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组合电力系统安全性的概率建模

作　者: 李生虎
导　师: 丁明
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力系统概率仿真静态安全动态安全运行状态
分类号: TM732
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文采用概率仿真方法，深入研究了电力系统运行中的随机和不确定特性，在对元件随机故障和调度控制措施建模的基础上，对系统的静态安全、动态安全和综合安全进行概率评估，建立了电力系统运行状态的量化分析模型。概率静态安全评估中，作为概率仿真算法的基础，首先建立了基于蒙特卡罗抽样的序贯和非序贯概率抽样算法，根据电力系统概率安全经济仿真不同分析模块有无时变参数和时变约束，讨论了两种仿真算法的适用性。根据元件故障的概率分布，建立静态安全分析中发电机、变压器、输电线路、保护系统的随机故障模型。建立电力系统中电站和网络两个层次的拓扑模型，当发生故障后，采用顶点融合法进行连通性搜索，形成新的网络结构。在每个抽样样本执行潮流计算后，判断系统距离静态电压失稳的距离，当可能发生静态电压失稳时，执行切负荷控制措施，寻找最优切负荷位置及切负荷量。当潮流计算结果出现线路过载或有功缺额时，采用线性规划方法，建立电力系统有功发电再调度算法，加入了各种优化目标策略，寻找调整发电机出力或者切负荷措施。当潮流计算出现母线电压越限或者无功缺额时，采用无功电压校正予以消除。在此基础上，建立了系统、负荷节点和元件三个层次的电力系统概率静态安全指标体系。概率动态安全评估中，主要研究了在随机故障和保护动作不确定下电力系统概率暂态稳定性。首先建立动态仿真中输电线路和保护系统的详细模型，建立了基于时域仿真的暂态稳定模型，以及各种紧急控制措施模型。在此基础上，分别建立混合法和概率模拟法的概率稳定评估模型。前者综合采用故障枚举和概率抽样，根据概率加权计算失稳概率，算法思路比较清晰，但只能考虑有限重的原发性线路故障，当电网规模扩大时，低重故障引起系统失稳的概率降低，很多失稳故障都是由于高重故障及连锁跳闸引起，此时误差较大。基于蒙特卡罗抽样的概率稳定模拟算法可以考虑电力系统的高重随机故障，并考虑故障间的相关性。模拟法可以模拟多重、连锁故障对系统暂态稳定性能的影响。将电力系统安全分析分为静态和动态两个方面是基于不同的时间框架、研究目的下的一种简化措施，静态安全和动态安全之间存在着直接联系，同一故障不可避免地同时影响系统的静态安全和动态安全。从全面评估系统安全性能出发，需要结合静态和动态安全评估，建立概率综合概率评估的数学模型。在此基础上，建立了系统、负荷节点和元件三个层次的电力系统概率动态安全和概率综合安全指标体系。为了将安全运行规程和调度员经验引入概率安全分析，对电力系统运行状态进行了定义和划分。基于序贯仿真算法和概率综合评估模型，具体分析了电力系统各种运行状态的原因、后果、持续时间，提出了新的、柔性的状态定义框架及状态指标的量化计算分析方法。首先完整分析电力系统所有可能的安全状态，然后根据状态性质和持续时间进行合理合并，得到实用状态定义框架。认为各种故障形式和控制措施最后都以切负荷量的形式反映出来，因此将切负荷作为状态定义的主要判据，兼顾个别严重故障模式和严重故障后果对系统运行的影响。电力系统运行状态的定义和划分为了合理分析和评估系统的安全性能提供了新的手段。

