广域测量系统在电力系统中的应用研究

广域测量系统(WAMS)是由同步相量测量单元(PMU)、高速数字通信设备、电网动态过程分析设备组成的有机组合体,是近年来发展起来的一项新技术,被称为电力系统三项前沿课题之一。广域测量系统可以在同一参考时间框架下捕捉到大规模互联电力系统各地点的实时稳态/动态信息,这为实现电力系统稳态及动态监测与控制,确保电力系统安全稳定运行奠定了技术基础。 本课题在深入研究广域测量系统及其基本单元——PMU的基础上,利用PMU测量到的大规模互联电力系统同步数据,研究其在电力系统监测方面的应用。主要的研究工作内容如下: 1)在深入研究电力系统监测原理的基础上,分别从代数角度和拓扑角度阐述了电力系统可观性概念。建立能达到电力系统网络结构可观性要求的PMU最优配置问题的数学模型,并在对常见的深度优先搜索(DFS)法和模拟退火(SA)法进行深入研究的基础上,首次提出了一种基于图论的优化算法:最小生成树(MST)法。该算法创新性地提出“寻找能最大限度覆盖网络的母线”的寻优规则,从而提高了解的质量及求解速度,并实现了解的多样性。仿真算例结果表明:MST法能克服DFS法和SA法的缺点同时又能保留它们的优点,在解的收敛性和求解速度上达到很好的平衡。在新英格兰39节点系统的PMU配置中,利用MST算法只需9台PMU就能实现系统的可观性,PMU数量为系统总节点数的23%,具有很强的现实可行性。 2)传统故障测距技术采用的是理想化的线路参数,运行环境的影响导致线路参数的不确定性,从而影响测距精度的进一步提高。针对上述问题,本文提出将PMU应用于输电线路的在线参数计算,利用PMU测量到的精确的线路电压电流同步相量,应用长线方程在线计算出线路参数,避免了由参数的不准确造成的测距误差。并在前人研究的基础上提出一种考虑线路分布电容影响的精确线路模型,由此推导出基于PMU双端数据的测距新算法,该算法不受运行方式、运行环境、分布电容、故障电阻以及故障地点的影响,并且能使故障测距达到99.95%的精度。仿真算例证明了该测距方法的正确性及精确性。 3)研究了基于PMU实测数据的在线电压稳定监测指标。针对负荷无功缺乏导致系统电压不稳定问题,首次提出了一种考虑线路分布电容的在线电压稳定监测指标,并对该指标的公式进行了详细的推导。该指标采取的线路模型精确,比其它指标有更好的指示效果,且不受无功功率流向不确定性的影响,另外算法形式非常简单,便于微机实现。通过IEEE标准算例进行验证,结果分析表明:通过该指标,利用PMU的实时同步数据,可以实现广域测量系统在线电压稳定监测,且能知道当前系统节点的无功裕度,从而为电压稳定控制(或电压不稳定保护)提供更加明确的参考信息,保证电力系统的安全稳定运行。