第44卷第3期 浙江大学学报（工学版 Vol.44 No.3 2010年3月 Journal of Zhejiang University (Engineering Science) Mar.2010 D0L:10.3785/i.issn.1008973X.2010.03.025 电力系统频率稳定及其统计特性的研究 于洋，吴浩 (浙江大学电气工程学院.浙江杭州310027) 摘要：为了研究电力系统连锁故障发生的机理及相应的预防和控制措施，提出一种简单而实用的确定性模型以 分析连锁故障中的短期频率动态行为，同时也充分考虑了机组频率保护、低频减载装置以及元件切除时间的随机 性对频率动态的影响.对某实际系统进行了仿真研究，验证了模型的演化过程符合自组织临界特性.分析了不同的 频率模型、起始扰动规模、旋转备用以及低频减载方案对频率动态过程、停电规模及其概率的影响，仿真结果表明， 一次备用、较大的起始轮次切载量、一定的旋转备用有助于降低发生频率崩溃的风险 关键词：频率稳定：频率保护：低频减载：连锁故障：蒙特卡洛模拟：幂率 中图分类号：TM712 文献标志码：A 文章编号：1008-973X(201003-0550-07 Frequency stability of power system and its statistic characteristics YU Yang,WU Hao Colleg e of Electrical Engineering,Zhejiang University.H angz hou 310027.China) Abstract:In order to study the mechanism of power system cascading outage and its preventive control measures,a simple deterministic frequency dy namic model was developed together with its stochastic coumr terpart.The impacts of generator frequency protection,under-frequency load shedding(U FDL)and their tripping time on the frequency dynamic progress were fully considered in the model.Simulation of a practi cal system confirmed,the pow er law distribution of the power system blackout size.The influences of some factors,such as frequency model,initial disturbance size,spinning reserve and UFDL scheme,on the frequency dynamic progress,blackout size and its probability were also discussed.Simulation shows that primary regulation,more load shedding in the first round of UFDL and proper spinning reserve are helpful to enhance the frequency stability. Key words:frequency stability;frequency protection;under frequency protection;cascading outage;Monte Carlo simulation;power law 近年来，连锁故障致使国际电网发生了多起重 锁故障规模呈幂尾特性.然而上述研究大都没有涉 大的电力系统事故习，引起了人们对此类连锁故障 及到频率动态过程. 的关注).对各电网的故障历史数据的统计分析结 本文研究了电力系统短期随机频率特性，考虑 果6刀显示，电网停电事故的规模具有自组织临界特 了机组频率保护、低频减载装置以及元件切除时间 性.各国学者在大停电的隐性故障、CASCADE、 等随机因素，提出了确定性及概率性的频率动态模 OPA等数学模型川的基础上研究了保护装置、过 型.基于Monte Carlo的仿真结果初步揭示了电力 负荷等因素导致的连锁故障，结果均表明，相应的连 系统连锁故障中频率动态的统计特性，分析了一次 收稿日期：2008-08-12. 浙江大学学报（工学版）网址www.journals.zj加.u.m/cmg 基金项目：国家973”重点基础研究发展计划资助项目(2004C217902):国家自然科学基金资助项目(50595411). 作者简介：于洋(1978一），男，甘肃天水人，博士生，从事电力系统稳定方面的研究.mai止：yuy即gju@gmail.com 通信联系人：吴浩，男，副教授.Eml:vuhao@卯.cd山.cm 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第44 卷第 3 期 2010 年 3 月 浙 江 大 学 学 报 ( 工学版) Journal o f Zhejiang Univ ersit y ( Engineering Science) Vol. 44 No. 3 Mar. 2010 收稿日期: 2008- 08- 12. 浙江大学学报( 工学版) 网址: w w w . journals. zju . edu. cn / eng 基金项目: 国家 973 重点基础研究发展计划资助项目( 2004CB217902) ; 国家自然科学基金资助项目( 50595411) . 作者简介: 于洋( 1978 ! ) , 男, 甘肃天水人, 博士生, 从事电力系统稳定方面的研究. E
mail: yuyangzju@ gmail. com 通信联系人: 吴浩, 男, 副教授. E
mail: vuh ao@ zju . edu. cn DOI: 10. 3785/ j. issn. 1008
973X. 2010. 03. 025 电力系统频率稳定及其统计特性的研究 于 洋, 吴 浩 ( 浙江大学 电气工程学院, 浙江 杭州 310027) 摘 要: 为了研究电力系统连锁故障发生的机理及相应的预防和控制措施, 提出一种简单而实用的确定性模型以 分析连锁故障中的短期频率动态行为, 同时也充分考虑了机组频率保护、低频减载装置以及元件切除时间的随机 性对频率动态的影响. 对某实际系统进行了仿真研究, 验证了模型的演化过程符合自组织临界特性. 分析了不同的 频率模型、起始扰动规模、旋转备用以及低频减载方案对频率动态过程、停电规模及其概率的影响, 仿真结果表明, 一次备用、较大的起始轮次切载量、一定的旋转备用有助于降低发生频率崩溃的风险. 关键词: 频率稳定; 频率保护; 低频减载; 连锁故障; 蒙特卡洛模拟; 幂率 中图分类号: TM 712 文献标志码: A 文章编号: 1008- 973X( 2010) 03- 0550- 07 Frequency stability of power system and its statistic characteristics YU Yang , WU Hao ( Colleg e o f Electrical Engineering , Zhej iang University , H angz hou 310027, China) Abstract: In or der to study the mechanism of pow er system cascading outag e and its preventiv e control measures, a simple deterministic frequency dy namic model w as developed together w ith its stochastic coun
terpart. The impacts of g ener ator frequency protectio n, under
frequency load shedding ( U FDL) and their tripping time on the frequency dynamic prog ress w ere fully considered in the mo del. Simulation of a practi
cal sy stem confirmed, the pow er law distribution of the pow er system blacko ut size. The influences of some factors, such as frequency mo del, initial disturbance size, spinning r eser ve and U FDL scheme, on the frequency dy namic pro gress, blackout size and its probability w ere also discussed. Simulation show s that primar y r eg ulation, more load shedding in the first round of UFDL and proper spinning reserve are helpful to enhance the frequency stability . Key words: fr equency stability ; frequency protection; under
frequency pro tection; cascading outage; M onte Carlo simulation; pow er law 近年来, 连锁故障致使国际电网发生了多起重 大的电力系统事故[ 1
2] , 引起了人们对此类连锁故障 的关注 [ 3
5] . 对各电网的故障历史数据的统计分析结 果 [ 6
7] 显示, 电网停电事故的规模具有自组织临界特 性. 各国学者在大停电的隐性故障、CASCADE、 OPA 等数学模型[ 8
11] 的基础上研究了保护装置、过 负荷等因素导致的连锁故障, 结果均表明, 相应的连 锁故障规模呈幂尾特性. 然而上述研究大都没有涉 及到频率动态过程. 本文研究了电力系统短期随机频率特性, 考虑 了机组频率保护、低频减载装置以及元件切除时间 等随机因素, 提出了确定性及概率性的频率动态模 型. 基于 M onte Carlo 的仿真结果初步揭示了电力 系统连锁故障中频率动态的统计特性, 分析了一次