影响系统暂态稳定的故障危害度量化评估

摘要

随着我国“西电东送、南北互供、全国联网”能源战略的实施、智能电网和能源互联网建设的稳步发展以及“八交八直”特高压输电工程的投运，我国已经形成了全世界规模最大、电压等级最高的交直流互联大电网，为我国经济社会发展提供了坚强的电能保障。我国电网输送容量大、距离长，电力系统运行方式和故障场景复杂多变，单一设备故障对系统冲击变大，由局部故障发展为系统性连锁故障的危险性升高，系统失稳所引发的大停电事故将对社会、经济造成难以估量的损失。因此，开展影响系统暂态稳定的故障危害度量化评估研究，实时准确地量化分析故障的危害程度，作为实现电网快速安全控制的依据，具有重要的现实意义。
　　故障危害度是基于已有的稳定裕度概念对电力系统故障的严重程度的量化。电力系统稳定裕度是指系统运行状态相较于系统临界稳定状态的裕度;而故障危害度是在系统稳定裕度的基础上进一步将故障对系统安全的危害程度量化。通过故障危害度的定量描述可以在电力系统的第一道防线与第二道防线的信息之间建立起紧密的联系，有助于整体提升系统的安全运行能力。本文的创新点是提出了故障危害度这一概念，实现了对系统各种故障情况危害程度的量化评判，有助于优化系统的安全控制功能。
　　首先，因能量函数分析法具有计算量小，可直观反应故障危害等优点，满足故障危害评估的实时分析要求，确定能量函数法为本文所要选取的分析方法。对单台机组利用能量函数分析法进行了推导研究，进一步得到了多机组的能量函数表达式，为故障危害度评估确立了基本方法。
　　然后，研究了电力系统发生故障后机组的分群方式，目的是确定受扰最严重的若干个机组。采集了发电机的功角信息，运用主成分分析法将故障后系统中的机组进行分群，等值为两群模式，并在IEEE四机两区以及16机68节点系统进行了仿真验证。机组分群为能量函数分析法在复杂多机系统中应用降低了难度。该分群方法的优点是能够综合考虑网络拓扑结构、故障类型、故障位置、电力系统的运行工况等因素，为故障危害度的量化评估提供了便利。
　　最后，将所提能量函数方法应用到分群后的故障系统中，提出了故障危害度指标，实现了故障对电力系统危害程度的量化评估。首先，对分群后的机组进行保稳变换，对系统的模型做了简化;然后，为克服精度不足、物理意义丢失等缺点，采用能量函数法分析了各个部分产生的失稳能量;最后，提出故障危害度指标，并将简化后的能量函数应用到电力系统故障危害度的定量评估。系统各因素考虑全面、易于工程实施以及计算量较低是所提方法的优点，有望应用于实时的故障评估。
　　在IEEE四机两区以及16机68节点系统上的仿真研究验证了所提方法的有效性和实时性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 稳定性研究现状

1．2．2 同调机群识别研究现状

1．2．3 故障危害度研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 能量函数分析方法

2．1 单机能量函数

2．2 多机能量函数

2．2．1 全部能量函数

2．2．2 局部能量函数

2．3 本章小结

第3章 故障后系统的同调群识别

3．1 基本原理

3．1．1 同调识别基本原理

3．1．2 主成分分析法

3．1．3 采用主成分分析法的机组同调识别

3．2 四机两区系统仿真

3．2．1 四机两区系统介绍

3．2．2 算例分析

3．3 十六机系统仿真

3．3．1 十六机系统介绍

3．3．2 算例分析

3．4 本章小结

第4章 故障危害度量化研究

4．1 双机等值保稳变换

4．2 故障时注入机组的能量

4．2．1 故障系统的全部能量

4．2．2 故障系统的势能分解

4．3 故障危害度指标

4．4 仿真分析

4．4．1 四机两区系统

4．4．2 十六机系统

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