电力系统暂态安全防御中广域观测与控制的研究

大扰动是电力系统暂态稳定的主要威胁之一。为了观测、识别并控制大扰动,需要在广域测量系统与特别保护系统的基础之上构建广域保护体系。广域测量系统借助于相量测量装置来观测大扰动,而特别保护系统借助于紧急控制来控制大扰动。 对于大型电力系统而言,通常可以在成百上千的地点安装上述观测与控制装置。所以需要为测量装置和紧急控制选择理想的位置,以有效观测和控制因大扰动而引起的系统暂态功角失稳。这就是本论文研究的主要问题:为大扰动的暂态安全防御配置广域观测和紧急控制的地点。本论文的主要目标是,建立大扰动观测和控制配置的理论基础,为电力系统提出完整而有效的配置方法,并将这套方法应用于一个具体的大型电力系统。 本论文研究了严重受扰电力系统的动态特性,通过主导不稳定平衡点的性质来分析大扰动下系统失稳的特征。在该点展开模式分析,并引入模式能控性与能观性的概念,提出秩判据,为大扰动观测和控制的配置奠定理论基础。 提出基于主导不稳定平衡点的配置方法。在结构保留模型中以输入和输出来表示紧急控制和测量信号,并对系统在主导不稳定平衡点进行线性化模式分析,最终获取模式能观性和能控性矩阵,以此来选择广域观测和紧急控制的地点。 提出基于临界割集的配置方法。引入电压校正,在计算割集脆弱性指标时使用主导不稳定平衡点处的电压值,以准确获取临界割集。系统功角失稳主要引起临界割集支路的相角差或功率的增大,这既可以用测量装置来观测,又可以用紧急控制来抑制。在此基础上的功率灵敏度分析可以为选择紧急切机和切负荷的地点提供有价值的参考。 建立大扰动分析的框架,将主导不稳定平衡点的不稳定模式、机组分群和临界割集三者结合起来,全面分析故障失稳模式。总结了为大扰动配置广域观测和控制的方法,并实际应用于南方电网。