【摘要】：電網(wǎng)作為保障現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和安全穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其安全問(wèn)題一直受到高度的關(guān)注。近年來(lái)大停電事故的多次發(fā)生揭示了電網(wǎng)本身存在固有的安全隱患,極端自然災(zāi)害暴露了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)惡劣外部環(huán)境時(shí)的脆弱性,電網(wǎng)在蓄意攻擊場(chǎng)景下的應(yīng)對(duì)能力應(yīng)當(dāng)引起警惕。電網(wǎng)在“內(nèi)憂外患”環(huán)境下的生存能力值得深思。現(xiàn)有的電網(wǎng)生存性評(píng)估或脆弱性評(píng)估理論已取得了許多成果但仍存在一些不完善的地方,如單純從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的角度考慮電網(wǎng)脆弱性而忽視了電網(wǎng)運(yùn)行方式的影響,缺乏對(duì)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均衡性和脆弱性之間相互關(guān)聯(lián)的深入分析和評(píng)價(jià),少有從內(nèi)因和外因相結(jié)合的角度對(duì)于電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下和電網(wǎng)擾動(dòng)狀態(tài)下的電網(wǎng)生存性的綜合評(píng)判。為此,本文從電網(wǎng)完成基本電能傳輸任務(wù)能力的角度圍繞電網(wǎng)在正常運(yùn)行方式下和擾動(dòng)狀態(tài)下已存在和潛在的生存問(wèn)題展開(kāi)研究,建立了電網(wǎng)生存性評(píng)估指標(biāo)體系評(píng)估方法及擾動(dòng)源定位方法。完善了電網(wǎng)生存性評(píng)估的理論體系,為電網(wǎng)安全性評(píng)估提供了一個(gè)新的角度。所做的工作和所取得的主要成果歸納如下： 提出了基于潮流追蹤方法的電能傳輸路徑解析方法,能夠透過(guò)電網(wǎng)潮流的表面深入分析電能流動(dòng)的深層特性,得到全網(wǎng)的“發(fā)電機(jī)-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)之間的所有電能傳輸路徑,并基于電能傳輸路徑分析定義了電氣距離,克服了只依賴網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)定義電氣距離方法的缺陷,能夠更全面地反映電網(wǎng)的電能傳輸特性。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了能夠反映電網(wǎng)電能傳輸效率的暢通性評(píng)估指標(biāo)及方法,并能夠辨識(shí)出對(duì)電網(wǎng)電能傳輸中起樞紐作用的重要元件。 考慮了電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與關(guān)鍵支路在空間尺度上的分布特征對(duì)也電網(wǎng)脆弱性的影響,提出了考慮多源擾動(dòng)及電網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)均衡特性的電網(wǎng)脆弱性評(píng)估指標(biāo)與評(píng)估方法。通過(guò)分析電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和支路在電能傳輸作用方面的分布差異提出電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的均衡度指標(biāo),定義了節(jié)點(diǎn)之間的空間距離和支路之間的空間距離,并提出了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的空間分布均衡度和關(guān)鍵支路的空間分布均衡度。綜合考慮元件失效對(duì)于電網(wǎng)整體傳輸性能的影響建立了電網(wǎng)對(duì)于關(guān)鍵元件的依賴度指標(biāo)。分析了電網(wǎng)在隨機(jī)失效和蓄意攻擊2種模式下的脆弱性。 建立了綜合考慮電網(wǎng)暢通性、均衡性和脆弱性的電網(wǎng)生存性評(píng)估指標(biāo)體系及評(píng)估方法研究,提出了基于層次分析法和改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度法的生存性指標(biāo)權(quán)重分層優(yōu)選方法,將電網(wǎng)生存性各項(xiàng)指標(biāo)綜合形成一個(gè)有機(jī)整體。 提出了基于電網(wǎng)生存性評(píng)估的電網(wǎng)規(guī)劃方案方法�；诘湫蛯�(shí)際電網(wǎng)算例構(gòu)建了4個(gè)規(guī)劃方案,計(jì)算了各個(gè)規(guī)劃方案的生存性各項(xiàng)指標(biāo),得出了每一個(gè)規(guī)劃方案的生存性水平。算例分析表明電網(wǎng)暢通性與電網(wǎng)脆弱性之間既相互聯(lián)系又存在著一定的矛盾,證明了電網(wǎng)生存性體系將暢通性和脆弱性結(jié)合考慮的必要性。 針對(duì)威脅電網(wǎng)生存性的兩類元件的典型失效場(chǎng)景,分別提出了相應(yīng)的擾動(dòng)源準(zhǔn)確定位方法。針對(duì)傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)在發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行場(chǎng)景下的選擇性和速動(dòng)性不足問(wèn)題,提出了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行場(chǎng)景下過(guò)電壓源辨識(shí)策略,既能夠在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)失靈時(shí)快速切除故障發(fā)電機(jī),又能夠在系統(tǒng)甩負(fù)荷等外部因素下充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)AVR的電壓調(diào)節(jié)作用以保證系統(tǒng)電壓水平的恢復(fù)。分析了現(xiàn)有行波故障定位方法截?cái)嗾`差來(lái)源并提出了行波故障定位校正方法,在低采樣率能夠顯著減小最大故障定位誤差,在高采樣率下能夠提升高精度故障定位結(jié)果出現(xiàn)的概率。所提出的兩種擾動(dòng)源定位方法能夠?yàn)殡娋W(wǎng)應(yīng)對(duì)元件失效場(chǎng)景的生存能力提供重要的保障。
[Abstract]:As an important infrastructure to ensure modern social and economic development and security and stability, the security of power grid has been highly concerned. In recent years, blackouts have revealed the inherent security risks of power grid itself, extreme natural disasters have exposed the vulnerability of power grid in dealing with harsh external environment, and the power grid is deliberately. The survivability of power grid in the environment of "internal and external troubles" is worth pondering. Many achievements have been made in the existing theory of power grid survivability assessment or vulnerability assessment, but there are still some imperfections, such as simply considering the vulnerability of power grid from the perspective of grid structure and ignoring electricity. The influence of network operation