电力系统低频低压切负荷控制的优化与协调

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基于轨迹驱动、采用分散式反馈控制律的校正控制是防御大停电事故的最后一道防线,不仅是弥补预防控制和紧急控制欠控的有效手段,也是对付小概率特别严重事故的关键措施,配置优化的、协调的、自适应的校正控制对保证系统安全、经济运行的重要性不言而喻。 低频低压切负荷(UF/UVLS)是校正控制的重要组成部分,通过低频、低压不安全现象驱动LS措施,以主动的、尽可能少的切负荷(LS)来保全系统的全局安全稳定性。传统的基于单机单负荷模型的低频切负荷(UFLS)和低压切负荷(UVLS)的整定方法不能满足现代互联电力系统的要求,同时为了保证暂态电压安全,需要配置暂态UVLS。 基于实际受扰轨迹量化理论和风险控制的LS协调优化是主要的发展方向。对实际受扰轨迹的量化,不仅能够精确反映轨迹的安全稳定程度,而且可以求取裕度对不同控制措施的灵敏度/性价比信息,为指导控制措施的寻优方向和揭示控制机理奠定了理论基础。风险将不确定因素、安全性和经济性统一在货币量纲,用主动停电的代价代替不受控停电的代价,实现风险的工程计算,基于风险的优化可以实现安全经济一体化决策。 本文主要研究暂态低频低压切负荷的优化与协调,主要工作集中在以下几个方面: 从UF/UVLS优化问题的要素和研究内容出发,评述该时变非线性的时-空-物综合的风险优化问题的特点、求解技术、现状,并展望其发展方向。涉及的要素包括目标函数、约束、故障集、控制方式、控制地点、控制时间、搜索策略。提出基于轨迹量化分析和风险控制的发展方向,在此基础上研究切负荷(LS)控制的机理,实现低频与低压、前馈与反馈、暂态与中长期LS的综合协调。 在有关文献研究功角稳定控制负效应的基础上,基于实际受扰轨迹的量化理论,深入研究了UF/UVLS的控制机理,分别发现LS对暂态频率及电压安全的控制负效应现象,从LS的正反两方面影响揭示了控制负效应的机理,通过计算LS的实效量验证了机理的正确性。系统机组间功角摇摆幅度越大,对暂态电压跌落安全越不利, LS后,若系统的主导振荡模式发生了变化,造成振荡中心转移,有可能引发更为严重的电压跌落。另外,互联系统的受端停机故障可能造成送端暂态频率/电压跌落,送端UF/UVLS使联络线两端功角差加大,不利于功角稳定性。文中通过对易于复现的3机9节点系统和实际电力系统的仿真,验证了上述机理的正确性。UF/UVLS控制负效应的研究探索了电力系统稳定问题的复杂性,提高了LS控制优化的强壮性。 UF/UVLS的协调优化是离散变量(地点和轮次)和连续变量(各轮的控制量)的混合优化问题。它具有高维时变非线性微分代数方程组的稳定性约束,包括功角有界稳定性和振荡阻尼,及代数变量的偏离量,并考虑多工况、多场景、多控制点、多轮次。将其解耦为下列子问题: (1)装置布点的优化:综合违规母线(违规严重程度,不可中断负荷量及代价)和控制母线(控制灵敏度,可中断负荷量及代价)的各种因素,提出控制母线贡献度的概念,按控制母线对所有不安全故障的综合贡献度动态排序优化装置布点. (2)首轮LS初值优化:兼顾有效控制母线和安全裕度对故障进行排序的基础上,从有效控制母线数最少和故障严重程度最小的故障开始,按控制母线对单一故障的贡献度逐个故障地确定LS点和LS量,并将已有整定结果作为场景,动态更新控制母线的贡献度排序。计及后续故障整定结果对较早处理故障的贡献,将后续故障的整定结果作为固定场景校核、修正前面故障的整定结果,迭代优化首轮初值; (3)后续轮LS优化:在首轮初值优化的基础上以多工况下各故障的欠切风险和过切风险代价之和最小为目标进行后续轮次的优化,通过替代前一轮LS量的机会性价比对控制母线进行动态排序,优先在机会性价比高的控制母线优化整定后续轮LS量,迭代求取所有控制母线的后续轮LS量,直到目标函数不再明显变化为止; (4)UF/UVLS的协调:单独优化基础上,分析暂态频率/电压跌落时空分布特性后,提出按“解耦优化-迭代协调”方式协调UFLS和UVLS,通过UF/UVLS方案的迭代充分考虑了UF/UVLS间的交互影响,保证了系统的安全性和LS控制的经济性。 对实际系统UF/UVLS方案的优化与协调,验证了上述算法的有效性和优越性。
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