电力系统大扰动下暂态电压稳定的动态特征分析

针对目前电力系统电压稳定性研究成果难以给出明确的暂态稳定判定信息的缺陷,提出一种电力系统大扰动下暂态电压稳定的动态特征分析方法.该方法首先建立反映电力系统暂态过渡过程的计及调速与励磁控制的综合数学模型,即非线性微分代数方程组(Non-linear Differential Algebraic Equations,NDAE);其次在运用隐式梯形积分法对NDAE进行逐步积分过程中动态生成Jacobian矩阵,并求解出全部特征根及左,右特征向量;最后计算出各个状态变量与之对应特征向量的相关因子,基于此给出暂态电压失稳的判据.该方法通过与时域仿真法的对比结果证明所提出系统暂态电压失稳判据的正确性,为今后从线性系统理论与数值积分结合的角度来研究电力系统暂态电压稳定性提供一个新的思路.     

电力系统大扰动下暂态电压稳定的动态特征分析

针对目前电力系统电压稳定性研究成果难以给出明确的暂态稳定判定信息的缺陷,提出一种电力系统大扰动下暂态电压稳定的动态特征分析方法。该方法首先建立反映电力系统暂态过渡过程的计及调速与励磁控制的综合数学模型,即非线性微分代数方程组（Non-linear Differential Algebraic Equations,NDAE）;其次在运用隐式梯形积分法对NDAE进行逐步积分过程中动态生成Jacobian矩阵,并求解出全部特征根及左、右特征向量;最后计算出各个状态变量与之对应特征向量的相关因子,基于此给出暂态电压失稳的判据。该方法通过与时域仿真法的对比结果证明所提出系统暂态电压失稳判据的正确性,为今后从线性系统理论与数值积分结合的角度来研究电力系统暂态电压稳定性提供一个新的思路。     

基于实测响应轨迹的电力系统暂态不稳定判别

电力系统是一个复杂的多机时变非自治系统。通过广域测量系统获取的响应轨迹中包含了受扰系统全部的非线性时变因素,能够为系统暂态不稳定的准确识别提供依据。该文从扩展相轨迹表征受扰系统暂态稳定性的基本原理出发,分析了系统非自治因素对扩展相轨迹的影响;针对轨迹上可能导致判据误判的关键点,详细分析了非自治因素对暂态稳定判据的影响;利用实时测量的机组功角及不平衡功率,构建辅助判据识别可能导致误判的非自治因素,增强受扰系统暂态失稳判别的可靠性;通过定义复合功角确定受扰系统的失稳模式,形成了基于实测响应轨迹的系统暂态失稳判别流程。最后,该文针对IEEE39节点系统与复杂交直流混联电网进行了仿真测试,算例验证了辅助判据的有效性,并证实了该方法判别电力系统暂态失稳的准确性和预测性。     

基于WAMS的电力系统暂态稳定的快速预测

提出一种基于广域测量系统WAMS(Wide areaMeasurementSystem)的电力系统暂态稳定实时快速定量分析的方法。该方法根据PMU实时采集的各发电机转子角速度及电磁功率,通过预测扰动结束后系统运动轨迹和基于暂态能量的轨迹分析法来评估系统的暂态稳定性。在 6机系统上进行仿真计算,结果表明,该方法能有效预测电力系统的暂态稳定性。     

基于稳定域边界二阶逼近的暂态电压稳定分析

电力系统中暂态电压失稳事故时有发生从而引起电力界广泛关注。目前的暂态电压稳定分析方法尚存在不足之处。本文基于非线性动力学的半张量积方法研究电力系统暂态电压稳定问题,以期在电力系统发生大扰动后快速判断故障后系统的电压稳定性,从而有利于及时采取控制措施避免系统崩溃。论文首先建立了暂态电压稳定分析的系统综合模型,主要包括对暂态电压失稳至关重要的发电机、励磁、感应电动机和输电网四个子系统。在此基础上,提出了基于稳定域边界二阶逼近的暂态电压稳定判据;在一个简单系统进行的实例分析表明所提出的暂态电压失稳判据具有速度快、准确度高及易于计算机实现的特点,具有较高的工程实用性,可望有效判断故障后系统的暂态电压稳定性。     

基于WAMS的电力系统暂态稳定的快速预测

提出一种基于广域测量系统WAMS(Wide-area Measurement System)的电力系统暂态稳定实时快速定量分析的方法.该方法根据PMU实时采集的各发电机转子角速度及电磁功率,通过预测扰动结束后系统运动轨迹和基于暂态能量的轨迹分析法来评估系统的暂态稳定性.在6机系统上进行仿真计算,结果表明,该方法能有效预测电力系统的暂态稳定性.     

