电力系统分布式广域同步并行处理平台研究

随着“西电东送,全国联网” 战略计划的实施,我国电力系统即将进入大机组、 超高压、超大规模、远距离交直流混合输电的时代,电网结构和运行方式将日益复杂。 同时,这使我国电力系统的运行与控制面临新的问题。传统的基于异步运行模式的电 力系统监控方式,由于在世界范围内电力系统突发恶性事故的相继出现,而受到质疑。 人们盼望出现功能更为强大、原理更为先进的电力系统分布式广域同步并行处理系 统,以应对现代电力系统的安全可靠运行所提出的挑战。另一方面,随着科学技术的 飞速发展,现代科技成果又为解决长期困扰电力系统安全运行的老大难问题提供了解 决问题的新思路。本学位论文的研究工作就是在这种背景下展开的,其主要目的就是 利用现代科学技术发展中的最新成果,研究新一代的电力系统信息采集和处理平台, 以满足电力工业发展的需要。 论文首先较详细地分析了传统的电力系统监测和控制系统中普遍存在的“局部优 先”问题以及该问题给电力系统的安全可靠运行带来的影响。为了解决这个问题,论 文提出了电力系统分布式广域并行处理机的概念,并阐明了它的内涵。以这一概念为 基础,论文提出了建造电力系统分布式广域同步并行处理平台的构想。为了评价所提 出的分布式广域同步并行处理平台的准确性和实时性,论文提出了一种评价实时监测 系统性能的同步映射描述法,并用该方法对所提出的平台构想进行了评价。进而,论 文用分布式系统理论,对电力系统分布式广域同步并行处理平台的构想进行了合理性 论证。 在论述了电力系统分布式广域同步并行处理平台的重要意义和应具有的特性的 基础上。论文提出了一种实用的电力系统分布式广域同步并行处理平台的实现方案, 并对实现该平台的相关问题进行了较深入的研究。该平台具有广域分布式的体系结 构,以 GPS 的授时信号作为公共时间基准,以解决分布式广域同步并行处理平台各组 成部分间的快速数据交换为核心问题,并采用同步运行模式。该平台的实现可以充分 调动接入平台的电力系统各厂站的所有计算机资源,共同完成大型复杂电力系统的同 步监测和协调控制的有关任务。论文还较详细地介绍了实用平台的系统结构、运行机 I 制、通信系统、数据交换以及组成平台的有关设备。 论文详细地研究了作为电力系统分布式广域同步并行处理平台重要组成部分的 广域时间同步系统的有关问题。论述了研究电力系统广域同步时间服务系统的必要 性。对 GPS 的工作原理及其信号的可用性进行了较详细的叙述。在此基础上研制了一 种基于 GPS 的高精度高可靠性的电力系统广域同步时间服务系统。该广域同步时间服 务系统已经应用于本文研制的电力系统分布式广域同步并行处理平台,实践证明了它 的可行性和有效性。论文对所研制的同步时间服务系统的构成、实现技术以及提高同 步时间服务系统授时精度和可靠性的方法等进行了详细的介绍。 论文研究了电力系统同步相量测量方法及其实现技术,分析了电力系统正常运行 操作、振荡以及短路故障状态下母线电压各参量(幅值、频率、相位)的变化特点。 针对这些特点,分析了电力系统同步相量测量中信号过零检测法和离散傅氏变换法 (DFT)的基本原理、测量误差和动态特性,并对误差的软件补偿方法进行了研究。 阐述了 DFT 法的频率同步和时间同步问题,并为解决频率同步和时间同步的矛盾提 出了采样时间后退法。最后,讨论了被测电压突变情况下的相角测量问题,并提出了 有效的相位突变识别和相位测量值修正方法。 论文还研究了同步发电机功角直接测量方法及其实现问题。首先论述了电力系统 中同步发电机功角测量的目的和意义。简要介绍了目前常用的同步发电机功角测量的 主要方法。同时,结合湖南电力系统状态 GPS 同步监测系统的实现,提出一种同步发 电机功角的高精度直接测量方法。论文详细介绍了这种同步发电机功角直接测量系统 的结构、工作原理及实现技术。所提出的同步发电机功角直接测量方法已经成功用于 湖南电力系统各主力发电厂的水轮发电机组和汽轮发电机组的功角测量装置。这些装 置的测量精度和可靠性得到了验证。论文还提出了一种既具有高精度又具有快速响应 特性的功角直接测量方法,并给出了实现这种测量方法的技术方案。 在上述研究成果的基础上,论文成功地研制了“湖南电力系统状态 GPS 同步监测 系统”。该系统实现了对湖南省电力系统的 6 个发电厂(其中 4 个水力发电厂和 2 个 火力发电厂)和 4 个枢纽变电站共 10 个厂站有关状态量(包括同步发电机功角和母 线电压相量)的实时同步监测。该系统还包含 1 个位于湖南电力调度通信中心的中心 站。该系统已经在湖南电网建成并投入试运行。论文对该同步状态监测系统的应用背 景、系统构成、系统功能、性能指标、关键技术和实施情况进行了详细的介绍。