交直流混合输电系统电压稳定性研究

2020年1月28日交直流混合输电系统电压稳定性研究报告人：张尧华南理工大学电力学院广州五山0.报告内容国家自然科学基金重点项目简介——华南理工大学电力学院承担南方电网发展历史沿革交直流混合输电系统电压稳定研究思路1.交直流混合输电系统的研究国基重点项目简介项目研究内容1.1国基重点项目简介国家自然科学基金重点项目：《含有多馈入直流输电系统的互联电网稳定性分析和控制》项目负责人：任震教授承担单位：华南理工大学电力学院合作单位：国家电力公司南方公司香港大学起止时间：2004年1月至2007年12月1.2项目研究内容交直流混合输电系统动态建模研究考虑安全稳定约束的交直流可靠性问题的模型与算法交直流混合输电系统的电压稳定问题理论、方法和对策研究交直流混合输电系统全局协调控制理论和策略研究受端电网事故恢复与紧急状态控制的安全稳定控制策略研究多谐波源系统谐波分析及综合治理方法研究1.3拟解决的关键问题适合机电暂态过程分析的直流系统动态模型考虑安全稳定约束的交直流混合输电系统可靠性评估的模型、方法和指标体系交直流混合输电系统的电压稳定问题全局协调控制机制及交直流混合系统稳定协调控制策略1.4特色与创新对于交直流混合输电的互联系统，现有模型和方法需要重新构建，以此为突破的交直流混合输电系统的分析理论体系将有重大创新针对大型交直流混合系统在可靠性、安全性、稳定性及控制领域展开全面、深入及富于创新性的理论研究，研究工作和成果具有前沿性、创新性和重大理论及应用价值南方电网是我国第一个也是世界最大的交直流混合输电系统。本项目研究既是国际学术前沿，又有非常明确的实际应用背景因此，本项目在理论研究和应用研究的结合上具有鲜明的特色，为本项目开展提供了得天独厚的条件2.中国南方电网发展历史沿革中国电力工业=国电公司+南方电网公司+其他电力生产企业中国近年电力发展的标志1.三峡工程：全国互连大电网2.南方电网：交直流混合输电系统电力发展的趋势：西电东送，南北互供2.南方电网发展历史沿革（续）20世纪90年代：天-广500千伏交流输电投运实现南方四省电网互联，二滩、水口等大型电厂建设，省级电网进一步加强2001年7月天-广直流投运，南方电网形成我国第一条超高压大容量交直流并联输电通道2002年，天广第三回交流输电线路投产2003年，贵广交流输电线路投运2004年6月，三峡-广东超高压直流输电工程将双极投入运行，实现华中电网与南方电网的联网南方电网成为世界上最复杂的交直流混合输电系统2.南方电网发展历史沿革（续）2004年12月贵广直流输电工程双极投运华中与南方电网出现第二个联网点（直流背靠背），在川渝电网南部选址，与黔北相联南方电网西电东送形成了北、中、南三个主要通道的局面2.南方电网发展历史沿革（续）澜沧江小湾、糯扎渡大型水电群建成，贵州水、火电进一步开发，建成强大的云广+贵广交直流混合输电通道向珠三角送电，到2015年形成九交五直的格局，向广东送电2170万千瓦2.南方电网发展历史沿革（续）大电网互联带来新问题（交流）低频振荡：远距离大容量交流输电或交流弱联时，易产生区间负阻尼或弱阻尼，解决办法：投入与振荡模式强相关的PSS和TCSC相对弱的子系统和处于输电通道中间位置的安全稳定薄弱环节加强输电通道和受端电网的电压支撑频率问题总体改善，但当交换功率大时，若联络线跳开对频率稳定性影响较大对负荷特性更加敏感影响安全稳定水平的因素多元化2.南方电网发展历史沿革（续）大电网互联带来新问题（直流）合理选择直流输电系统的额定容量多条直流落点集中时的相互影响问题及交直流系统间的影响问题多条直流落点集中时的接地极选址问题保障直流系统正常运行的无功补偿和电压稳定问题交直流混合输电系统中应合理选择交/直流功率比例，直流单极故障时交流应能承担转移功率直流输电方案对水、火电基地整体开发后外送的适应性3.