电力供应系统地震功能失效分析与安全控制研究

作     者：李光华 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柳春光

授予年度：2010年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电力供应系统 功能失效 快速解耦法 安全性分析 安全约束最优化法 

摘      要：电力供应系统不仅是生命线工程系统的重要组成部分,也是能源供应系统的重要组成部分,与其他生命线系统和能源供应系统相互影响、相互制约。它与人们的生活息息相关,对人们的生产生活有着广泛和深刻地影响。一旦电力供应系统遭到破坏将会影响其他系统正常功能的发挥,甚至导致其他系统功能完全瘫痪,给人民生命财产造成严重的损失和威胁;自20世纪60年代中期以来,电力供应系统的震害几乎贯穿于每一次强烈的地震灾害中,而且地震破坏造成的损失也越来越大,因此电力供应系统地震安全性分析与控制和运行费用的控制是一个十分具有现实意义的课题。 电力供应系统是由很多种类和数目元件组成的复杂的系统,文中在对系统组成结构进行深入研究的基础上,采取一定的简化与假设后得到了系统地震安全性分析模型。 文中考虑到电力系统震后恢复的特殊性,在潮流分析时采用快速解耦法。该方法是在牛顿法的基础上,根据高压电力系统的物理特性,抓住影响功率传输的主要矛盾,忽略次要矛盾,将有功功率和无功功率解耦后得到的,该方法能在较短的时间内得到正常情况下的系统运行变量。安全性分析采用了灵敏度安全性分析法,该方法是将因地震引起的电力供应系统线路开断视为系统正常运行的一种扰动,从系统潮流方程的Taylor级数展开式出发,得到灵敏度矩阵,以系统节点注入的功率增量来计算系统运行变量增量。 通过安全性分析,系统可能进入紧急运行状态,如果不采取相应的控制措施,会导致系统进一步的破坏甚至崩溃,安全控制的目的就是通过相应的调整措施使处于紧急状态的系统恢复到正常的安全状态。我们将安全约束最优化法运用于系统安全性控制中,考虑到系统运行的经济性,采用了最小增量成本费用为目标函数,并以线路潮流限制、节点电压限制和发电机出力限制为约束条件,运用线性规划法求解发电机组出力增量,通过调整发电机出力使系统恢复到正常运行状态,并且使运行成本最优。 最后以美国旧金山湾地区电力供应系统在1989年Loma Prieta地震中的破坏为实例,编写了相应的Fortran和Matlab程序,对系统进行潮流分析、功能失效分析、安全性分析和安全控制,验证了文中所提出的方法的正确性和实用性。该工作可作为电力系统地震后安全分析与控制和经济损分析的理论基础。