發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 16:09

　　 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(duì)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(zhuǎn)向“實(shí)時(shí)決策,實(shí)時(shí)控制”模式。基于廣域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System,WAMS)的安全穩(wěn)定控制技術(shù)克服了傳統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制模式難以滿足實(shí)時(shí)性的問題,能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)決策,實(shí)時(shí)控制”,受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文針對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定控制研究中的暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡預(yù)測、暫態(tài)穩(wěn)定性判別以及暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制三個(gè)關(guān)鍵問題,研究了基于廣域響應(yīng)信息的暫態(tài)穩(wěn)定分析及控制技術(shù),主要研究內(nèi)容如下:(1)針對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡預(yù)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(shí)時(shí)預(yù)測方法。同時(shí)考慮暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡的典型動(dòng)態(tài)特征及其強(qiáng)非線性和隨機(jī)波動(dòng)性,構(gòu)建了具有自憶性的灰色Verhulst模型；基于此數(shù)學(xué)預(yù)測模型,提出了一種模型參數(shù)自適應(yīng)的實(shí)時(shí)預(yù)測方案,該方案采用等維新息遞補(bǔ)技術(shù)及滾動(dòng)預(yù)測方法,能夠充分利用WAMS實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù),不斷更新樣本數(shù)據(jù)以提高預(yù)測性能及模型參數(shù)自適應(yīng)性。最后結(jié)合擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則(Extended Equal Area Criterion,EEAC)暫態(tài)穩(wěn)定性判據(jù),對(duì)基于預(yù)測軌跡的暫態(tài)失穩(wěn)識(shí)別的快速性及有效性在新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)以及實(shí)際三華電網(wǎng)中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明該方法可以有效提高暫態(tài)失穩(wěn)識(shí)別的快速性,可為后續(xù)緊急控制爭取更多時(shí)間。(2)基于非線性動(dòng)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)角度出發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定問題進(jìn)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(jìn)的LLE估算法,并利用該方法深入分析了發(fā)電機(jī)相對(duì)功角響應(yīng)軌跡LLE的典型動(dòng)態(tài)特征及關(guān)鍵特性,在此基礎(chǔ)上分別提出了基于響應(yīng)軌跡LLE動(dòng)態(tài)特征的暫態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測方法及同調(diào)群識(shí)別算法。前者針對(duì)實(shí)際中不完備的PMU配置問題,提出了基于臨界機(jī)組對(duì)的暫態(tài)穩(wěn)定性在線監(jiān)測方案以弱化對(duì)PMU配備的要求并節(jié)省計(jì)算成本;后者針對(duì)臨界機(jī)群識(shí)別問題,提出了一種基于LLE的臨界機(jī)群識(shí)別算法。所提方法完全基于實(shí)測響應(yīng)數(shù)據(jù)且計(jì)算簡單快速,易于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的在線實(shí)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(chǔ)。在新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上仿真驗(yàn)證了所提方法的準(zhǔn)確性和對(duì)不同故障場景的適用性。(3)針對(duì)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(biāo)(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(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)建立了 LLE與△ω的數(shù)學(xué)關(guān)系,再利用響應(yīng)軌跡LLE的關(guān)鍵特性并結(jié)合受擾相軌跡的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,推導(dǎo)出將LLEI與△ω相結(jié)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(jī)組對(duì)的暫態(tài)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)判別方案,以弱化對(duì)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性原理與暫態(tài)穩(wěn)定物理機(jī)理相結(jié)合,兼顧了穩(wěn)定性判別的準(zhǔn)確性和快速性;與基于LLE符號(hào)特征法相比,該方法無需尋找最優(yōu)觀測窗口且所需計(jì)算窗口很短,并能給出確切的穩(wěn)定性判別時(shí)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(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和實(shí)際華東電網(wǎng)上分別驗(yàn)證了所提方法的有效性和適用性。(4)針對(duì)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(jī)切負(fù)荷聯(lián)合閉環(huán)緊急控制方法。首先從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)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(guān)鍵特性,然后結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的不平衡功率特性,得到切機(jī)切負(fù)荷控制量的求解方法。該方法從暫態(tài)失穩(wěn)的本質(zhì)原因出發(fā),能夠準(zhǔn)確得到使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的控制量,并且通過切機(jī)切負(fù)荷聯(lián)合緊急控制可有效改善單一切機(jī)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(shí)時(shí)預(yù)測及實(shí)時(shí)閉環(huán)緊急控制方案,該方案通過提前預(yù)測暫態(tài)穩(wěn)定受擾軌跡并結(jié)合快速暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù),能對(duì)暫態(tài)失穩(wěn)進(jìn)行提前預(yù)測,進(jìn)而利用聯(lián)合閉環(huán)緊急控制方法對(duì)系統(tǒng)盡早采取有效控制,使系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。利用新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與實(shí)際三華電網(wǎng)不同失穩(wěn)場景進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(diào)查顯示，己約有２０００個(gè)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(guān)于同步相量測量技術(shù)的研究起步于１９９４年，主要研究機(jī)構(gòu)先后有中國??電力科學(xué)研宄院以及清華大學(xué)、華北電力大學(xué)與浙江大學(xué)等院校。１９９４年中國電??３??

