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基于静态安全域的大型互联电网在线安全监视方法研究

作　者: 李晓珺
导　师: 白晓民
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 安全监视安全分析静态安全域关键输电线路动态分区可视化
分类号: TM732
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,国内外相继发生了多起大规模停电事故,对人民的生产和生活造成了极大的影响,使得电网安全性问题的研究备受关注。事故发展过程中,若能快速、直观地了解当前运行点距离系统安全边界的距离,从整体上对系统的安全性做出判断,将对电网实时监控和运行状态评估具有重要的意义。安全域方法能有效解决上述问题,因此深入开展安全域方法的理论研究及实际应用,对电力系统安全运行具有重大意义。本文在深入分析电力系统静态安全域基本理论和模型的基础之上,结合电力系统的实际需要,对静态安全域的实用化数学模型以及在安全监视和分析中的应用方法进行了研究,主要工作如下：1.提出了体现系统运行风险的关键输电线路集动态搜索算法,并将其作为安全域的重点监视对象给予研究。针对传统割集断面无法充分考虑有功潮流方向和不便于处理非关键线路的问题,该方法搜索出的关键线路有效计及线路潮流裕度、线路开断对系统的影响程度以及连锁故障中潮流转移的特点,并随系统状态实时变化,更具监视和分析价值。2.针对静态安全域全域形式高维难以实际应用的问题,提出了基于系统动态分区的实用化静态安全域模型。首先根据拓扑连通关系,提出了动态分区算法,保证分区间的联络线体现系统的运行风险；然后给出了基于分区降维的静态安全域数学模型,将状态变量由节点注入功率转换为区域间的输送功率,从而将高维安全域降成三维,通过监视运行点随发电节点注入功率调整的运动轨迹,分析系统安全状况的变化趋势。3.提出了基于静态安全域的安全监视和评估方法及其可视化的实现方法。当安全域存在时,对其进行三维或二维可视化显示,并通过安全量化分析,用数值的方法求出在运行参数变化方向上系统运行点距离边界的安全裕度,突破了逐点法无法刻画电力系统整体安全性的局限,以帮助运行人员对系统安全状态做出正确判断,快速进行控制决策；当安全域不存在时,识别造成域消失的制约条件,为恢复安全域提供有用信息。4.在前述理论和方法的基础上,完成了静态安全域分析及可视化系统的软件结构设计,并介绍各个模块的具体功能及协调工作情况,最后通过对IEEE39节点系统的仿真计算,验证了所提方法的合理性以及对运行监视和评估的重要性。本论文将体现系统运行风险的关键输电线路作为安全域的重点监控对象,提出了基于系统动态分区、考虑负荷不确定性的静态安全域模型,并在三维或二维空间上实现可视化,给出系统的整体安全性测度；在此基础上,研究了基于静态安全域的电网在线安全监视和分析方法；最后提出了静态安全域分析及可视化系统的软件结构设计。该项研究在一定程度上满足了电力系统安全可观测性的要求,有助于运行人员对系统的安全状态做出正确判断。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 传统的电力系统安全分析—Dy Liacco构想  10-14
    1.2.1 电力系统的运行状态  10-12
    1.2.2 电力系统的安全性控制  12-13
    1.2.3 Dy Liacco构想的不足  13-14
  1.3 电力系统安全域方法的研究现状  14-16
    1.3.1 静态安全域方法的研究进展  15
    1.3.2 动态安全域方法的研究进展  15-16
  1.4 待研究的问题  16-17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第二章静态安全域的基本数学模型  19-26
  2.1 静态安全域的全域形式  19-22
    2.1.1 安全约束  19-21
    2.1.2 静态安全域的全域形式的定义  21-22
  2.2 静态安全域的响应域形式  22-24
    2.2.1 安全约束  23
    2.2.2 静态安全域的响应域形式的定义  23-24
  2.3 静态安全域的全域和响应域的几何性质  24-25
  2.4 小结  25-26
第三章关键输电线路集的动态搜索  26-37
  3.1 关键输电线路集的性质分析  26-27
  3.2 关键输电线路集的数学描述  27-32
    3.2.1 并行输电线路  27-30
    3.2.2 线路关键程度指标  30-32
  3.3 关键输电线路集的搜索流程  32-33
  3.4 算例分析  33-36
  3.5 小结  36-37
第四章基于系统分区的静态安全域  37-57
  4.1 基于直流潮流模型的有功静态安全域  37-41
  4.2 有功静态安全域的降维方法  41-45
  4.3 考虑负荷不确定性的静态安全域  45-47
  4.4 系统动态分区算法  47-56
    4.4.1 分区的目的和原则  47-48
    4.4.2 分区算法流程  48-49
    4.4.3 静态安全域的可视化  49-52
    4.4.4 算例分析  52-56
  4.5 小结  56-57
第五章静态安全域方法在安全监视和安全分析方面的应用  57-68
  5.1 静态安全域计算上的处理方法  57-63
    5.1.1 多余的约束和最小描述  57-58
    5.1.2 消除多余约束:边界超体积法  58-62
    5.1.3 搜寻静态安全域最小化描述的步骤  62-63
    5.1.4 静态安全域化简程序的总结  63
  5.2 基于静态安全域的安全监视和安全分析相关研究  63-67
    5.2.1 安全域存在  64-66
    5.2.2 安全域不存在  66-67
  5.3 小结  67-68
第六章静态安全域分析系统结构设计及其算例分析  68-82
  6.1 静态安全域分析及可视化系统的软件结构  68-70
  6.2 算例分析  70-80
    6.2.1 不考虑负荷不确定性的静态安全域显示  70-74
    6.2.2 考虑负荷不确定性的静态安全域显示  74-75
    6.2.3 基于静态安全域的安全分析研究  75-80
  6.3 小结  80-82
第七章结论  82-84
参考文献  84-90
附录A  90-91
附录B  91-93
附录C  93-94
致谢  94-95
个人简历、在学期间发表的学术论文  95

基于静态安全域的大型互联电网在线安全监视方法研究

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