电力系统控制的发展方向PPT课件下载推荐.ppt

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例如，为了提供一个100Hz的带宽，必须在几个毫秒内获得信息源的协调/控制计算周期。

最最优优运运行行状状态态包括在为负荷供电时维持恒定的频频率率，维持期望的电电压压分分布布和和线线路路潮潮流流，遵守设备的物物理理极极限限，以及保持明确的安安全全范范围围和和经经济济准准则则。

当然，不管有什么干扰，系系统统稳稳定定运行是最重要的，且是首要的目标。

运行是最重要的，且是首要的目标。

在本方案中，考虑一个基于模型的控制算法基于模型的控制算法，例如，当系统发生紧急情况时，能够立即在中央位置监测到或估计出系统拓扑的变化，并相应地更新系统模型。

然后，立即规划从系统初始状态到最终运行点的轨迹，应考虑所有约束条件，根据需要重复进行，并驱动控制器跟踪规划的轨迹。

这里，必须假定准确的和有效的假定准确的和有效的电力系统模型是存在的电力系统模型是存在的。

图1给出了这种基于模型的完全协调集中（使用同步测量或估计得到的全部状态和参数信息）高带宽控制方案。

要实现这个理想的方案，需要有复杂的、鲁棒的、冗余的控制和具有足够带宽的通信系统。

如果根据集中信号或信息的损失使控制设计得可以回复到一个降阶的分散运行模式，则不会由于该集中概念而损失可靠性。

电力系统是大规模、多输入/多输出、地理范围分布广的非线性系统。

因此，这种系统的控制也非常复杂。

在许多别的大型动态系统中，反馈要求的信号一般是当地可用的，计算出的激励信号不需要经过长距离传输到执行机构。

但在电力系统中，控制器在地理上分散在整个系统中，因此，（由于成本和复杂性的原因）禁止实行集中自适应高带宽控制方案禁止实行集中自适应高带宽控制方案.用当今的技术不能在大型电力系统中实施该方案的原因主要是过多的计算时间要求和没有专用的鲁棒的和冗余的通信通道。

要实现这种类型的控制，估计要求计算速度要比今天的高端计算机高100万倍才行。

而且，信号在控制器之间快速（相对于控制的需要）可靠的来回传输必须是可能的。

例如，要将单路信号传输延迟限制到1ms或者来回传输限制到2ms，集中控制的范围只有在半径最大大约150miles的区域内才可行。

为了得到接近集中控制器的性能，曾经有人诉诸于集中协调的（离线或在线）分散控制。

从严格意义上讲，分散控制定义为只利用当地状态信息的控制。

可以考虑一系列部分分散控制方案，其中各种远程系统状态和参数信息对每个控制器都是可用的。

虽然由于其简单和无须远程通信就可运行等特性使它们具有一定吸引力，但分散控制方案大多用在具有特殊结构的系统中，如弱耦合或者当耦合可以被适当地处理的系统.电力系统在结构上是天然分散化的，因此，需要集中协调以获得期望的性能目标。

但是，为了使集中协调所需的在线计算节约时间，为了获得更广区域的最优运行目标，必须采用分解和多级递阶控制方案。

多级递阶可定义为一些多级递阶可定义为一些子系统的纵向排列，用已定义的动作和干预权子系统的纵向排列，用已定义的动作和干预权力的优先级帮助获得系统范围内的目标。

力的优先级帮助获得系统范围内的目标。

较高级的子系统起着监控作用，与系统行为较较高级的子系统起着监控作用，与系统行为较大或较广的方面有关，处理较慢的现象，为做大或较广的方面有关，处理较慢的现象，为做出决策和控制计算提供较多的时间。

