数字化电力系统若干问题研究

论文摘要

近半个世纪以来，以数字化为特征的计算机和通信技术逐渐在电力系统中得到了普及应用，使得电力系统生产运行和调度管理的面貌发生了深刻的变革，形成了数字化的电力系统。本文以数字化电力系统为背景，在数字化系统的数据传输和分析应用等若干问题上展开研究，取得的主要成果如下：提出了基于网络通信的广域电流差动保护系统，可以利用基于图论的专家系统在线划分主、后备差动保护区，再通过保护agent之间的通信配合实现主、后备电流差动保护。结合IEC 61850协议的数据发布／订阅机制，讨论了数字化变电站中的广域电流差动保护可能的实现模式。利用数字化变电站中电子式互感器造价显著降低可以冗余配置，而且其测量数据在站内随处可得的特点，提出了基于模式匹配和基于规则的虚假故障数据识别方法。前者利用变电站内全站数据进行模式匹配，识别可能导致继电保护误动的虚假故障数据；后者将专家经验总结为规则，识别可能导致继电保护误动的虚假故障数据。提出利用曲线拟合和抽样／插值数据压缩技术在SCADA中传输电网动态信息的新方法。该方法在变电站侧把电网动态过程数据压缩到通信网络可承载的范围以内，然后在SCADA基站侧根据接收到的数据解压重构数据，达到在现有SCADA中传输电网动态信息的目的。基于抽样／插值的数据压缩方法还可用于广域测量系统中电网动态信息的高效传输。从统计学的角度分析了我国南方四家电网的故障数据，发现它们的日故障次数的统计分布具有幂律特性和长程自相关性，表现出自组织临界性。由于电网在短时段内出现的大量故障因主要由连锁故障、极端天气(雷暴、台风、暴雨、暴雪)及其相关事件(泥石流、山火)引发，提出了电网故障在连锁故障和具有自组织临界性的降水及其相关事件影响下，具有自组织临界性的机理解释，能合理解释2008年冰灾中我国电网故障大量爆发的现象。指出由于极端天气的强度和频率的增长将随全球暖化进程而显著加强，它将是全球暖化影响电网安全的主要模式。近年来由冰灾造成的电网大停电频频发生，除极端天气强度加强外，降水现象具有幂律分布这一特性与电网规划设计中对线路覆冰具有对数正态分布假设之间的矛盾，也可能是电网频繁遭遇超越设计标准的冰灾的原因。为经济高效地提高极端天气下的电网可靠性，可以在分析极端天气对电网的危害模式基础上，利用电网故障在时间和地域上的分布特性有选择性地进行电网改造。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 数字化电力系统的发展与研究现状
• 1.3 本文所做的工作及章节安排
• 2 基于数字化变电站的广域电流差动保护
• 2.1 引言
• 2.2 广域电流差动保护系统
• 2.3 数字化变电站中的广域电流差动保护的讨论
• 2.4 小结
• 3 数字化变电站中虚假故障数据的识别
• 3.1 引言
• 3.2 基于PNN的虚假故障数据识别
• 3.3 基于OLS-RBFNN的虚假故障数据识别
• 3.4 基于规则的虚假故障数据识别
• 3.5 小结
• 4 电网动态信息的压缩传输
• 4.1 引言
• 4.2 数据压缩效果评价指标
• 4.3 基于最小二乘多项式拟合的电网动态数据压缩传输
• 4.4 基于抽样/插值的电网动态数据压缩传输
• 4.5 小结
• 5 电网故障的自组织临界性及其机理分析
• 5.1 引言
• 5.2 电网故障的自组织临界性
• 5.3 电网故障自组织临界性的机理分析
• 5.4 冰灾前后电网故障自组织临界性的校验
• 5.5 结论
• 6 提高电网对极端天气的适应能力
• 6.1 引言
• 6.2 输电线路规划中线路覆冰设计方案的缺陷
• 6.3 利用电网故障的时间分布不平衡提高对极端天气的适应能力
• 6.4 利用电网故障的地域分布不平衡提高对极端天气的适应能力
• 6.5 小结
• 7 全文总结
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文和专利目录
• 附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目