電力系統(tǒng)自動電壓控制

目錄
序
前言
第一篇 基礎(chǔ)知識
第1章 緒論 3
1.1 自動電壓控制的發(fā)展背景 3
1.2 AVC的發(fā)展歷史 4
1.2.1 基于OPF的兩層控制模式 4
1.2.2 基于分區(qū)的三層控制模式 5
1.2.3 三層電壓控制模式的發(fā)展 6
1.2.4 發(fā)展歷史小結(jié) 10
1.3 AVC的主要挑戰(zhàn) 11
第2章 基礎(chǔ)知識 14
2.1 基本概念 14
2.1.1 電壓偏移 14
2.1.2 無功功率 15
2.2 電壓水平與無功平衡 20
2.2.1 電壓水平 20
2.2.2 無功平衡 23
2.3 無功電源 23
2.3.1 同步發(fā)電機(jī) 24
2.3.2 同步調(diào)相機(jī)及同步電動機(jī) 24
2.3.3 靜電電容器 25
2.3.4 靜止無功補(bǔ)償器 26
2.3.5 高壓輸電線的充電功率 27
2.4 電壓控制措施 27
2.4.1 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁 28
2.4.2 改變變壓器變比 29
2.4.3 利用并聯(lián)無功補(bǔ)償控制電壓 30
2.4.4 利用串聯(lián)無功補(bǔ)償控制電壓 30
2.5 潮流方程與靈敏度分析 32
第二篇 基礎(chǔ)技術(shù)
第3章 自動電壓控制模式 37
3.1 引言 37
3.2 分級遞階電壓控制模式 37
3.3 基于軟分區(qū)的三層電壓控制模式 40
3.4 電壓控制模式的演化關(guān)系 42
3.4.1 理想化最優(yōu)控制模式 43
3.4.2 目標(biāo)解耦性分析 45
3.4.3 時(shí)間解耦性分析 47
3.4.4 空間解耦性分析 50
3.4.5 對比總結(jié) 55
第4章 在線自適應(yīng)分區(qū)方法 59
4.1 引言 59
4.2 無功源控制空間 61
4.2.1 基本思想 61
4.2.2 控制靈敏度求解 61
4.2.3 無功源空間構(gòu)造過程 64
4.2.4 簡單示例 65
4.3 基于無功源空間的分區(qū)方法 67
4.3.1 聚類分析 67
4.3.2 算例研究 68
4.4 中樞母線選擇方法 73
4.4.1 原理與算法框架 74
4.4.2 中樞母線的選擇過程 75
4.4.3 算例分析 81
第5章 三級電壓控制 87
5.1 引言 87
5.2 OPF無功優(yōu)化模型 87
5.3 軟件體系 88
5.4 功能 89
5.5 現(xiàn)場應(yīng)用案例 90
5.5.1 聯(lián)絡(luò)線控制效果 90
5.5.2 網(wǎng)損控制效果 92
第6章 二級電壓控制 95
6.1 引言 95
6.2 不同控制方式下的協(xié)調(diào) 95
6.3 CSVC的基本思想 98
6.4 CSVC的數(shù)學(xué)模型 99
6.4.1 變量說明 99
6.4.2 目標(biāo)函數(shù) 100
6.4.3 約束條件 102
6.4.4 緊急控制模式 103
6.5 仿真算例 104
6.5.1 IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng) 104
6.5.2 江蘇實(shí)際電網(wǎng) 106
6.6 功能體系 110
6.6.1 控制策略計(jì)算 110
6.6.2 控制策略執(zhí)行 110
6.6.3 閉鎖設(shè)置 111
第7章 靜態(tài)電壓穩(wěn)定預(yù)警和預(yù)防控制 112
7.1 概述 112
7.2 奇異值分解法 113
7.3 標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)型潮流計(jì)算方法 115
7.3.1 原理簡介 115
7.3.2 算法細(xì)節(jié) 116
7.4 連續(xù)潮流計(jì)算方法的改進(jìn) 117
7.4.1 潮流計(jì)算中的PV-PQ節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換邏輯 117
7.4.2 基于動態(tài)潮流方程的連續(xù)潮流方法 119
7.5 故障型連續(xù)潮流 123
7.5.1 問題的列式 124
7.5.2 虛擬的靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn) 126
7.6 電壓穩(wěn)定控制的模型和方法 127
7.6.1 控制靈敏度的計(jì)算方法 127
7.6.2 基于連續(xù)線性規(guī)劃的控制模型 128
第三篇 高級協(xié)調(diào)問題
第8章 多級控制中心的協(xié)調(diào)控制 133
8.1 概述 133