根据系统出决策和控制计算提供较多的时间。

根据系统范围的目标和系统结构，子系统可以具有合作范围的目标和系统结构，子系统可以具有合作的或竞争的目标。

高级控制器可以扮演冲突解的或竞争的目标。

高级控制器可以扮演冲突解决者的角色。

决者的角色。

下列原因使电力系统成为使用递阶控制方案的首选：

n系统的复杂性和规模;

n系统的自然结构;

n获得系统范围的目标时子系统有限的视野和不稳定性;

n设计有专门的子系统以很好地执行专门的任务;

n子系统间有限的或者没有通信;

n信息传递的成本、延时或畸变.图2描述了一个多级递阶控制结构，其中一个电力系统被分成几个区域。

区域集中控制器与高一级（也可能同级之间）交换信息，联合计算出欲得到区域范围和系统范围的性能目标所要求的控制作用。

系统范围控制器/协调器可能装在卫星上，也可以嵌入在某一个区域中。

该方案可以用于控制系统中区域间或区域内的线路潮流和母线电压。

而且，这个方案可以在集群的基础上实现，即每个区域被再分为一些簇，每个簇包含一个或多个控制器。

n这种方案各个簇分担了控制计算负担，但是是以增加通信需求为代价的。

每个簇有一个集中控制计算引擎。

于是，每个簇控制器就只向高一级即区域集中控制器发送或从它接收协调控制信号，以帮助获得系统范围的性能目标。

显然，簇控制方案在控制级中增加了一个附加级。

该控制功能分解伴随有自然的时间分解，而且时间分解取决于子系统的地理位置、通信通道以及时间延迟等。

历史上，电力系统固有的多时标和有功无功功率动力学间的弱耦合特性已经使这种递阶集中协调的简化形式出现过。

这被称为集中设定点协调方案，给定不多的集中计算/提供的设定点，实际的实时控制动作以分散的方式在当地自主地执行。

一般地，增益和时间常数根据离线研究或经验协调而预先设定。

设定点不常更新，可以为必要的计算提供时间。

这可以直观地看成一个分而治之的策略，用控制作用的分解和时间上的分解来处理一个非常复杂的控制问题。

时间上的分解，作为控制作用分解的自然顺序（反之亦然），意味着控制功能被分成快速内环控制作用和慢速设定点更新功能。

这些分解使大型电力系统的控制变得方便，但带来的代价是与完全协调集中控制方案相比性能的下降。

分解必然使完全协调在一定程度上被牺牲掉，这要求增加较大的备用裕度以增大电力系统稳定运行的空间，这也成为当今电力系统运行的一种通用手段。

自从互联电力系统出现以来，已经有一个在线自动（闭环）集中有功设定点协调方案实现并成功地用在现有的自动发电控制（AGC）和负荷频率控制（LFC）系统中。

AGC/LFC分别构成了慢速和快速控制回路。

这种控制结构已经很容易实现，因为透平机/发电机/调速器转动惯量具有较慢的控制和较慢的动力学要求。

由于缺乏快速动态响应所要求的足够的计算和通信能力，直到最近，类似的系统范围的闭环电压/无功协调控制才成为可能.总的说来，现代电力系统的典型控制功总的说来，现代电力系统的典型控制功能可以归类成叠加在负荷轨迹跟踪功能能可以归类成叠加在负荷轨迹跟踪功能上的快速干扰抑制上的快速干扰抑制/稳定功能。

稳定功能。

负荷轨迹跟踪功能构成了慢速准动态功能，轨迹在其中进行规划及以后的更新。

照这样，从宏观意义上讲，发电（有功/无功注入）用来跟踪负荷并供给输电损耗。

系统最系统最初通过预设的反馈机制尽力跟踪发电、初通过预设的反馈机制尽力跟踪发电、负荷或系统拓扑的变化，其主要反应是负荷或系统拓扑的变化，其主要反应是频率和频率和/或电压的变化。

