《[精选]电力市场化和电网互联对稳定分析技术的挑战》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[精选]电力市场化和电网互联对稳定分析技术的挑战（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1引言稳定性是反映系统的输人、初始条件或参数的小变化不会使系统行为发生大变化的性质。例如，电力系统的安全稳定性就包括在受扰后保持各发电机之间同步运行的能力（大扰动同步稳定性和小扰动同步稳定性），在扰动清除后保证母线电压不长时间低于或高于对应限值的能力（暂态、中长期电压安全性），不丢失感应电动机和逆变器等动态负荷的能力（动态负荷稳定性），以及确保所有元件运行在许可范围内的能力。其中，最基本的同步稳定性是描述电力系统在一定的初始工况和扰动下，各发电机转子角相对位置的有界特性。 电力系统的安全供电对于社会文明和国民经济极为重要，而稳定性又是电力系统安全运行的关键。不能保证稳定的系统是谈不上其他品质的
2、，而任何经济上的考虑都必须接受安全供电的制约。对此，世界各国均不乏惨痛教训。例如1996年7月2日美国西部WSCC系统的一回345kV输电线因对树放电而断开，同时继电保护装置误跳平行线路，一系列连锁过负荷最终导致了电压不稳定和振荡。太平洋联络线跳开后，系统瓦解为五个孤岛，爱达荷州全部停电，时间长达35h1。1996年8月10日该系统再次发生类似故障，系统瓦解成四个孤岛，使约750万用户分别停电几分钟到六个小时，损失负荷30.49GW，电量41.33GWh。美国总统将此提高到“危及美国国家安全”的高度，可见问题的严重性。 全国联网和建立电力市场是我国电力工业改革和发展的战略目标。电网的互联和开放
3、不但使电力系统的运行条件越来越苛刻，并且大大增加了其不可预知性，故电力系统的安全稳定问题将越来越突出，并显著地影响输电服务价格，从而又会制约互联电网和电力市场的发展。因此，研究电力市场环境下的跨大区联网对于安全稳定性的影响，明确稳定分析算法的发展方向具有重要意义。 本文从环保、电力市场竞争机制、跨大区联网的角度，探讨了它们对现有的稳定分析技术的冲击。从系统规划、运行规划、在线运行、稳定控制等方面讨论了新一代稳定分析软件应该具有的功能；指出新一代算法的基本特征是对同步稳定性、电压安全稳定性、频率安全稳定性分别提供严格的量化指标，并在参数空间中给出安全稳定域；指出在新一代故障中引入概率观点和风险观
4、点的重要意义。电力系统灾变防治目标的实现有赖于非线性稳定理论上的突破，文中介绍了近年发展起来的互补群群际能量壁垒准则所取得的成果，指出了进一步发展的方向。 2 环境保护对安全稳定性的影响 环保方面的考虑使建设新的发电、输电项目日益困难。电力系统必须在越来越紧张的条件下运行，因此对已有设备能力的充分利用显得日趋重要，而灵活地调节线路潮流，提高稳定极限传输功率的要求也越来越迫切。环境限制将有利于选用水力资源和天然气资源，水电往往伴随着远方输电及稳定性问题，而燃气轮机的大量采用使电压稳定性问题更加突出。将大量分散的发电厂（特别是风电和热电联产）接人系统时可能对系统运行可靠性和动态安全产生较大的影响。
5、常规的稳定分析算法和稳定控制系统已经无法满足电力系统在越来越小的稳定度下运行的要求，故建立全新的稳定性理论、特别是定量分析理论成为当务之急。 3 市场竞争对安全稳定性的影响 3.1 电力市场的开放2，3 从1990年英国电力工业私有化开始，接着在西班牙、新西兰、阿根廷、智利等国进行电力工业机制改革，其主要目标是“改变电力工业国营或地区专营的性质，优化对现有资产的利用，通过竞争，降低成本，促进经济效率，改进对用户的服务”，即使在已经私有化的国家（如美国）也实行非管制化。其共同点为： （1）在发电侧实行竞争，提高经济效率（如降低成本和电价，更好服务和技术进步），以争取配电公司和大用户的买电合同。（
