大區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的飛速發(fā)展以及大規(guī)模間歇式能源的接入,對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)提出了更高的要求,暫態(tài)穩(wěn)定控制方式正逐步轉向“實時決策,實時控制”模式�；趶V域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System,WAMS)的安全穩(wěn)定控制技術克服了傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制模式難以滿足實時性的問題,能夠實現(xiàn)電力系統(tǒng)的“實時決策,實時控制”,受到國內外學者的廣泛關注。本文針對暫態(tài)穩(wěn)定控制研究中的暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡預測、暫態(tài)穩(wěn)定性判別以及暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制三個關鍵問題,研究了基于廣域響應信息的暫態(tài)穩(wěn)定分析及控制技術,主要研究內容如下:(1)針對暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡預測,提出了一種基于自憶性灰色Verhulst模型的暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡實時預測方法。同時考慮暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡的典型動態(tài)特征及其強非線性和隨機波動性,構建了具有自憶性的灰色Verhulst模型；基于此數(shù)學預測模型,提出了一種模型參數(shù)自適應的實時預測方案,該方案采用等維新息遞補技術及滾動預測方法,能夠充分利用WAMS實時量測數(shù)據(jù),不斷更新樣本數(shù)據(jù)以提高預測性能及模型參數(shù)自適應性。最后結合擴展等面積準則(Extended Equal Area Criterion,EEAC)暫態(tài)穩(wěn)定性判據(jù),對基于預測軌跡的暫態(tài)失穩(wěn)識別的快速性及有效性在新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)以及實際三華電網(wǎng)中進行了仿真驗證,結果表明該方法可以有效提高暫態(tài)失穩(wěn)識別的快速性,可為后續(xù)緊急控制爭取更多時間。(2)基于非線性動態(tài)系統(tǒng)最大李雅普諾夫指數(shù)(Largest Lyapunov Exponent,LLE)穩(wěn)定性判別理論,研究了一種無需系統(tǒng)模型的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法。首先從非線性動態(tài)系統(tǒng)角度出發(fā)對電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定問題進行描述,根據(jù)LLE穩(wěn)定性判別原理建立了基于LLE的暫態(tài)穩(wěn)定問題研究思路;根據(jù)LLE直接估算法原理,提出了改進的LLE估算法,并利用該方法深入分析了發(fā)電機相對功角響應軌跡LLE的典型動態(tài)特征及關鍵特性,在此基礎上分別提出了基于響應軌跡LLE動態(tài)特征的暫態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測方法及同調群識別算法。前者針對實際中不完備的PMU配置問題,提出了基于臨界機組對的暫態(tài)穩(wěn)定性在線監(jiān)測方案以弱化對PMU配備的要求并節(jié)省計算成本;后者針對臨界機群識別問題,提出了一種基于LLE的臨界機群識別算法。所提方法完全基于實測響應數(shù)據(jù)且計算簡單快速,易于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的在線實現(xiàn),為后續(xù)暫態(tài)穩(wěn)定性判別及緊急控制研究奠定了基礎。在新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)上仿真驗證了所提方法的準確性和對不同故障場景的適用性。(3)針對暫態(tài)穩(wěn)定性判別,提出一種基于最大李雅普諾夫指數(shù)指標(Largest Lyapunov Exponent Index,LLEI)與角速度偏差(△ω)的暫態(tài)穩(wěn)定性快速判別方法。首先基于無需系統(tǒng)模型的LLE估算法,從發(fā)電機轉子運動方程出發(fā)建立了 LLE與△ω的數(shù)學關系,再利用響應軌跡LLE的關鍵特性并結合受擾相軌跡的動態(tài)響應特性,推導出將LLEI與△ω相結合的快速暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù),利用該判據(jù)提出了一種基于臨界機組對的暫態(tài)穩(wěn)定性實時判別方案,以弱化對PMU配備的要求并能加快暫態(tài)穩(wěn)定性判別。所提方法將非線性動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性原理與暫態(tài)穩(wěn)定物理機理相結合,兼顧了穩(wěn)定性判別的準確性和快速性;與基于LLE符號特征法相比,該方法無需尋找最優(yōu)觀測窗口且所需計算窗口很短,并能給出確切的穩(wěn)定性判別時間;與常規(guī)相軌跡法相比,該方法不受軌跡突變及不規(guī)律變化的影響。在新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)和實際華東電網(wǎng)上分別驗證了所提方法的有效性和適用性。(4)針對暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制,提出了一種基于暫態(tài)不平衡能量函數(shù)的切機切負荷聯(lián)合閉環(huán)緊急控制方法。首先從發(fā)電機轉子運動方程出發(fā),定義了系統(tǒng)的暫態(tài)不平衡能量函數(shù),并基于系統(tǒng)修正的暫態(tài)能量函數(shù)及其故障后守恒性分析得到了系統(tǒng)暫態(tài)不平衡能量函數(shù)的關鍵特性,然后結合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時的不平衡功率特性,得到切機切負荷控制量的求解方法。該方法從暫態(tài)失穩(wěn)的本質原因出發(fā),能夠準確得到使系統(tǒng)恢復穩(wěn)定運行的控制量,并且通過切機切負荷聯(lián)合緊急控制可有效改善單一切機控制后系統(tǒng)頻率或者電壓過低問題。最后綜合全文方法,提出了一套完整的基于WAMS的暫態(tài)失穩(wěn)實時預測及實時閉環(huán)緊急控制方案,該方案通過提前預測暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡并結合快速暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù),能對暫態(tài)失穩(wěn)進行提前預測,進而利用聯(lián)合閉環(huán)緊急控制方法對系統(tǒng)盡早采取有效控制,使系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運行。利用新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)與實際三華電網(wǎng)不同失穩(wěn)場景進行了仿真驗證。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM712
【部分圖文】：