基于相轨迹凹凸性的暂态失稳判据准确性验证

已有研究证明基于相轨迹凹凸性的暂态失稳判据在二阶单机无穷大自治系统中严格成立,但将该判据推广到多机非自治时变系统中时,难以从理论上严格证明其正确性,因此通过大量暂态算例来验证凹凸性失稳判据在多机系统中的准确性和适用性。给出并详细阐述基于相轨迹凹凸性的暂态失稳识别流程,该流程改进了已有文献的实时分群方法,并补充了2个辅助判据,然后分别在IEEE 39节点系统和IEEE 145节点系统不同潮流方式、故障位置和故障持续时间下总计64566个算例进行扫描,结果表明,凹凸性判据的动作正确率高于99.9%,能够可靠、准确、快速地启动紧急控制。     

基于轨迹特征根的系统暂态稳定判断与扰动类型筛选方法

为了解决系统暂态稳定性判断的准确性以及扰动类型筛选的快速性问题,提出了一种基于轨迹特征根数据的暂态稳定性筛选方法。该方法建立了高阶系统的线性化模型,该模型考虑励磁和调速系统等主要元件对线性化模型的影响。励磁系统和调速系统模型利用拉普拉斯逆变换实现在非平衡点处的线性化处理。接着,提出一种基于扰动后轨迹特征根波动方差的扰动类型识别方法,该方法引用方差对扰动后的轨迹特征根数据计算振荡和离散程度,并以此量化指标,根据波动方差值识别扰动类型。最后通过算例,验证了文中设置的扰动类型与识别的结果基本一致。     

电力系统暂态稳定性闭环控制（七）——实现方案与控制效果

给出基于广域测量系统的暂态稳定性闭环控制系统实现方案,该闭环控制系统应用实时测量信息,依据系统相轨迹几何特征,实测、预测暂态不稳定并实时计算、分配切除超前机组,实现电力系统暂态稳定性的闭环控制。讨论了闭环控制系统的系统结构框架和物理实施条件,包括系统控制主站、发电厂子站的功能和软件流程图,以及子站与主站间的配合。IEEE 39节点系统和三华电网系统仿真表明,在单一重大扰动、连续重大扰动及前期控制作用下,所提方案都能对暂态稳定性作出准确预测,并对将要失稳的系统施加有效、经济的切机控制。     

基于功率电流变化关系的电压失稳判别方法

在对电压失稳的机制和电压崩溃的过程进行分析后,提出一种判断电力系统发生扰动后的暂态及中长期过程中电压是否失稳的方法。该方法基于扰动发生后部分母线处功率电流的变化关系来判别暂态及中长期电压稳定性,需要监测的电气量少,可方便地应用于送受端间由输电通道连接的受端系统的电压稳定判别,具有适用性强、使用简单及计算量小的特点。仿真算例表明,该方法可准确地判别电压失稳。     

Quantitative assessments for transient voltage security

Transient voltage security means that the system is both transient voltage stable and transient voltage dips acceptable. The definitions are clarified in this paper. Self start technique for computing transient-voltage-stability-related limits is proposed. Based on a margin for transient voltage dip acceptability, a criterion for early termination of the simulation is put forward. Moreover, the procedure of calculating critical clearing time for transient voltage security is extended to that of calculating the critical load level, the minimum reactive power resources and minimum load shedding for keeping transient voltage security. It is also suggested that transient angle stability and transient voltage stability and transient voltage dip acceptability be quantitatively assessed along the same simulation trajectory. The most critical one among the three kinds of limits is regarded as the global transient security limit. The effectiveness and robustness of the proposed approach are demonstrated in this paper with statistic information resulting from 47987 test cases on two practical power systems     

A fast approach to transient stability estimation using an improved potential energy boundary surface method

In this paper, a new fast algorithm to perform online transient stability assessment (TSA) in a power system is proposed. The TSA is concerned with finding the critical clearing time (CCT), the stability limit, for a specified fault. The method possesses the merits of the fast speed of the potential energy boundary surface method and the accuracy of the conventional time domain simulation technique. To expedite the algorithm, an efficient stopping criterion for postfault trajectory simulation is developed. Examples are given to show the problems of integration stopping criteria published in recent papers and how they are tackled. Extensive test results on several systems, including the 10-generator New England system, the 17-generator Iowa system and the IEEE 50-generator system, are reported.     

基于广域轨迹信息的多机系统暂态不稳定性快速预测方法

广域动态信息系统的建设和同步相量测量技术的发展为实时监视和预测电力系统暂态稳定性奠定了物质基础,采用广域动态轨迹信息协调决策全网紧急控制措施的实施会大大提高控制措施的正确性和有效性。文章提出了一种基于轨迹几何特征识别多机系统暂态不稳定性的方法,并利用结构保持模型下的暂态能量函数分析了所提方法的正确性。算例结果表明该方法具有较高的可靠性和较少的计算量,对系统模型参数有较强的鲁棒性,有望用作基于新一代广域测量系统(WAMS)的暂态稳定紧急控制的启动判据。     

Decentralized coordinated control for large power system based on transient stability assessment

For the purpose of enhancing transient stability of large power systems, this paper focuses on an issue of decentralized coordinated control. A modified equal area criterion (MEAC) is firstly proposed as the transient stability judgment criterion of multi-machine power systems. Then, a hierarchical decentralized coordinated excitation control is designed, which consists of both upper level coordinated control and lower level decentralized control. Based on the transient stability assessment, the coordinated controller determines whether to send coordinated control signal to lower level decentralized controllers. Moreover, the decentralized coordinated controller is designed by using H_∞ robust control method so as to deal with the uncertainties of system. Finally, simulation studies test effectiveness of the proposed control.     