8.2 基本概念 134
8.2.1 協(xié)調(diào)關(guān)口 134
8.2.2 協(xié)調(diào)變量 136
8.2.3 協(xié)調(diào)約束 136
8.2.4 關(guān)口無功電壓耦合度關(guān)系 139
8.2.5 協(xié)調(diào)關(guān)口組 142
8.3 多級控制中心協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模式 145
8.4 強(qiáng)耦合的多級控制中心協(xié)調(diào)優(yōu)化控制 147
8.4.1 特點(diǎn)分析 147
8.4.2 協(xié)調(diào)約束的生成 148
8.4.3 協(xié)調(diào)策略的產(chǎn)生 153
8.4.4 控制策略的執(zhí)行 155
8.4.5 仿真控制效果 159
8.5 弱耦合的多級控制中心協(xié)調(diào)優(yōu)化控制研究 163
8.5.1 弱耦合特點(diǎn)說明 163
8.5.2 省地協(xié)調(diào)電壓控制弱耦合特性分析 163
8.5.3 省地協(xié)調(diào)中協(xié)調(diào)約束的生成 165
8.5.4 省地協(xié)調(diào)中協(xié)調(diào)策略的產(chǎn)生 170
8.5.5 省地協(xié)調(diào)中協(xié)調(diào)策略的執(zhí)行 174
8.5.6 仿真算例1 176
8.5.7 仿真算例2 179
第9章 安全與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào) 182
9.1 概述 182
9.2 多目標(biāo)優(yōu)化和博弈論 183
9.2.1 多目標(biāo)優(yōu)化相關(guān)概念 183
9.2.2 博弈論相關(guān)概念 184
9.2.3 基于博弈理論求解多目標(biāo)優(yōu)化 186
9.3 多目標(biāo)無功電壓優(yōu)化模型 188
9.3.1 經(jīng)濟(jì)安全指標(biāo) 188
9.3.2 考慮安全和經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)無功電壓優(yōu)化模型 190
9.3.3 多目標(biāo)無功電壓優(yōu)化模型的Pareto最優(yōu)前沿 191
9.4 多目標(biāo)無功電壓優(yōu)化模型求解 195
9.4.1 基于合作博弈理論求解多目標(biāo)無功電壓優(yōu)化模型 195
9.4.2 傳統(tǒng)模型和新模型最優(yōu)解關(guān)系 202
9.4.3 算例分析 204
9.5 安全方博弈決策的在線方法 212
9.5.1 狀態(tài)變化轉(zhuǎn)移因子特性 212
9.5.2 實(shí)用化的安全方?jīng)Q策方法 224
9.5.3 基于中樞節(jié)點(diǎn)的決策方法 226
9.6 考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的模型與求解方法 229
9.6.1 考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的SCOPF模型 229
9.6.2 考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的M-ROPF模型 230
9.6.3 基于合作博弈理論的模型求解 235
9.6.4 算例分析 241
第10章 支撐大規(guī)模風(fēng)電匯集接入的自律協(xié)同電壓控制 245
10.1 概述 245
10.1.1 背景與技術(shù)挑戰(zhàn) 245
10.1.2 自律協(xié)同控制架構(gòu) 247
10.2 風(fēng)電場AVC子站側(cè)自律控制 249
10.2.1 概述 249
10.2.2 目標(biāo)函數(shù) 251
10.2.3 預(yù)測模型 252
10.2.4 風(fēng)電場AVC子站功能 254
10.2.5 風(fēng)電場AVC子站接口 255
10.3 系統(tǒng)級協(xié)同控制 257
10.3.1 概述 257
10.3.2 敏捷二級電壓控制 258
10.3.3 基于SCOPF的預(yù)防控制 261
10.4 現(xiàn)場應(yīng)用案例 262
10.4.1 MPC控制效果 262
10.4.2 系統(tǒng)控制效果 268
第四篇 工程實(shí)踐
第11章 與EMS的集成 273
11.1 概述 273
11.2 外掛式集成 274
11.2.1 基本流程 274
11.2.2 IEC61970 CIM模型簡介 276
11.2.3 CIM模型的自動導(dǎo)出與解析 280