覆蓋率也顯著增加，２０１４年北美同步相量測量倡議（Ｎｏｒｔｈ?Ａｍｅｒｉｃａｎ?ＳｙｎｃｈｒｏＰｈａｓｏｒ??Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ，?ＮＡＳＰＩ）的調查顯示，己約有２０００個ＰＭＵ裝置在北美電網(wǎng)中投入使用，??該地區(qū)ＰＭＵ部署情況如圖１－１所示［２Ｇ］。??ｉ?＾＾?Ｖ??？？Ｚ?二?＇一?＾?？?ＰＭＵ?位置??☆傳輸主數(shù)據(jù)集中器??ｕａｓｐ＼Ｓ＾ｉ．?★地區(qū)數(shù)據(jù)集中器??圖１－１北美ＰＭＵ布置情況（截止２０１５年３月）??Ｆｉｇ．?１－１?ＰＭＵｓ?ａｎｄ?ｓｙｎｃｈｒｏｐｈａｓｏｒ?ｄａｔａ?ｆｌｏｗｓ?ｉｎ?Ｎｏｒｔｈ?Ａｍｅｒｉｃａ?（ｗｉｔｈ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｖａｉｌａｂｌｅ?ａｓ?ｏｆ??Ｍａｒｃｈ?２０１５）??我國關于同步相量測量技術的研究起步于１９９４年，主要研究機構先后有中國??電力科學研宄院以及清華大學、華北電力大學與浙江大學等院校。１９９４年中國電??３??

?？？？??據(jù)的應用—＾??圖１－２?Ｄ５０００系統(tǒng)集成內容??Ｆｉｇ．?１－２?Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｍａｒｔ?ｇｒｉｄ?ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｄ５０００??（２）?ＷＡＭＳ的工作原理及應用功能??ＷＡＭＳ的基本結構由ＰＭＵ子站、控制中心主站和高速通信網(wǎng)絡組成，其基本??工作原理圖如圖１－３所示。ＷＡＭＳ利用高速的現(xiàn)代通信技術將從ＰＭＵ中獲取的功??角、電壓及電流等測量數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用實時獲取的動態(tài)響應??數(shù)據(jù)對電力系統(tǒng)進行監(jiān)測、分析與控制等應用。其中ＰＭＵ子站主要包括以下４個??模塊。??５??

?２．４．１新英格蘭１０機３９節(jié)點系統(tǒng)算例??新英格蘭丨０機３９節(jié)點系統(tǒng)結構如圖２４所示，該系統(tǒng)有１０臺發(fā)電機和１７??個負荷節(jié)點，發(fā)電機均采用五階模型，其中３９號機為平衡機，具體參數(shù)詳見文獻??［１４９］。??平３０?平３７?????ｃｒ２５?２６?｜?丨叫?２８￣Ｙ￣?２９什＊￣??２?Ｉ?Ｉ?�。玻�?｜?Ｉ??卜?”?３８－Ｈ－??＠?－－ｒｒ３?－ｒｒｒ１８?ｎ－－１７?（Ｓ）???３９?１?ｔ?＂Ｉ?ｒｒｒ－１６?２１ｔｔ￣??ｉ?１５?丁＿?Ｉ?ｉ??▼?？???「４?＾?１４—ｉ?Ｌ?？丄．２４?３６??丄?６?１＾－２３??９＂?ｒｒ?千?ｉ??丁－７?＾—？?丁?＿?２０?２２１?Ｉ?１??〇?ｖ?」??匕１０”??－Ｉ——Ｌ?Ｊｋ－ｒ３１－｜－３２?－Ｊ－３４?４－?３３?－Ｊｒ?３５??Ｉ?？Ｉ?？?？?？?？??圖２４新英格蘭１０機３９節(jié)點系統(tǒng)??Ｆｉｇ．２－４?Ｎｅｗ?Ｅｎｇｌａｎｄ?１０－ｍａｃｈｉｎｅ?３９－ｂｕｓ?ｓｙｓｔｅｍ??設置ｂｕｓ?４－ｂｕｓ?１４間輸電線０?ｓ時刻首端發(fā)生三相短路，通過反復仿真可獲得??該故障場景下臨界清除時間為〇．２３ｓ。算例１將故障清除時間分別設為０．２３?ｓ，系??統(tǒng)發(fā)生臨界穩(wěn)定；算例２將故障清除時間設為０．２４?ｓ，系統(tǒng)發(fā)生臨界失穩(wěn)。選�。埃�??Ｓ－０．５Ｓ為采樣時段進行預測，以３９號機為參考機，并以３８號發(fā)電機為例觀察暫態(tài)??穩(wěn)定功角受擾軌跡的預測結果，算例１及算例２的時域仿真結果以及單次滾動軌??跡預測結果如圖２－５所示。??算例丨?算例２??，?
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本文編號：2867262