油田电力系统连锁故障分析与研究

论文摘要

近几年,世界上发生了数起大停电事故,连锁故障是导致电力系统大停电的主要原因。因此对连锁故障的分析与研究刻不容缓。传统研究电力系统的方法多是把电网分割成发电、输电、配电和负载四个部分建立数学模型进行研究,这种割裂的分析方法对于电力系统连锁故障的研究无从下手,很难使人们意识到电力系统大停电事件的开始。因此,需要用系统的眼光从整体网络的角度对电力系统连锁故障的研究给予更多关注,从而尽最大可能地保证电力系统脆性不被频繁的激发。大庆油田电力系统拥有电厂4座,110(35)千伏变电所300多座,各类电压等级输电线路4000千米,是全国石油系统最大的电力企业。本文结合油田电网的特点,给出了一种连锁故障研究的确定性分析方法。首先建立系统的数学模型,在模拟过程中主要考虑了保护的正确动作。当线路功率达到额定功率的200%时,过负荷保护0.1ms动作切除线路。在线路开断后,连锁故障研究的条件为:(1)发电机出力和电网所带负荷没有发生变化;(2)线路为无损线路,即各个节点输出和吸收的功率都没有发生变化;(3)不考虑继电保护的误动作和拒动作的情况。本文确定的判断连锁故障终止的条件为:(1)开断支路引起系统解裂,认为系统失稳,连锁故障路径搜索终止;(2)连锁故障开断深度大于6,系统还没有出现失稳,则连锁故障路径搜索终止:(3)连锁故障模拟过程中不再有新的线路开断;(4)潮流算法不收敛,认为系统出现失稳,不再继续进行求解。电力系统连锁故障分析与研究所确定的连锁故障研究和分析的理论为:(1)首先进行首故障选择,从众多的线路中挑选能引起连锁故障的线路进行研究;提出了首故障搜索的三步骤法,即第一步确定系统的关键输电断面;第二步基于相隔中心性模型的首故障支路选择;第三步确定系统的特殊关键支路。(2)基于PQ分解法求出系统的基态潮流,即给定系统的节点类型后,据其计算各个节点的电压幅值和相角,然后计算各个支路首端和末端的潮流;(3)逐一选择首故障支路开断,采用PQ分解法和补偿法相结合,逐一计算每一条支路开断后,潮流在剩余支路中的分配情况,即计算系统的开断潮流;(4)进行暂态稳定分析,计算任意两台发电机间的相角差,如果超过180度,则认为系统失稳,停止计算;否则进入下一步:(5)对各个支路的开断潮流与继电保护的整定潮流相对比,如果大于整定潮流,则此支路被开断,重新进行开断计算,如果所有的支路开断潮流均小于整定值,则计算结束:(6)对所有的开断线路进行输出,输出时对连锁故障的开断顺序也同时进行顺序输出,如果有一条线路开断引起两条以上支路同时过载的情形,选择一条支路进行开断;(7)根据故障树的基础理论,形成开断路径故障树。故障树的最顶层为整个系统失稳,故障树的最下层为首故障支路,中间层即时连锁故障开断路径。给出了大庆油田的某线路连锁故障的故障树。(8)对故障树进行定量计算,包括计算连锁故障的发生概率,割集等。最后,用C#实现了油田电网程序的编写,并用IEEE39节点的算例进行了连锁故障的计算。包括电力系统发生故障后的潮流计算以及潮流重新分配后的数据显示功能;初始故障线路的选择与显示;初始故障线路开断分析;连锁故障自动结束条件判断与执行;故障树的形成、显示与分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外相关领域的研究状况和发展趋势
• 1.3.1 连锁故障的系统型分析方法
• 1.3.2 连锁故障的网络型分析方法
• 1.3.3 连锁故障的概率型分析方法
• 1.3.4 连锁故障的确定型分析方法
• 1.4 大庆油田供电网简介
• 1.4.1 输电线路
• 1.4.2 变电设备
• 1.4.3 通信、自动化设备
• 1.5 研究的总体思路及论文的结构安排
• 1.5.1 连锁故障的继电保护处理
• 1.5.2 连锁故障研究的条件和终止的条件
• 1.5.3 总体思路
• 1.5.4 论文的整体安排
• 第二章 连锁故障分析方法
• 2.1 连锁故障的相关定义和描述
• 2.1.1 连锁故障的相关定义
• 2.1.2 连锁故障导致大停电场景描述
• 2.1.3 连锁故障的特征
• 2.1.4 连锁故障机理分析
• 2.1.5 引起电力系统故障的原因
• 2.2 连锁故障的分析方法
• 2.2.1 大停电发展过程及分析
• 2.2.2 连锁故障分析方法
• 2.3 连锁故障的预防措施
• 2.4 本章小结
• 第三章 连锁故障分析的数学模型
• 3.1 连锁故障分析电力系统各元件的等值电路
• 3.1.1 架空输电线路的集中参数等值电路
• 3.1.2 双绕组变压器的等值电路
• 3.1.3 三绕组变压器的等值电路
• 3.1.4 负荷的数学模型
• 3.1.5 发电机的数学模型
• 3.2 标幺值
• 3.3 电力网络的数学模型
• 3.3.1 节点导纳矩阵
• 3.3.2 节点阻抗矩阵
• 3.3.3 节点编号顺序的优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 连锁故障的首故障选择方法
• 4.1 确定系统的关键输电断面
• 4.1.1 并行输电线路的确定方法
• 4.1.2 有功潮流转移系数的求解
• 4.1.3 关键输电断面的确定方法
• 4.2 基于相隔中心性模型的首故障支路选择
• 4.3 确定系统的特殊关键支路
• 4.4 本章小结
• 第五章 连锁故障的潮流分析方法
• 5.1 节点分类
• 5.1.1 PQ节点
• 5.1.2 PV节点
• 5.1.3 平衡节点
• 5.2 基态潮流分析方法
• 5.2.1 节点电压用直角坐标表示时的牛顿-拉夫逊法潮流计算
• 5.2.2 节点电压用极坐标表示时的牛顿-拉夫逊法潮流计算
• 5.2.3 PQ分解法潮流计算
• 5.3 开断潮流的求取方法
• 5.4 用补偿法和PQ分解法结合快速求解开断潮流
• 5.5 线路开断引起网络分裂的判断
• 5.6 本章小结
• 第六章 连锁故障的稳定性分析方法
• 6.1 暂态稳定的数学模型
• 6.1.1 发电机的数学模型
• 6.1.2 负荷的数学模型
• 6.2 改进欧拉法
• 6.3 复杂系统的暂态稳定性分析方法
• 6.4 本章小结
• 第七章 连锁故障的故障树形成和油田电网的应用
• 7.1 故障树分析的步骤
• 7.2 故障树的特点
• 7.3 故障树编制的方法
• 7.3.1 事件符号
• 7.3.2 逻辑门符号
• 7.3.3 转移符号
• 7.4 故障树的定性和定量分析方法
• 7.4.1 定性分析
• 7.4.2 定量分析
• 7.4.3 重要度分析
• 7.5 动作故障树编制和油田电网的应用
• 7.6 本章小结
• 第八章 连锁故障软件的编制及算例结果
• 8.1 连锁故障软件的编制
• 8.1.1 数据初始化
• 8.1.2 基态潮流软件编制流程图
• 8.1.3 首故障编制流程图
• 8.1.4 开断潮流软件编制流程图
• 8.2 算例
• 8.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要