输电断面安全性保护与关键技术精.ppt

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1、输电断面安全性保护与关键技术第1页，本讲稿共54页报告内容1、研究背景与意义2、输电断面安全性保护3、关键技术n电力网络结构安全性分析理论基础n电力网络潮流转移快速搜索算法n基于灵敏度分析的紧急控制算法n输电断面安全性保护综合仿真平台第2页，本讲稿共54页1、研究背景与意义n 国外大面积停电事故频繁发生国家 时间 事故 事故后果 美国 2003.8.14北美东部损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。瑞典丹麦 2003.9.23瑞典丹麦停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时意大利 2003.9.28意大利6,4

2、00MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。英国2003.8.28伦敦地铁停电724MW，影响41万用户，50万乘客被困，停电37分钟1小时马来西亚 2003.9.1马来西亚马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。第3页，本讲稿共54页广域测量系统n传统SCADA/EMS系统(采用窄带宽的通信介质、用模拟信号进行远距离传输1200bps)，刷新周期长(5s)，无法满足紧急控制的实时性要求。n电力系统光缆SDH通信技术(622Mbps)、微处理器技术、IP技术、GPS、PMU的发展，使得构建实时的广域测量系统成为现实；其刷新周期可达2050ms，为实现系统级的实时安全性保护

3、与控制提供了可能。第4页，本讲稿共54页典型大停电事故分析n 1978 法国大停电事故图1 1978 法国大停电事故 第5页，本讲稿共54页n 1982 加拿大魁北克大停电图2 魁北克735kV系统事故前接线和潮流示意图 第6页，本讲稿共54页研究目的n绝大多数大面积停电事故，起因都是静态潮流问题，动态问题随后加剧了系统的崩溃。n运行在接近极限边缘的输电网络，因若干低概率事故引发功率大范围转移，造成相邻元件过载，形成连锁过载跳闸以致系统失去电压稳定或功角稳定，最终瓦解。n基于广域测量信息对紧急状态下的静态潮流转移问题进行研究，并在线实时寻找相应的控制对策，对于有效抑止大停电事故的发展、蔓延具有

4、重要意义。第7页，本讲稿共54页2、输电断面安全性保护的概念（1）输电断面安全性保护的任务 通过协调断面上的后备保护和自动装置的动作，避免断面内通过协调断面上的后备保护和自动装置的动作，避免断面内的支路发生连锁过载跳闸，维持断面的输电能力，防止断面的支路发生连锁过载跳闸，维持断面的输电能力，防止断面潮流的大幅度转移。潮流的大幅度转移。预测预测出并行输电断面存在出并行输电断面存在连锁过载跳闸连锁过载跳闸的可能时，通过安全的可能时，通过安全稳定控制系统进行紧急控制，稳定控制系统进行紧急控制，消除支路过载消除支路过载。反之，则。反之，则允许过负荷保护延时跳闸。允许过负荷保护延时跳闸。第8页，本讲稿共

5、54页2、输电断面安全性保护的概念（2）实现安全性保护的信息条件实现安全性保护的信息条件 输电断面安全性保护需要实时获取系统级的信息，快速输电断面安全性保护需要实时获取系统级的信息，快速收索当前的输电断面，快速评估线路开断后断面的潮流情收索当前的输电断面，快速评估线路开断后断面的潮流情况，并给出可行的控制方案执行之。况，并给出可行的控制方案执行之。提升提升SCADA/EMSSCADA/EMS系统的数据更新速度或利用快速动态信系统的数据更新速度或利用快速动态信息系统，刷新周期长短于息系统，刷新周期长短于1 1秒；将分散安装的过负荷保护和秒；将分散安装的过负荷保护和各种安全自动装置联网，构成安全稳