6、2）新型的小容量机组投资少而清洁，用户考虑自建电厂以获得廉价的电能。在发达国家中出现独立电能生产者和非电力公司发电，例如意大利的非电力公司发电在2022年将占 17.5。 （3）输电系统作为一个垄断的服务实体，与发电分离；开放输电网和转送（即卖电方通过第三方拥有的电网卖电给买电方的过程）。通过高质量的服务（合格的频率和电压，供电连续性）获得经济回报。如果输电资产为几个公司所有，则系统的运行由独立系统调度员担任，为所有参与者提供一个公正、透明、不歧视的活动场所。 （4）配电也成为独立实体，进行管理和价格控制，而一些大用户也可以直接向发电侧买电。 （5）一次和二次控制作为输电系统辅助服务中的一个重
7、要部分，在新的计费标准中将与发电价和输电价分开。 电力市场的发展进一步增强了用户对供电可靠性和电能质量的自我保护意识，也使设备的运行越来越接近其热容量，并增加了运行条件的不可预知性。研究人员和工程师不但对如何应用现代化控制策略来节约投资和运行费感兴趣，并且非常关心电力市场对潮流分布、动态行为和稳定性的影响。这就向安全稳定分析方法和控制技术的实时性和智能性提出越来越严峻的挑战 3.2 市场机制下的规划 从发电、输电一体化的体制演变到开放和竞争的环境，规划设汁中的不确定因素大大增加，在新厂建设和老厂关闭之间不再有集中的协调。不但独立电能生产者和非电力公司发电的未来规模、地点和特性难以确定，相邻电力
8、企业现在和将来的战略信息也不容易掌握。电力规划的战略方针必须在充分研究电力市场的基础上，综合考虑发电规划、需求侧管理、社区能源规划、电价、输电和配电等的技术经济性，以及环境、社会经济等因素，协调各部门的战略规划目标。必须认真对待各种不确定因素，使综合资源利用最优，达到最佳的经济效益并使客户总支出费用最低。 为了适应这种新情况，电力公司提出了各种适应众多不确定因素的措施；更有效地利用现有设备和引人新技术，使系统运行于较高的负荷水平。例如法国电力公司研究将400kV线路的运行温度从75提高到90，从而在增加 10负荷能力的同时，也增加了20的损耗，降低了系统稳定性。应用新颖的电力电子控制设备可能比
9、建新线路要经济省时，但是这将增加线损和可能减少长期的灵活性。利用全球定位系统（GPS）和高速通信测量远方母线相位，通过远距离控制功角来提高系统的稳定性。这种控制是一种复杂的多变量控制系统，要用智能的方法来解决。在不确定性大和将来系统变化的风险大的场合，采用可移动的设备。减少建设的超前时间，但系统规划还是要短期和长期相结合。在合理的代价下限制风险，既减少系统对不定因素的依赖性，也应避免在若干年后付出更高代价。 市场竞争将更加突出电力系统经济和安全性的优化，提出能量可靠性价格和停电价格等概念，用价格代替成本，建立新的目标函数。安全稳定因素将显著地影响输电服务价格，这将导致对优化问题的重新考虑和定义
10、。在某些情况下由于维持电压稳定性等要求，有些机组即使发电成本较高也必须投人运行。这些必投机组的存在和旋转备用容量一样将使电价上升，因此需要有合理的算法来动态确定在特定工况下必须的必投机组分布和容量。这样的约束优化算法必须考虑非常复杂的动态约束，目前还没有实用的成果。3.3 市场竞争中的调度运行开放和竞争使供电合同更具多样性和多变性，各成员公司及各电厂间的发电分配难以预料，市场经济下的系统运行工况将由市场需求来决定。系统间大量的电能交换和交易。不可预测的潮流和线损等因素都增加了运行调度的不确定因素。为了适应电力市场中的负荷对电能质量的更高要求，还需要装备二次电压或更复杂的电压控制系统。市场环境对
11、负荷中短期和超短期预报提出更高的要求，不但要按母线来预报负荷，并且要对各发电厂的电价和市场份额进行预报。 与计划经济时相比，电力市场运行机制下的运行更容易遇到离线分析未考虑的工况。官方关于WSCC系统事故的分析报告明确指出，造成这些灾难的主要原因之一是缺乏在线的稳定性量化分析软件及自适应的稳定控制决策支持。事实上，当相继发生了若干事件后，系统工况很可能超出离线分析的范围。此时，即使工程师们意识到运行规程上的稳定极限值已经无效，却无法了解当时的系统离开崩溃点还有多远，更不知道应该如何来施加适当的控制。按离线计算来确定输电极限的方法不再能满足在线运行的要求，离线制定的 32 市场机制下的规划 从发
