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电力系统黑启动恢复及其决策支持技术的研究

作　者: 刘艳
导　师: 顾雪平
学　校: 华北电力大学（河北）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 黑启动系统恢复大停电层次分析法数据包络分析决策支持
分类号: TM76
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着现代社会对电力供应依存度的不断提高,大停电事故造成的后果日趋严重。作为电力系统安全防御措施之一,研究电力系统事故后的黑启动恢复问题和与之相关的决策支持技术对于优化恢复控制措施、减轻恢复控制负担、加快系统恢复速度、减小大停电事故带来的损失具有重要意义。本文在对黑启动已有成果及存在问题进行充分研究的基础上,将黑启动方案的制定作为黑启动研究的核心问题。针对系统在主网架形成之前的特定阶段,采用集中优化方式对影响方案制定的技术问题和决策方法进行研究。引入决策支持技术构建了辅助制定黑启动方案的决策支持框架,并以河北南部电网为应用背景开发的黑启动决策支持系统的原型系统。本文研究的决策支持方法为调度运行人员根据系统实际状态快速制定有效的黑启动方案提供了一种新的思路。论文工作主要包括以下几方面:1、研究开发了集成在统一数据库平台上的仿真计算程序,简化了黑启动初期发电机自励磁等主要技术问题的校验过程,为黑启动决策支持系统的开发及实现黑启动方案的自动校验和评估奠定了技术基础。2、提出了基于节点重要度评价的骨架网络重构策略及以最小化重构费用为优化目标的重构控制序列优化方法,有效降低了重构负担及重构操作的复杂度。首先,通过网络拓扑结构特性的研究对待恢复节点的重要程度进行量化,构造体现网络拓扑结构特性和安全约束的目标函数,采用离散粒子群优化算法确定骨架网络作为重构目标。其次,以反映启动容量和启动距离的重构费用函数最小为优化目标,通过图论Prim算法确定基于骨架网络的重构恢复序列并由非线性优化方法对其控制变量进行优化,以达到简化操作、加速重构的目的。3、提出了评估初期黑启动方案的层次化数据包络分析方法,在此基础上进行的较优方案重构效果比较为调度人员选择黑启动方案提供了更加全面的决策支持。层次化数据包络分析方法通过对层次分析法和数据包络分析的有机结合,综合考虑了影响黑启动的经验因素和技术因素,使得初期方案评估结果更加全面、准确。重构效果比较进一步明确了部分重要初期方案的后续恢复可操作性。4、提出了对各级电力系统普遍适用的黑启动决策支持框架,以此为指导设计并实现了黑启动决策支持系统的原型系统。该框架以黑启动方案的制定为核心,融技术校验及决策分析所需的数值计算和数据处理于一体。以河北南部电网为应用背景所开发的原型系统表明该方法能够极大地方便黑启动方案的研究和论证,增强调度运行人员应对系统大范围停电事故的能力。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-31
  1.1 选题背景与意义  12-13
  1.2 黑启动问题的国内外研究现状  13-28
    1.2.1 黑启动的概念  13-14
    1.2.2 黑启动的一般过程  14-15
    1.2.3 黑启动过程中的主要技术问题  15-20
      1.2.3.1 有功功率平衡及频率控制  15-17
      1.2.3.2 无功功率平衡及电压控制  17-19
      1.2.3.3 自动装置和保护系统的整定  19
      1.2.3.4 恢复策略  19-20
      1.2.3.5 通信、自动化系统以及人员操作  20
    1.2.4 黑启动方案制定  20-28
      1.2.4.1 黑启动方案的案例式研究  21-24
      1.2.4.2 智能方法在黑启动方案制定中的应用  24-28
  1.3 本文的学术思想和主要工作  28-31
第二章黑启动初期主要技术问题仿真研究  31-49
  2.1 发电机自励磁  31-36
    2.1.1 自励磁的基本原理及工程判据  31-33
    2.1.2 自励磁仿真研究  33-35
    2.1.3 算例  35-36
  2.2 操作过电压  36-40
    2.2.1 各元件数学模型简介  36-39
    2.2.2 操作过电压影响因素分析  39
    2.2.3 算例  39-40
  2.3 电压和频率  40-45