6、定紧急控制系统；完成各种安全自动装置联网，构成安全稳定紧急控制系统；完成对电网的实时监视、实时计算真、实时控制。对电网的实时监视、实时计算真、实时控制。第9页，本讲稿共54页输电断面的在线快速搜索：输电断面的在线快速搜索：从网络拓扑结构的角度，分析支路开断后潮流转移的规律利用广域测量信息，根据潮流转移特点，快速搜索系统的薄弱环节/并行输电断面。输电断面连锁过载的实时预测输电断面连锁过载的实时预测 通过对电力网络中薄弱环节安全性状况的分析获得整个系统的安全信息，以减少分析计算的工作量，以提高安全控制的实时性。消除输电断面过载的实时控制消除输电断面过载的实时控制 当确认系统薄弱环节存在连锁跳闸的危

7、险后，须快速确定相应的紧急控制策略，在保护动作前消除元件过载3.实现输电断面安全性保护的关键技术（1）第10页，本讲稿共54页电力网络结构安全性分析理论基础n 广义基尔霍夫定律 通过一个闭合面的支路电流的代数和总是等于零，或者说，流出闭合面的电流等于流入同一闭合面的电流。以上3式相加后，得对闭合面S的电流代数和：第11页，本讲稿共54页n网络拓扑与负荷分布对潮流转移的影响潮流转移特征分析(1)结论：断面C中所有线路有功功率之和在线路 开断前后相同，换言之，线路 功率转移到断面其它线路之中。线路 断开：第12页，本讲稿共54页n对于弱受端系统电网结构，重负荷线路因运行异常延时切除后，系统潮流往往

8、在与该重负荷线路有相同电源区或负荷区的并行输电断面内转移。n 对于强受端系统电力网络，电源与负荷就近供电，多数没有明显的并行输电断面。n弱受端系统：指受端电源容量小，主要依靠外电源送电的结构。n强受端系统：电源与负荷均匀分布，受端系统内的电源容量比较大，内部联系紧密的电网结构。第13页，本讲稿共54页n中国电力网络：系统一次比较薄弱，由于能源与经济发展不平衡，电源与负荷分布不均，存在若干并行输电通道。预计到2020年，每年将有大约100000MW电力从西部送至东部第14页，本讲稿共54页潮流转移特征分析(2)n输电元件物理参数对系统潮流的影响 根据直流潮流模型：忽略支路电阻和对地电容，支路两端

9、的相角差一般不大，可以近似认为，于是任意两节点之间的功率可表示为：结论：输电线路阻抗参数越小，在相同条件下，传输功率就越大 第15页，本讲稿共54页支路开断数学模型n 补偿法：认为支路未被开断，而是在两端节点处引入某一待求的功率增量来模拟支路开断。(a)系统初始状态(b)系统最终状态(c)模拟支路开断得最终状态(d)系统补偿网络第16页，本讲稿共54页简单系统示例支路电流支路电流j-m0.09I0j-k0.10I0j-n0.18I0m-k0.27I0n-m0.18I0k-p0m-q0k-i0.36I0 等效注入电流在网络中的分布：两节点之间长度最小的最短路径(Rs：j-n-m-k-i)支路电流

10、最大，换言之，开断开断支路两节点之间的最支路两节点之间的最短路径上支路功率变短路径上支路功率变化量最大化量最大第17页，本讲稿共54页(1)(2)(3)(4)最短路径潮流转移分析简单并行网络最短路径潮流转移分析 虚线：表示通过若干中间节点相连粗实线：表示两节点直接相连粗实线：长度近似表示线路阻抗大小i j最短路径 ：i n p q m j第18页，本讲稿共54页最短路径潮流转移分析n 最短路径上每一条支路的电流，分别大于与之并联的其它支路电流 n进一步分析发现，随电流分支数目增加，相应最短路径上的支路电流也就会越来越小：n而非最短路径支路功率(该支路不在最短路径上)在终端节点b汇总：?第19页