然后，慢速复位或电压的变化。

然后，慢速复位作用或轨迹校正起作用，以使系统遵循作用或轨迹校正起作用，以使系统遵循安全和经济准则。

安全和经济准则。

现在，许多电力系统稳定和动态安全计算是离线进行的，或者计算频率不够快，不能利用系统状态和拓扑的即时信息。

在这种离线协调方案中，用电力系统的线性化模型来进行特定系统拓扑和运行状态下的特征值分析和控制设计。

然后，用多种运行方式对应的非线性模型对设计的控制进行测试以保证可以接受的性能。

这种方法的局限在于只使用当地信息，且缺乏在线集中协调。

一个例子就是PSS的设计和实现，它用来阻尼电力系统低频振荡。

要使该方法有效，必须有相当大的备用裕度（包括旋转备用和快速启动），极端情况下，还必须有切机和切负荷措施。

干扰后，系统必须有足够的裕度以达到稳定平衡点，即使该平衡点不是所期望的平衡点。

在扰动开始时，通过一复位动作将它带回，驱动其到达计算的理想的干扰后稳定运行点，如图3所示。

使用这里提出协调概念，依靠丰富的快速控制装置，在系统扰动一开始，而不是通过第二次复位动作，就能够实时地对全部系统动态控制系统状态轨迹。

总之，处理较慢系统动态的慢速控制功能已经以在线、协调和闭环方式实现，且运行成功。

这种协调对快速现象不是普遍可行的。

电力系统可以被视为是具有连续控制最少的系统（控制的数量与状态的数量之比在10%以内）。

大体上讲，对巨大容量、惯性和规模的依赖允许干扰相对较小，且是可控制的。

为了处理系统干扰与系统容量相比较大的情况，比如系统解列成为孤岛或者导致连锁故障的特大干扰，为了使系统恢复，需要采用更多具有高级性能的系统控制。

为了获得更进一步的增强性能，电电力系统控制技术必然朝着分散控制器的集中实力系统控制技术必然朝着分散控制器的集中实时和在线协调方向发展。

时和在线协调方向发展。

到现在为止，在美国还没有系统范围的协调闭环电压控制系统实现。

在欧洲，过去十年这项工作一直在进行。

巴西也报导了近来的研究工作。

就作者所知，当前还没有自动的系统范围的有功注入/潮流协调和控制回路存在。

2对增强控制的要求对增强控制的要求快速响应的有功功率控制对消除暂态和转子角稳定限制、提供充足的网络紧急状态后控制是必要的。

另一方面，无功潮流能力将用于使正常运行条件下的线路无功潮流最小，同时使在紧急状态期间和其后维持电压稳定性所需的潮流最大。

潮流控制也战略地用来最小化或减少输电系统扩张的需求。

一般地，电力系统控制作用可分为开关开关型型（on/off）或连续型连续型（包括分段连续）。

连续控制，又可分为基于发电基于发电的或基于基于网络阻抗网络阻抗的。

用于连续控制的网络阻抗可以是物理物理的或虚拟虚拟的（非物理的）电抗性或电阻性元件。

虚拟元件在网络中虚拟元件在网络中是通过插入受控同步电压源来表示的。

是通过插入受控同步电压源来表示的。

这些受控电压源并联并联在母线上或串联串联在输电线路中。

电压源转换器（VSC）采用计算机控制的大功率固态开关，用来合成这些插入的电压源。

第一代灵活交流输电系统（FACTS）控制器如SVC和TCSC主要用于控制实际物理阻抗的有效性。

基于VSC的FACTS控制器，可被设置成协同定位装置如STATCOM、SSC、UPFC和IPFC，或者是被直流输电线路分开的装置，主要属于虚拟阻抗控制这一类。

多转换器的基于VSC的FACTS装置和控制子网为电力系统提供空前的适应性、灵活性和控制能力。

为了获得增强性能，要求电力系统中要充分增加高速有功无功（MW/Mvar）注入/潮流控制器（如与电源相结合的FACTS控制器，或其它具有快速动力学特性的发电机和可控负荷相结合，还有存储设备等）。

利用这些快速控制器，利用这些快速控制器，一种新的全面的集中协调递阶控制结构就可以一种新的全面的集中协调递阶控制结构就可以实现，它适用于被称为系统范围的自动控制实现，它适用于被称为系统范围的自动控制（SAC）的有功和无功功率注入和潮流控制，的有功和无功功率注入和潮流控制，系统范围