电力系统静态安全分析基本理论

电力系统静态安全分析 基本理论

陆 未 2011.10.26

内容提要

概述 电力系统静态等值 基本节点与基本支路 支路开断模拟 发电机开断模拟 预想事故的自动选择

一、概述

随着系统总容量的增加，网络的不断扩大，系统出现故障的 可能性也日趋增加,最终导致用户供电中断。 为保证供电持续性，要求系统安全可靠。

可靠性：在互连系统规划设计方面，当出现故障，系统保 证对负荷持续供电的能力。是一个长时间的概念。 安全性：在互连系统的运行方面，当出现故障，保证对负 荷持续供电的能力。是时变的或瞬时性问题。

目前的安全分析， 大部分采用确定性方法，用潮流和稳定程 序对最严重的事故情况进行大量运算。

安全分析的目的：提高系统安全性。

必须从系统规划、系统调度操作、系统维修等 方面统一考虑，最终体现在系统运行条件上。

电力系统在运行过程中必须满足两类条件：

等式约束条件

不等式约束条件

电力系统运行状态(1) 等式约束条件

对安全的解释，在实用中更确切地用正常供电情况 下，是否能保持潮流及电压模值等在允许的范围以 内表示。 等式的约束形式：g(x)=0. 式中：x为系统运行的状态量。可以认为是功率平 衡。

电力系统运行状态(2) 不等式约束条件

在具有合格电能质量的条件下，有关设备的运行状态 应处于其运行限值以内，即没有过负荷。即：Uimin≤Ui≤Uimax

Pkmin≤Pi≤PkmaxQkmin≤Qi≤Qkmax 也可写成：h(x) ≤0

即系统中的某些变量必须在一定限值以内，如各节点 的电压模值，机组的有功和无功出力，支路潮流等。

电力系统运行状态(3) 根据系统对以上两类约束条件的满足情况，可将电 力系统用四种状态来描述：

安全正常状态 不安全正常状态

紧急状态恢复状态

电力系统正常运行时应同时满足等式和不等式两种 约束条件。这时处于运行的正常状态

电力系统运行状态(4) 正常状态的电力系统可分为安全正常状态与不安全 正常状态。

已处于正常状态的电力系统，在承受一个合理 的预想事故集(contingency set)的扰动之后， 如果仍不违反等约束及不等约束，则该系统处 于安全正常状态。 如果运行在正常状态下的电力系统，在承受规 定预想事故集的扰动过程中，只要有一个预想 事故使得系统不满足运行不等式约束条件，就 称该系统处于不安全正常状态。

预防控制：使系统从不安全正常状态转变到安全正 常状态的控制手段。

电力系统运行状态(5)

电力系统安全分析就是应用预想

事故分析的方法来 预见知道系统是否存在隐患，即处于不安全正常状 态，采取相应的措施使之恢复到安全正常状态。 静态安全分析：用来判断在发生预想事故后系统是 否会发生过负荷或电压越限。

暂态安全分析：判断系统是否会失稳。

电力系统运行状态(6)

紧急状态：运行在只满足等式约束条件但不满足不 等式的状态。

持久性的紧急状态：没有失去稳定性质，可通 过校正控制使之回到安全状态。 稳定性的紧急状态：可能失去稳定的紧急状态。 通过紧急控制到恢复状态。

紧急控制一般包括甩负荷，切机，解列控制。

电力系统运行状态(7)

系统经紧急控制后回到恢复状态，此时系统可能不 满足等式约束，而满足不等式约束，或一部分满足 约束，另一部分不满足。 对处于恢复状态的系统，一般通过恢复控制使之进 入正常状态。 恢复控制一般有启动备用机组，重新并列系统等。

电力系统运行状态(8)安全状态 预防控制 校正控制 不安全状态 恢复控制

紧急控制

紧急状态 偶然事件状态转移

恢复状态 安全控制状态转移

电力系统运行状态分类及其转化过程

二、电力系统静态等值

应用等值方法可以大大缩小问题的计算规模，系统中某些不可观 察部分也通过等值方法来处理。

电力系统按计算要求分研究系统和外部系统。前者要求详细计算， 后者可用等值计算来取代。研究系统可分为边界系统和内部系统。

边界系统是指内部系统与外部系统相联系的边界点(或边界 母线)。内部系统与边界系统的联络支路称为联络线。

外部等值方法必须保证，当研究系统内运行条件发生变化，其等 值网络分析结果应与未简化前由全系统计算分析的结果相近。

互联电力系统的划分

联络线 内部系统I 外部系统E

互联系统可用划分成 研究系统ST和外部系 统E 两部分。 某些文献把研究系统 分成边界系统B和内 部系统I。如右。 还有一种，把内部系 统称为研究系统，而 边界母线归并在外部 系统中。 一般WARD等值用前 种，REI等值用后一 种。

边界母线B 研究系统ST 拟予等值的系统E

互联系统PS

互联系统的第一种划分边界母线 联络线 内部系统I 外部系 统E

研究系统ST

拟予等值的系统E

互联系统PS

互联系统的第二种划分

等值目的 降低网络分析的计算量和对内存的需求 回避量测不全或无量测的网络部分，降低量 测信息需求量 删除不关心的网络部分，避免分析者分散注 意力 我国等值主要目的 网调度中心：对某些省网进行等值处理 省调度中心

:对某些与之相联的省网进行等 值处理 地调度中心：对相邻地区或省网进行等值处 理

分 类：拓扑法 识别法(非拓扑法 )

识别法：根据内部系统实时量测信息估计出外 部系统的等值，如果系统发生结构改 变应重新启动

拓扑法：Ward等值法 REI 等值法 1949 Ward 1975 Dimo