11、，本讲稿共54页n对于强受端系统电力网络n电源与负荷均匀分布，电源与负荷就近供电n任意母线节点“出线”回路数K一般都比较少 k Rule2 Rule3,即首先寻找满足Rule1的调整对，若没有则寻找Rule2，再没有则Rule3。nRule1：能有效降低所有过载支路潮流的控制调整对i、jnRule2：只能降低最严重支路潮流与断面过载量总和的控制调整对i、jnRule3：只能降低断面总体过载量的控制调整对i、j第40页，本讲稿共54页n正常支路的启发式规则：根据调整对灵敏度的符号判断节点i和节点j对正常支路的作用，以确定满足支路潮流约束的调节量。n若 ，表明调整ij会使支路潮流降低，则不必对调整

12、量进行约束n若 ，表明调整ij会使支路潮流增加，则需要对调整量进行约束，调整量不应超过 ，其值由下式确定其中 为正常支路K距离其输电极限的冗余量第41页，本讲稿共54页n为了保证所有正常支路都不过载，确定出最小的调整量约束：n节点i和节点j的最终调节量是以下四项数据的最小值：本次控制的应调量 ，本次控制的最小约束量 ，节点的可加量 ，和节点的可减量 ，即为第42页，本讲稿共54页输电断面安全性保护仿真平台n输电断面安全性保护算法的测试平台由以下几个模块构成：1.数据输入模块2.并行输电断面快速搜索3.最短传输路径快速搜索4.基于分布系数法断面潮流分析5.防止输电断面连锁过载的紧急控制算法第43

13、页，本讲稿共54页n算法流程第44页，本讲稿共54页n仿真平台界面第45页，本讲稿共54页n输电断面搜索流程第46页，本讲稿共54页n 输电断面安全性分析流程第47页，本讲稿共54页n紧急控制算法流程第48页，本讲稿共54页山东系统仿真n系统特点n513个节点，940条支路，网络规模庞大n500kV与220kV高低压运行，结构复杂,无明显高低压电磁环网n西部电源较集中，东部负荷较重，呈现“西电东送”的特点n存在若干并行输电通道第49页，本讲稿共54页支路编号分布因子(降序)断开前有功(pu)开断后有功(pu)调整后有功(pu)600234#0.5378960%95.5%57.92600233#

14、-1.0000110%0.0098.0%600823#0.3004725%118.6%8.85%600639*0.2965940%96.5%67.22%600137#0.2305360%87.4%54.37%600139#0.2305360%87.4%54.37%600748#0.1642960%69.1%63.15%6008430.0039070%70.0%68.32%6000180.0039070%70.0%68.32%6008320.0013070%70.0%69.23%n示例 鲁青岛厂220到鲁李山站220的支路(编号：600233)发生了过载，根据本文输电断面搜索算法，可得相应的并行

15、输电断面。注：标“#”表示该线路并行输电断面中第50页，本讲稿共54页控制策略表节点名称节点类型原来大小上调/下调控制量最终大小鲁青岛厂1号发电机300MW下调28.83271.20鲁华德厂5号发电机451.55MW上调28.83480.38得出控制策略需要时间5ms第51页，本讲稿共54页n 运行界面第52页，本讲稿共54页算法不足之处及下一步研究计划n尚未考虑线路传输容量裕度n本文算法的目标，在于寻找受过载支路开断影响最严重的线路，即寻找潮流增加量最大的一些线路。但是，线路安全与否还与该线路的备用传输容量裕度有关。n断面搜索尚未考虑过载支路在区内的情况n本文主要考虑的是区域之间断面潮流的转移问题，尚未考虑过载支路在区内的情况。针对这种情况，笔者准备采用最短路径搜索算法或者零增量法等局部潮流算法进行分析，有望能弥补目前算法的不足。第53页，本讲稿共54页n 只考虑了输电线路的功率方向，没有考虑输电线路的功率大小 n如果能够既考虑功率方向又考虑功率大小，再结合电流分解的比例分配原则：注入电流在同一节点各出线的分量与相应出线的总电流成比例，有望能减小关键输电断面中线路的漏选 n当前的控制算法是节点两两配对，下一步同时对多个节点进行局部优化，提高控制成功率。n在获得理论控制量后，需要根据离散控制的特点形成可行的控制措施方案第54页，本讲稿共54页