不可用； ☆计算规模限制； ☆保证内网操作计算的精度第十八页，共34页。外网等值(续)★边界匹配◎通过内网的状态估计，计算出边界节点的电压VB；◎将边界节点作为Vθ节点，对等值后的网做潮流计算，计算出边界注入潮流；◎将边界节点作为PQ节点，重新进行潮流计算，得到在线潮流结果。第十九页，共34页。在线潮流--未来方式在线潮流的三个数据源：历史、现在和未来负荷预报为分析未来潮流做准备最重要的一个应用：预先分析未来短时间内系统的变化和操作第二十页，共34页。在线潮流--模拟调度操作模拟开断线路、变压器、发电机组和各种倒闸操作模拟出力和负荷调整模拟机组开断及出力和负荷调整时，应考虑功率缺额或余额在其它机组间的再分配安全分析的好工具第二十一页，共34页。静态安全评定第二十二页，共34页。大电网安全防御体系第一道防线—在常见的单一故障被正常清除时-加强电网结构(远期的预防性控制)-有效的预防性控制措施-快速可靠的继电保护第二道防线—在概率较低的严重故障下,可损失部分电源和负荷,但必须保持系统稳定-切机、切负荷、FACT等紧急控制措施第三道防线—在概率很低的多重严重故障下,允许失稳,但应避免大停电,并尽量减少损失-失步解列-低频、低压减载等紧急控制措施第二十三页，共34页。三道防线措施实施的不同时刻预防控制检测到故障后紧急控制检测到越规后极端紧急控制第二十四页，共34页。稳定域每道防线的作用稳定域稳定域稳定域稳定域稳定域故障发生加强电网预防控制继电保护检测到故障检测到越规小概率特别严重故障严重故障一般故障第一道防线第二道防线第三道防线t第二十五页，共34页。电力系统静态安全评定X在某一预想事故下，考察系统的静态安全性支路电流过载母线电压越限丢失负荷第二十六页，共34页。电力系统静态安全评定(续)自动故障选择◎定义：按元件故退出运行(开断)对系统安全性影响的严重程度排序◎被开断的元件 串联支路－－输电线和变压器 并联支路－－发电机和负荷◎严重程度指标 有功支路过负荷 节点电压越界

丢失负荷第二十七页，共34页。交流开断潮流思路基态网络开断元件第二十八页，共34页。不同的开断处理支路（线路，变压器）开断网络结构发生变化，迭代矩阵改变，注入功率不变发电机，负荷开断网络结构不变化，只改变注入功率第二十九页，共34页。发电机开断的模拟当发电机开断时，整个系统的发电功率不足以供给有功负荷需要，系统频率将降低。借助发电机调速器的作用，系统中各发电机都会自动增加出力来恢复系统频率。由于调速器有一定的调差系数，整个系统频率将会稳定于略低于额定频率的值。这一过程在几秒到十秒内结束。届时，所有发电机的有功出力都将发生变化。发电机开断时潮流迭代矩阵不变，只是节点注入变化。第三十页，共34页。发电机组出力的变化节点k上发生发电机开断，该节点注入功率将变为其它节点的注入功率也将变化：忽略网损变化则有第三十一页，共34页。复杂的故障情况实际电力系统中，一个元件故障引起自动装置或继电保护动作，引起连锁反应，动作的元件不只一个，而是多个，动作也不局限于开断，也由投运（如备用电源自投）。此时应综合考虑动作元件，