11.3 內(nèi)嵌式集成 281
11.3.1 系統(tǒng)框架與數(shù)據(jù)交互 283
11.3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)分析 285
第12章 AVC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究 298
12.1 概述 298
12.2 擴(kuò)展原則 299
12.3 對現(xiàn)有AVC系統(tǒng)的分析 300
12.4 層次結(jié)構(gòu)描述 301
12.5 與現(xiàn)有CIM結(jié)合 302
12.6 多控制中心之間的標(biāo)準(zhǔn)化信息交互 305
12.6.1 交互信息分析 305
12.6.2 信息模型定義 306
12.6.3 信息交互流程 310
第13章 大規(guī)模電力系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 313
13.1 華北電網(wǎng)AVC 313
13.1.1 整體架構(gòu) 314
13.1.2 主要功能 315
13.1.3 應(yīng)用情況 317
13.2 南方電網(wǎng)網(wǎng)省地一體化協(xié)調(diào)電壓控制系統(tǒng) 319
13.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 321
13.2.2 南網(wǎng)AVC功能 322
13.2.3 網(wǎng)省地?cái)?shù)據(jù)交互流程 327
13.2.4 應(yīng)用情況 328
13.2.5 小結(jié) 330
13.3 安全與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)的AVC系統(tǒng)在PJM電網(wǎng)的應(yīng)用 330
13.3.1 PJM電網(wǎng)介紹及其電壓控制現(xiàn)狀 330
13.3.2 AVC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 332
13.3.3 控制效果評估 337
附錄
附錄A IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù) 347
A.1 系統(tǒng)單線圖 347
A.2 運(yùn)行約束 347
A.2.1 正常運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行約束 347
A.2.2 預(yù)想故障設(shè)置及故障后約束 348
A.3 基態(tài)潮流 349
附錄B 電廠側(cè)電壓控制 351
B.1 概述 351
B.2 主站與電廠子站的協(xié)調(diào)策略 351
B.3 接口設(shè)計(jì) 353
B.3.1 子站與主站接口方式 353
B.3.2 子站上位機(jī)與下位機(jī)接口方式 353
B.3.3 子站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集方式 353
B.3.4 子站與DCS接口方式 354
B.4 功能體系 354
B.4.1 主要功能 354
B.4.2 安全約束條件 355
B.5 主站與子站通信方案 356
附錄C 變電站協(xié)調(diào)優(yōu)化控制 358
C.1 概述 358
C.2 考慮變電站控制資源的協(xié)調(diào)全局優(yōu)化 358
C.3 變電站直控模式 359
C.4 控制策略 360
C.4.1 控制目標(biāo) 360
C.4.2 控制邏輯 361
C.5 功能設(shè)計(jì) 363
C.5.1 變電站控制建模 363
C.5.2 變電站閉環(huán)控制 364
附錄D 海外專家書評 368
D.1 美國能源部高級顧問、國家工程院院士Anjan Bose教授 368
D.2 美國國家工程院院士Joe H. Chow教授 370
D.3 美國國家工程院院士Yilu Liu教授 371
D.4 美國國家工程院院士Jay Giri博士 372
D.5 美國國家工程院院士、IEEE智能電網(wǎng)匯刊創(chuàng)刊主編Mohammad Shahidehpour教授 373
D.6 IEEE電力與能源協(xié)會主席Saifur Rahman教授 374
D.7 IEEE電力與能源協(xié)會前任主席Miroslav Begovic教授 375
D.8 IEEE電力系統(tǒng)匯刊主編 Nikos Hatziargyriou教授 376
D.9 IEEE可持續(xù)能源匯刊主編Bikash Pal教授 377
D.10 IEEE智能電網(wǎng)匯刊主編Jianhui Wang博