交直流混合输电系统电压稳定研究协同论的基本思想电力系统模型的协同论特性用协同论研究电力系统电压稳定的一般思路3.1协同论的基本思想协同学（[德]赫尔曼·哈肯）：提出了平衡和非平衡系统统一的相变理论系统从无序到有序是由于系统内部各子系统之间的非线性相互作用系统在临界点附近的行为仅由少数慢变量决定，称为序参量德国施普林格出版社出版了协同学的系列专著，目前已出版了六十余卷，内容涉及现代自然科学和社会科学的各个方面3.2电力系统模型的协同论特性超大规模复杂系统具有分层结构子系统的数量众多，但种类少子系统间存在着复杂的相互作用是非平衡系统：存在着能量和信息的流动电力系统中可能用协同学研究的现象（出现宏观有序结构）功角稳定问题中发电机分群现象出现电压失稳时，系统中母线电压分布出现明显的宏观结构西电东送：广西送大量功率到广东，广东无功功率明显倒送，表现出一定的有序性……3.3.用协同学研究电力系统的一般思路非线性动力系统（确定性模型）临界分岔（相空间）随机扰动序参量福克-普朗克方程役使原理信息熵无尺度图复杂系统相变时的宏观行为电力系统的确定性模型yxgyxfx,0,电力系统中的临界分岔电力系统是非线性动力系统，可以应用分岔理论基本思想：参数变化，系统矩阵某些特征值的实部变号，系统发生了定性变化只能研究电力系统的确定性模型，而且只能在相空间内研究，不能研究随机扰动产生的时间特性电力系统中的随机扰动用电用户的随机行为系统中的故障各种外界扰动对系统电气元件参数的影响信息熵熵：系统所能处于的状态数目的量度（熵大：系统可能的状态种类多，对称性强）信息熵：与上类似，是系统所处状态所含信息的量度最大信息熵原理：系统在临界状态下总是沿着获得信息最大的发展方向相变在电力系统中应用的关键问题：在某一状态下，不同物理量所含信息的实际物理意义福克—普朗克方程用系统微观层面的行为描述系统宏观层面的结构从系统的确定性模型（常微分方程组或微分代数方程组）导出，考虑到了随机涨落的影响是一个偏微分方程，待求量是系统处于某状态的概率分布，已有成熟的求解方法（SpringerSeries）在电力系统中应用的关键问题：以现有确定性模型的理论成果为基础，建立含有随机涨落的系统模型序参量序参量：在系统临界状态下控制系统演化的状态变量特点：数量少所含信息最多，可用最大信息熵原理来确定由序参量决定的系统在临界状态下的发展演化符合福克-普朗克方程的解序参量可以是实际存在的状态量，也可以是实际存在状态量的线性无关组合电力系统序参量研究的重要意义：能从宏观上把握当前电力系统演化和发展的趋势，有利于在接近临界状态时提前采取措施役使原理可依据序参量列写序参量方程，描述系统在临界状态下的演化时间特性当系统状态距临界状态较远时，系统各状态量对总体状态的贡献无明显区别系统达到或接近临界状态时，序参量对应演化模的时间常数最大，其他普通状态量对应演化模的时间常数小得多，可认为暂态过程在瞬间完成，故系统整体的演化由序参量决定序参量与普通状态变量的关系：序参量由普通状态变量共同作用产生，又支配着普通状态变量的时间特性用序参量方程描述系统不是对系统的简单降阶，而是在深入理解的基础上的总结和提高役使原理在电力系统中的应用：与序参量的确定相结合，可以提供从宏观层面监视和控制电力系统发展演化的方法无尺度图无尺度图的概念：有向图中少数几个顶点的度远远大于其它顶点的度，本图性质将由这少数几个顶点决定（《科学美国人》中文版，2003年第7期）无尺度图举例：发展差别较大国家的航班图学术泰斗发表著作的被引用图对无尺度图已有一些特殊的处理方法无尺度图（续）电力系统接线图并不是无尺度图！如果前述研究正确，则临界状态下的电力系统将由少数几个序参量所役使，序参量和普通状态变量的役使关系可看作无尺度图若序参量和普通状态变量的役使关系可用信息流来表示，则信息流无尺度图可用来进行电力系统的在线监控最终将形成一整套全新的用系统论（协同学）思想研究电力系统的理论。随着系统论理论和电力系统自身的发展，这里提到的理论也应随之发展。2020年1月28日谢谢！