?？？？??據(jù)的應(yīng)用—＾??圖１－２?Ｄ５０００系統(tǒng)集成內(nèi)容??Ｆｉｇ．?１－２?Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｍａｒｔ?ｇｒｉｄ?ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ?ａｎｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｄ５０００??（２）?ＷＡＭＳ的工作原理及應(yīng)用功能??ＷＡＭＳ的基本結(jié)構(gòu)由ＰＭＵ子站、控制中心主站和高速通信網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shí)時(shí)獲取的動(dòng)態(tài)響應(yīng)??數(shù)據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、分析與控制等應(yīng)用。其中ＰＭＵ子站主要包括以下４個(gè)??模塊。??５??

?２．４．１新英格蘭１０機(jī)３９節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例??新英格蘭丨０機(jī)３９節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２４所示，該系統(tǒng)有１０臺(tái)發(fā)電機(jī)和１７??個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)均采用五階模型，其中３９號(hào)機(jī)為平衡機(jī)，具體參數(shù)詳見文獻(xiàn)??［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?�。�?Ｉ?ｉ??▼?？???「４?＾?１４—ｉ?Ｌ?？丄．２４?３６??丄?６?１＾－２３??９＂?ｒｒ?千?ｉ??�。�?＾—？?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(jī)３９節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)??Ｆｉｇ．２－４?Ｎｅｗ?Ｅｎｇｌａｎｄ?１０－ｍａｃｈｉｎｅ?３９－ｂｕｓ?ｓｙｓｔｅｍ??設(shè)置ｂｕｓ?４－ｂｕｓ?１４間輸電線０?ｓ時(shí)刻首端發(fā)生三相短路，通過反復(fù)仿真可獲得??該故障場景下臨界清除時(shí)間為〇．２３ｓ。算例１將故障清除時(shí)間分別設(shè)為０．２３?ｓ，系??統(tǒng)發(fā)生臨界穩(wěn)定；算例２將故障清除時(shí)間設(shè)為０．２４?ｓ，系統(tǒng)發(fā)生臨界失穩(wěn)。選�。埃�??Ｓ－０．５Ｓ為采樣時(shí)段進(jìn)行預(yù)測，以３９號(hào)機(jī)為參考機(jī)，并以３８號(hào)發(fā)電機(jī)為例觀察暫態(tài)??穩(wěn)定功角受擾軌跡的預(yù)測結(jié)果，算例１及算例２的時(shí)域仿真結(jié)果以及單次滾動(dòng)軌??跡預(yù)測結(jié)果如圖２－５所示。??算例丨?算例２??，?
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