电力系统连锁故障分析与紧急控制研究

近年来,国内外相继发生了多起大停电事故,造成了巨大的经济损失。这些大停电事故往往由连锁故障引起,其通常源发于简单故障,发展过程受到各种不确定性因素的影响,期间还伴随着过载、暂态失稳等现象。随着新能源的广泛接入,以及系统规模的不断扩大,扰动波及的范围更广,连锁故障造成的后果也更加严重。本文针对连锁故障的分析防控以及暂态稳定紧急控制进行了研究,主要研究内容如下:1)在连锁故障分析方面,提出了考虑风电出力和负荷功率不确定性的连锁故障路径搜索方法。建立风电出力和负荷功率误差分布模型,基于半不变量和级数展开的随机潮流计算,得到系统的潮流分布和潮流越限概率等指标,更全面地揭示系统运行状态;考虑线路功率不确定性建立停运概率模型,根据停运概率确定开断线路并进行连锁故障模拟,更好地发现潜在的连锁故障路径。2)针对过载型连锁故障的防控,提出了考虑线路停运概率的电力系统连锁故障紧急控制模型。首先基于输电线路可靠性模型搜索过载主导型连锁故障路径,并根据风险指标筛选高风险路径。在此基础上,对高风险的连锁故障路径,以调整发电机出力、切负荷为调控手段,并将线路运行可靠性模型用Sigmoid函数近似表示,建立连锁故障多阶段紧急控制模型,以协调安全性与经济性。3)在暂态稳定紧急控制方面,以切机、切负荷量最少为目标,将电力系统暂态稳定紧急控制问题建模成包含暂态方程约束的最优控制问题。提出了基于有限元正交配置的序贯优化算法,将原动态优化问题分为仿真层和优化层进行交替求解;在仿真层基于有限元正交配置法,结合并行计算技术求解微分代数方程及灵敏度,在优化层采用预测校正内点法求解较小规模的非线性规划问题,提高了算法的计算效率。4)针对大规模电力系统的暂态稳定紧急控制问题,提出了一种基于网络分区的并行序贯优化算法,包括预处理层、仿真层和优化层三个模块。预处理层通过控制变量筛选和初始化策略将寻优空间大大缩小,提升了算法的收敛性;通过网络分区,在仿真层基于雅可比矩阵的分块特性,应用多核处理器并行求解微分代数方程以及灵敏度,进一步提高了紧急控制算法在大规模系统上的计算效率。