緊急控制與校正控制的協(xié)調優(yōu)化.pdf

1、跨大區(qū)電網互聯和電力市場化的推進在為我國經濟建設與發(fā)展提供強有力支持的同時，也對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與可靠性運行帶來了新的挑戰(zhàn)。而電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與國家建設與穩(wěn)定休戚相關，因此，如何防御大停電災難，保證電網安全、穩(wěn)定、優(yōu)質的運行就成為一個重大和迫切的課題。 閉環(huán)離散控制是電力系統(tǒng)在大擾動后保持運行可靠性的主要手段，包括切機、切負荷、解列等等，可以分為以故障驅動的緊急控制（EC）及由受擾軌跡驅動的校正控制（CC）兩類。當前對二

2、者的研究主要集中在如何以最小的控制量或控制代價來滿足安全穩(wěn)定約束，方案的制定依賴于系統(tǒng)仿真和工程經驗，決策過程都是在確定的運行工況、模型參數及故障場景下，孤立進行的。 閉環(huán)離散控制的決策要素包括系統(tǒng)模型與參數、工況、預想故障集、目標函數、約束條件、控制變量與控制時機，其優(yōu)化決策離不開可靠、高效的安全穩(wěn)定量化分析算法。擴展等面積準則（Extended Equal Area Criterion）提出了高維受擾軌跡擺次穩(wěn)定性的概念以及

3、評估每擺穩(wěn)定裕度的量化方法，深刻的揭示了非自治非線性多機電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的機理和規(guī)律，并能提供滿足工程實用要求的穩(wěn)定裕度指標。本文利用基于EEAC理論的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定量化分析與優(yōu)化決策軟件包FASTEST，從兼顧電力系統(tǒng)安全性與經濟性的角度出發(fā)，對EC優(yōu)化、CC優(yōu)化及二者的協(xié)調展開了較為系統(tǒng)的研究。 EC是故障驅動的前饋控制，時間滯后很小，控制性價比高；但由于其決策表是按典型場景預先準備的，實際場景與之失配可能引起嚴重過控

4、或欠控。CC是軌跡驅動的反饋控制，其執(zhí)行時刻在不安全現象出現以后，其性價比要差；但反饋控制律可以消除過控及欠控問題。本文以切機、切負荷和解列措施為例，深入比較了EC與CC在啟動判據、動作時機、控制代價、控制律及控制精度等方面的不同，討論了它們在確定工況及故障下的優(yōu)化決策。 電力系統(tǒng)本身是隨機的，各種隨機因素按受擾場景可分為工況類和故障類兩種。不同地點和類型的故障對穩(wěn)定性的破壞程度不同，即使相同的故障，在不同的電網結構、機組組合、

5、母線注入和系統(tǒng)備用下的控制代價也不同。按典型的工況和故障的確定性仿真及保守原則制定控制策略，其決策不但不經濟，還有可能帶來危險的負效應。以旋轉備用水平及頻率特性為例，分析了隨機因素對某實際電網頻率安全性的影響。 若用EC來應對小概率高風險的不確定因素，則在大多情況下將發(fā)生過控；若用CC來應對概率大的不確定因素，則機會成本很高。應基于風險概念來協(xié)調這兩種在物理和經濟特性上都互補的控制方式。配置EC以減輕CC的強度，追加CC來減輕E

6、C的保守性，并避免系統(tǒng)在預先未考慮到的嚴重故障下崩潰。二者的協(xié)調非但關系到防御體系的強壯性，也影響到防御行為的經濟性。以某實際電網為例，考慮切除時間和負荷模型的不確定性，對其切機方案進行協(xié)調優(yōu)化，仿真結果表明優(yōu)化后的控制方案風險代價顯著減小。 切負荷（LS）控制既可由故障驅動（即緊急LS），也可由軌跡驅動（即校正LS）。大量不確定因素突出了它們之間協(xié)調的重要性。這是一個時變系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃問題，需要處理各類穩(wěn)定性約束、高維混合決策

7、空間中的尋優(yōu)及控制措施之間的非線性交互等難題，只能采用解耦優(yōu)化．聚合協(xié)調的方法求解。首先用穩(wěn)定性量化分析軟件FASTEST分析不確定因素下的穩(wěn)定性，然后分別優(yōu)化故障驅動的LS及軌跡驅動的LS，在優(yōu)化其中之一時，將另一個的最新迭代結果作為仿真的外部場景，迭代到預想故障集的風險總代價不再明顯減小為止。考慮某實際系統(tǒng)的預想故障、負荷模型和負荷水平等不確定因素，仿真證實該協(xié)調優(yōu)化方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，顯著減少了控制的風險。 解列

8、控制既可由故障驅動（即第二道防線中的故障解列），也可由軌跡驅動（即第三道防線中的失步解列）。對于完全確定性的理想情況，只需要考慮故障解列，以減少對系統(tǒng)的沖擊；但客觀存在的不確定因素模糊了連鎖解列的充要條件，突出了失步解列及兩者協(xié)調的重要性。將解列后，使各孤立子系統(tǒng)穩(wěn)定的最小控制代價與故障概率的乘積之和作為解列風險，并按該指標協(xié)調兩種解列方案。采用“在線預算，實時匹配”的方法提高故障解列的自適應性：由控制中心站、就地主站和解列裝置組成自適