{正版现货新书} 配电网同步测量技术及应用 9787030685100 张恒旭,石访,靳宗帅

第1章绪论

1.1电力系统监测的发展历程

能源是推动社会发展的重要动力。随着社会的不断发展，国防、工业、农业、高新技术产业等越来越依赖于安全稳定、高质量、清洁的电力系统的支撑[1.2]。电力系统的经济和安全运行可概括为两点：无故障发生时，能够通过全局优化或局部优化将经济性扩展到最大；发生故障时，能够迅速进行控制，避免大停电事故发生。为了达到以上两点要求，要获知电力系统实时行为状态，以对电网进行控制和优化。因此，加强电力系统运行状态实时监测，为调度控制提供及时可靠的运行状态测量数据，是提高系统运行安全稳定性的重要措施[3]

电力系统形成初期，受限于当时数据采集、传输等电子信息技术限制，调度人员无法及时获取远方电厂、变电站、断路器等设备运行状态，更无法及时控制，操作人员只能根据历史数据，就地读取测量值，然后根据自己的经验采取控制措施。1892年，电话技术使调度人员能够通过电话获取厂站运行数据并下达控制指令，初步实现电力系统远程监控。1927年，出现电力系统监测日志系统，该系统负责收集远方发电厂和变电站发送来的数据，然后打印运行状态的变化及其发生的时间和位置。但是上述监控方式费时费力，只能获取极其有限的历史信息，调度人员仍需根据个人经验选择控制措施，再用电话通知发电厂、变电站运行人员进行控制调整，很难保证操作的有效性。

以“四遥”为主要功能的布线逻辑式远动技术可以有效地对电力系统的运行状态进行实时监测，并能够直接对某些开关进行合闸和断开操作、对发电机出力进行调节，极大地提高了监控实时性。随着电力系统的结构和运行方式越来越复杂，对供电可靠性的要求越来越高，布线逻辑式远动装置无法提供高可靠度和高精度的运行数据，且面对庞大的实时运行数据，仅凭调度人员人工计算分析得到的运行方式和控制指令很难满足上述需求。

20世纪60年代，电子信息技术的快速进步极大地推动了电力系统监控技术的发展。基于微机的远方终端逐渐应用到发电厂和变电站，其获取的测量数据可靠性和精度都远超旧式布线逻辑式远动装置，数据采集与监视控制系统（supervisorycontrol and data acquisition,SCADA)逐渐成熟。为了提高调度中心的数据处理能力，计算机技术逐渐取代人脑，以快速计算分析海量实时运行数据，最早实现电力系统经济调度。20世纪80年代，SCADA技术的成熟催生了包含状态估计、最优潮流、静态安全分析等一系列高级应用功能的能量管理系统（energy management system，EMS），大大提高了系统运行的经济性和安全水平[45]。时至今日，SCADA/EMS系统仍然在电力系统稳态监控方面发挥着重要作用。

为了提高电力系统抗干扰能力，实现电力资源高效利用，区域电网开始互联运行。但是电网互联后，系统可能存在联络线状态接近稳定运行极限和区域间继电保护装置缺乏协调性等情况。当系统发生大扰动或出现故障时，可能会触发连锁反应进而导致大面积停电，例如1996年7月2日由线路单相接地故障引起的美国西部互联电网大停电事故、2003年9月28日由故障线路潮流转移引起的意大利电网崩溃事故。电网互联后，世界范围内发生了多起大停电事故，暴露了SCADA/EMS的重大漏洞，即在关键时刻无法快速给调度人员提供准确的同步动态信息，很难应对大范围连锁事故。全球定位系统（global positioning system,GPS）相关技术的应用使同步测量成为可能，催生了以相量测量单元(phasor measurementunit，PMU)为测量终端的广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)[6.7]。WAMS与SCADA的重要区别在于WAMS能够实时获取带有统一时间标记的工频信号相位、幅值和频率，通过高速通信网络实现测量数据的低延时传输与集中，时间分辨率达到10ms，使调度中心能够同步动态跟踪电力系统全局运行状态，实现了低频振荡监测、振荡源定位、孤岛监测、电压稳定监测、动态状态估计、在线广域稳定控制等功能[8.9]，标志着电力系统监测进入广域同步监测时代，大大提高了互联电网运行稳定性。

1.2电力电子化电力系统监测需求

大力开发可再生能源，加速负荷电气化升级将有助于缓解能源危机和环境污染问题。以电力电子装备为核心的风电/光伏等可再生能源发电、交直流输配电网架、电动汽车/储能等大功率互动性多元电气化负荷接入电网的比例日益升高，不仅使输电网形态日趋复杂，也使配电网呈现有源化、运行状态多变化，使电力系统源-网-荷呈高度电力电子化趋势[10]。

电力电子化电力系统呈低惯性、弱阻尼特征，会使系统稳定特性出现巨大变化。主网层面，系统发生有功扰动后，通过电力电子装置并网的分布式发电因缺少有功控制模块无法像同步发电机组一样向系统提供及时的有功支撑，容易引起系统频率的快速变化和大幅偏移，甚至导致频率崩溃[1.12]。缺少辅助控制模块的电力电子化装置接入系统会降低系统阻尼，削弱系统抑制小干扰引起的或大干扰后的低频振荡的能力。配网层面，分布式发电功率随机波动、多元化负荷随机波动、电网运行状态变化等都会引起短期难以预测的随机扰动，动态行为更加复杂[10]，严重时可引发连锁故障，扰动最终可能会传播到主网，危及主网安全稳定。轻型……