modes lacks in-depth analysis and evaluation of the interconnection between the equilibrium and vulnerability of power grid structure, and seldom makes a comprehensive evaluation of the survivability of power grid under normal operation mode and disturbance state from the angle of combining internal and external factors. This paper studies the existing and potential survival problems of power grid under normal operation mode and disturbance state, establishes the evaluation index system of power grid survivability and the method of locating disturbance sources. The main achievements of the work are summarized as follows:
A power transmission path analysis method based on power flow tracing method is proposed, which can analyze the deep characteristics of power flow through the surface of power flow and get all the power transmission paths between the "generator-load" nodes in the whole network. The electric distance is defined based on the power transmission path analysis to overcome the dependence on the network node only. Defects of the method of defining electrical distance can reflect the characteristics of power transmission more comprehensively. On this basis, the index and method for evaluating the smoothness of power transmission efficiency are constructed, and the important components that play a pivotal role in power transmission are identified.
Considering the influence of the spatial distribution characteristics of the key nodes and branches on the vulnerability of the power grid, a vulnerability assessment index and method considering the multi-source disturbances and the balancing characteristics of the power grid structure are proposed. The structural equalization index defines the spatial distance between nodes and branches, and puts forward the spatial distribution equalization of key nodes and the spatial distribution equalization of key branches. The vulnerability of the power grid under 2 modes of random failure and intentional attack is analyzed.
The index system and evaluation method of power grid survivability evaluation considering the unblocked, balanced and vulnerable of power grid are established. A hierarchical optimization method of survivability index weight based on AHP and improved grey relational degree method is proposed to synthesize all the indexes of power grid survivability into an organic whole.
A method of power network planning scheme based on power grid survivability assessment is proposed. Four planning schemes are constructed based on a typical practical power grid example. The survivability indices of each planning scheme are calculated and the survivability level of each planning scheme is obtained. The contradiction proves that it is necessary to consider the unimpeded and vulnerable of the grid survivability system.
Aiming at the typical failure scenarios of two kinds of components threatening the viability of power grid, the corresponding accurate locating methods of disturbance sources are proposed respectively. Aiming at the problems of selectivity and insufficient speed of traditional generator overvoltage protection under the scenario of generator parallel operation, the identification strategy of overvoltage source under the scenario of generator parallel operation is proposed. The fault generator can be quickly removed when the excitation system of the generator fails, and the voltage regulation function of the generator AVR can be brought into full play under the external factors such as system load rejection to ensure the recovery of the system voltage level. Sample rate can significantly reduce the maximum fault location error and increase the probability of high-precision fault location results at high sampling rate. The proposed two disturbance source location methods can provide an important guarantee for the survivability of the grid in response to component failure scenarios.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM732

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本文編號(hào)：2197327