全文目录

第一章前言  17-25
  1.1 电力系统概率仿真研究范围  17-18
  1.2 国内外研究现状综述  18-23
  1.3 本文的主要工作和研究成果  23-25
第二章概率仿真基本模型  25-43
  2.1 负荷水平静态分析模型  25-27
  2.2 交流潮流与直流潮流数学模型  27-29
  2.3 基于解析法的发电系统概率安全分析  29
  2.4 非序贯和序贯概率仿真的算法实现和指标定义  29-33
    2.4.1 非序贯仿真算法  29-32
    2.4.2 序贯仿真算法  32-33
  2.5 概率仿真结果检验  33-36
  2.6 概率仿真算法的适用性  36-37
    2.6.1 概率仿真算法的适用性  36
    2.6.2 序贯仿真中有待解决问题  36-37
  2.7 元件故障特性的概率模拟  37-38
  2.8 电站和网络拓扑分析  38-41
    2.8.1 网络图论基础  38-40
    2.8.2 电站拓扑分析  40
    2.8.3 网络拓扑分析  40-41
  2.9 基于交流潮流的概率潮流计算  41-43
第三章概率静态安全评估模型和算法  43-63
  3.1 静态电压稳定性建模  43-48
    3.1.1 电压稳定研究综述  43-44
    3.1.2 反映系统风险指标的静态电压稳定算法  44-46
    3.1.3 算例分析  46-48
  3.2 有功校正措施  48-50
  3.3 无功-电压校正  50-52
  3.4 概率静态安全经济调度算法流程  52-54
  3.5 概率静态安全指标定义  54-56
  3.6 加快蒙特卡罗抽样收敛速度的方法  56-63
    3.6.1 重点抽样  56-57
    3.6.2 控制变量抽样  57-62
    3.6.3 对减小方差技术应用的讨论  62-63
第四章概率静态安全评估应用算例  63-77
  4.1 互联电网间最大可输送容量计算  63-67
  4.2 概率静态安全评估  67-69
  4.3 基于概率静态安全评估的经济分析  69-77
    4.3.1 电力市场中的经济平衡  69-70
    4.3.2 电力市场下的发电调度策略和成本计算  70-72
    4.3.3 概率仿真实现  72-73
    4.3.4 计算结果分析  73-77
第五章电力系统概率动态安全评估和综合评估  77-91
  5.1 基于时域仿真的电力系统暂态稳定计算  77-80
    5.1.1 电力系统的基本组成  77-78
    5.1.2 暂稳仿真中的控制模块  78-79
    5.1.3 暂态稳定的时域仿真求解过程  79
    5.1.4 防止失稳的紧急控制措施  79-80
  5.2 基于故障枚举和概率抽样的混合法概率稳定评估  80-85
    5.2.1 线路故障概率模拟  80-81
    5.2.2 保护动作模拟  81-83
    5.2.3 基于解析方法的概率暂态稳定算法流程  83
    5.2.4 算例结果分析  83-85
  5.3 基于蒙特卡罗抽样的概率稳定算法  85-86
  5.4 电力系统概率综合评估算法  86-91
    5.4.1 仿真范围  86
    5.4.2 综合评估算法实现  86-87
    5.4.3 综合评估指标体系  87-89
    5.4.4 概率综合评估计算结果  89-91
第六章电力系统概率状态评估  91-105
  6.1 概述  91-93
    6.1.1 电力系统状态评估的必要性  91-92
    6.1.2 电力系统状态评估的研究现状  92-93
    6.1.3 电力系统运行状态定义和划分的基本要求  93
  6.2 电力系统运行状态的定义  93-96
    6.2.1 本文电力系统运行状态划分的特点  93-94
    6.2.2 电力系统运行状态的详细定义  94-95
    6.2.3 实用化系统运行状态的定义  95-96
  6.3 电力系统运行状态概率评估的序贯仿真算法实现  96
  6.4 电力系统概率状态评估模型  96-98
  6.5 电力系统概率状态评估指标定义  98
    6.5.1 基于序贯仿真的概率综合评估指标  98
    6.5.2 基于序贯仿真的概率状态评估指标  98
  6.6 电力系统概率状态评估算例分析  98-105
    6.6.1 算例系统  98-99
    6.6.2 计算条件  99
    6.6.3 概率综合评估结果  99-100
    6.6.4 概率状态评估结果  100-105
第七章结论  105-107
参考文献  107-111
攻读博士学位期间参加课题研究情况  111
攻读博士学位期间的研究成果  111

组合电力系统安全性的概率建模

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