基于在线最小二乘支持向量机回归的电力系统暂态稳定预测

提出了一种基于在线最小二乘支持向量机回归的电力系统暂态稳定预测方法。分析了标准最小二乘支持向量机回归算法用于在线预测时存在的主要问题，然后根据分块矩阵求逆定理对标准算法进行改进，实现支持向量的递推式求解，提高了算法的学习效率。为了满足实际多机系统在线稳定预测的要求，引入轨迹聚合技术对多机轨迹进行聚合，进一步减少了计算量。在轨迹降阶的基础上，根据EEAC理论，通过识别聚合轨迹的动态鞍点来判断轨迹的稳定性。最后，以电科院7机系统和我国西北电网为例进行仿真分析，从预测精度和计算时间两方面验证了方法的有效性。     

基于轨迹灵敏度的紧急切负荷优化算法

超/特高压直流远距离、大容量输电使受端电网发生大功率缺额的概率增加。为防御失去大电源导致的电网安全稳定破坏,提出了一种兼顾暂态安全性和经济性的紧急切负荷优化模型,并设计了高效求解方法。优化模型以总切负荷代价最小为目标,计及暂态电压安全、暂态频率安全和切负荷量约束。暂态安全性均基于时域轨迹严格评估,是带时域参数约束的大规模非线性规划问题。分析了问题最优解的特征,针对带时域参量约束的非线性规划无法直接求解的问题,利用轨迹灵敏度将安全约束线性化,将问题转化为线性规划求解,并通过逐次迭代保证解的一致性。以实际省级电网为例进行仿真分析,验证了算法的有效性。     

Evaluating the impact of uncertain parameters in power system dynamic simulations

There are typically uncertain parameters in power system models. This paper presents a computational method for evaluating the effect of parameter uncertainty on the dynamic behaviors of power systems. The effect of parameter uncertainty is represented by system trajectory or performance bounds around nominal values. Based on the notion of optimal power flow with transient stability constraints, a set of nonlinear optimization problems is formulated to determine the upper and lower bounds of system trajectories. A successive linear programming approach is suggested to solve these nonlinear optimization problems. The proposed method is evaluated by several test systems. The results show that the proposed method is valid and potentially useful in quantifying the effect of parameter uncertainty in power system dynamic simulations.     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

Unified Analysis of Single Machine Equivalent and Trajectory Sensitivity to Formulate a Novel Transient Stability-constrained Optimal Power Flow Approach

Abstract—This article proposes a new transient stability constraint that permits quantifying the degree of instability of a power system from the active power dispatched by generators. Based on this constraint, which is derived from both single machine equivalent and trajectory sensitivity methods, a new transient stability-constrained optimal power flow is formulated in the Euclidian space to preventively control the transient stability in realistic power systems. The validity and the effectiveness of the proposed method are numerically demonstrated in the WSCC 3-machine, 9-bus and Mexican 46-machine, 190-bus systems.     

EEAC与直接法的机理比较(一)受扰程度函数

讨论了长期困惑电力系统学术界的暂态稳定性理论和算法,归纳出了10个要素,即受扰程度函数、壁垒点、观察点、参考点、积分路径与被积 函数、定性判据、轨迹稳定裕度、临界轨迹与参数极限值、迭代求解与初始轨迹、搜索策略与收敛判据。由4篇短文组成的系列文章按照上述各要素,讨论了针对平衡点稳定性的李雅普诺夫法、将平衡点稳定性理论应用于有界稳定性的暂态能量函数（TEF）法以及针对有界稳定性的扩展等面积准则（EEAC）这3种稳定性理论和大扰动稳定性分析中的应用。作为第1篇,文中归纳出这3种方法的共同分析步骤和要素,并比较各种受扰程度函数,虑受扰程度函数的值在故障清除后的变化,因此既不适用于复杂模型的单机系统,也不适用于任何多机系统;又由于这2种方案都基于很强的假设,故分析的误差可能非常大,而TEF法更是由于不满足李雅普诺夫函数的条件而可能得到冒进的结果。EEAC建立在明确的物理概念和严格的保稳变换上,对任何运动系统的模型都采用同样的功率－转角面积作为受扰程度函数,为大扰动稳定性量化分析提供了可行的充要条件。