12、电、输电一体化的体制演变到开放和竞争的环境，规划设汁中的不确定因素大大挪p，在新厂建设和老厂关闭之间不再有集中的协调。不但独立电能生产者和非电力公司8电的未来规模、地点和特性难以确定，相邻电力企业现在和将来的战略信息也不容易掌握。电力规划的战略方针必须在充分研究电力市场的基础上，综合考虑发电规划、需求侧管理、社区能源规划、电价、输电和配电等的技术经济性，以及环境、社会经济等因素，协调各部门的战略规划目标。必须认真对待各种不确定因素，使综合资源利用最优，达到最佳的经济效益并使客户总支出费用最低。 为了适应这种新情况，电力公司提出了各种适应众多不确定因素的措施；更有效地利用现有设备和引人新技术，使
13、系统运行于较高的负荷水平。例如法国电力公司研究将4kV线路的运行温度从75提高到90，从而在增加 10负荷能力的同时，也增加了20的损耗，降低了系统稳定性。应用新颖的电力电子控制设备可能比建新线路要经济省时，但是这将增加线损和可能减少长期的灵活性。利用全球定位系统（GPS）和高速通信测量远方母线相位，通过远距离控制功角来提高系统的稳定性。这种控制是一种复杂的多变量控制系统，要用智能的方法来解决。在不确定性大和将来系统变化的风险大的场合，采用可移动的设备。减少建设的超前时间，但系统规划还是要短期和长期相结合。在合理的代价下限制风险，既减少系统对不定因素的依赖性，也应避免在若干年后付出更高代价。
14、市场竞争将更加突出电力系统经济和安全性的优化，提出能量可靠性价格和停电价格等概念，用价格代替成本，建立新的目标函数。安全稳定因素将显著地影响输电服务价格，这将导致对优化问题的重新考虑和定义。在某些情况下由于维持电压稳定性等要求，有些机组即使发电成本较高也必须投人运行。这些必投机组的存在和旋转备用容量一样将触价上升，因此需要有合理的算法来动态确定在特定工况下必须的必投机组分布和容意这样的约束优化算法必须考虑非常复杂的动态约束，目前还没有实用的成果。 33 市场竞争中的调度运行 开放和竞争使供电合同更具多样性和多变性，各成员公司及各电厂间的发电分配难以预料，市场经济下的系统运行工况将由市场需求来决
15、定。系统间大量的电能交换和交易。不可预测的潮流和线损等因素都增加了运行调度的不确定因素。为了适应电力市场中的负荷对电能质量的更高要求，还需要装备二次电压或更复杂的电压控制系统。市场环境对负舢中短期和超短期预报提出更高的要求，不但要按母线来预报负荷，并且要对各发电厂M电价和市场份额进行预报。 与计划经济时相比，电力市场运行机制下的运行更容易遇到离线分析未考虑的工况。前关于WSCC系统事故的分析报告明确指出，造成这些灾难的主要原因之一是缺乏在线的稳定性量化分析软件及自适应的稳定控制决策支持。事实上，当相继发生了若干事件后 系统工况很可能超出离线分析的范围。此时，即使工程师们意识到运行规程上的稳定视
16、值已经无效，却无法了解当时的系统离开崩溃点还有多远，更不知道应该如何来施加B当的控制。按离线计算来确定输电极限的方法不再能满足在线运行的要求，离线制定的运行规程也难以保证系统的安全运行。独立系统调度员必须具备在线环境下进行电压分析和暂态稳定分析的手段，才能履行保证系统可靠性的职责。因此，在线动态安全的量化分析将是控制中心必须引进的功能，该分析工具既要有量化能力又具有快速性。 一个普通的局部故障，可能由于保护及控制装置的误动或拒动、不适当或不及时的手动措施、加上电网结构的不合理，而导致一系列的相继故障或过载元件的连锁开断，以至最终酿成灾难性的大面积停电事故。一般来说，一个普通的局部故障并不会被离线分析所遗漏，但是在运行工况由市场规律决定的情况下，发生该故障时的实际工况则极有可能并