    2.3.1 各元件及网络数学模型  41-43
    2.3.2 仿真方法及影响因素分析  43-44
    2.3.3 算例  44-45
  2.4 低频振荡  45-48
    2.4.1 黑启动过程中低频振荡分析模型  46-47
    2.4.2 算例  47-48
  2.5 小结  48-49
第三章用于黑启动后续恢复的网络重构方法研究  49-67
  3.1 基于节点重要度评价的骨架网络的确定  49-59
    3.1.1 无标度网络及节点重要度  49-51
      3.1.1.1 无标度网络简介  49-50
      3.1.1.2 节点重要度  50-51
    3.1.2 骨架网络组成及评价指标  51-53
      3.1.2.1 电源和负荷重要性的确定  51-52
      3.1.2.2 骨架网络评价指标—网络重构效率  52-53
    3.1.3 基于离散粒子群优化算法的骨架网络确定方法  53-56
      3.1.3.1 离散粒子群优化算法简介  53-54
      3.1.3.2 骨架网络确定算法描述  54-55
      3.1.3.3 确定骨架网络算法流程  55-56
    3.1.4 应用实例  56-59
  3.2 以骨架网络为基础的重构过程优化  59-66
    3.2.1 基于骨架网络的重构路径优化  59-62
      3.2.1.1 重构路径优化目标  60
      3.2.1.2 重构路径优化算法  60-61
      3.2.1.3 算例  61-62
    3.2.2 重构控制优化  62-66
      3.2.2.1 分步重构过程描述  63-64
      3.2.2.2 分步重构控制优化  64-65
      3.2.2.3 算例  65-66
  3.3 小结  66-67
第四章黑启动方案评估技术的研究  67-80
  4.1 黑启动方案评估原则分析  67-69
    4.1.1 启动电源的确定  67-68
    4.1.2 被启动机组的选择  68
    4.1.3 恢复路径的选择  68-69
  4.2 黑启动方案评估  69-78
    4.2.1 初期黑启动方案评估  70-77
      4.2.1.1 层次分析法及初期方案评估的层次结构模型  70-72
      4.2.1.2 数据包络分析模型及其在指标层的应用  72-74
      4.2.1.3 应用实例  74-77
    4.2.2 黑启动方案重构效果比较  77-78
  4.3 小结  78-80
第五章黑启动决策支持技术研究  80-105
  5.1 决策过程与决策支持系统  80-82
    5.1.1 决策过程  80-81
    5.1.2 决策支持系统简介  81-82
  5.2 黑启动决策支持框架  82-91
    5.2.1 决策支持框架总体设计原则  82-83
    5.2.2 电网数据知识表示及数据管理  83-86
      5.2.2.1 利用语义对象创建数据库模型  84-85
      5.2.2.2 电网的语义对象模型  85-86
      5.2.2.3 电网的关系数据库模型  86
    5.2.3 基于动态链接库的模型管理  86-88
      5.2.3.1 动态链接库简介  87
      5.2.3.2 动态链接库的特点及调用  87-88
    5.2.4 基于面向对象技术的对话管理  88-91
      5.2.4.1 面向对象技术概述  88-89
      5.2.4.2 方案对象和方案管理器的设计  89-91
  5.3 黑启动决策支持系统原型  91-104
    5.3.1 总体结构  92
    5.3.2 功能简介  92-99
      5.3.2.1 系统数据维护模块  92-95
      5.3.2.2 系统运行模块  95-99
    5.3.3 应用实例  99-104
  5.4 小结  104-105
第六章结论  105-107
参考文献  107-115
致谢  115-116
附录  116-120
个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表  120-121

电力系统黑启动恢复及其决策支持技术的研究

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