基于Taylor级数轨迹灵敏度的动态安全域求解

动态安全域(DSR)是电力系统稳定分析的重要内容,实用动态安全域(PDSR)由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。结合轨迹灵敏度法和高阶Taylor技术,推导轨迹灵敏度的高阶Taylor级数递推求解形式。基于势能界面(PEBS)法和高阶Taylor级数轨迹灵敏度技术,快速有效地计算能量裕度灵敏度,从而迭代求解临界功率注入点。利用临界功率点的能量裕度灵敏度数值,求解电力系统有功功率注入空间上的PDSR。New England 10机39节点系统的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

虚拟同步机功角稳定的参数空间分析

虚拟同步机技术旨在控制逆变器,使其模拟传统同步发电机的运行特性。该文基于单机无穷大系统下的二阶虚拟同步机动态模型,对系统暂态功角稳定性及其相关机理进行分析。提出全局范围内的参数空间,并对参数空间中逆变器系统可能存在的功角稳定性质进行分析与实时仿真验证。此外,基于上述分析结果,提出一种简单的分岔轨迹塑性控制,通过在紧急情况下调整控制参数,消除造成暂态功角失稳的吸引子,从而增强系统的稳定性。     

电力大系统实用动态安全域

通过对一个实际电力大系统的研究表明,在一些重要的预想事故下,保证暂态功角稳定性的实用动态安全域(PDSR)边界,可在注入功率空间上由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。实用动态安全域边界超平面是针对实际电力大系统,利用数值仿真法搜索大量的临界点,并通过最小二乘法拟合得到的,因而它表征了真实系统的安全稳定特性,其误差可以满足工程应用的要求。同时对于复杂电力大系统可以利用关键节点来降维表示,其实用动态安全域易于表达、使用和可视化。在线应用时不仅可以确定在给定的注入下发生相应的事故后,系统是否可以保证暂态稳定,而且可以通过解析计算或观察得出注入功率空间各个方向上的稳定裕度,为电力系统暂态稳定性监控和电力市场提供有效信息。     

交直流并联输电系统实用动态安全域研究

通过改变发电机节点有功功率、电压幅值以及负荷节点有功功率、无功功率可得到满足暂态功角稳定性的临界点.在给定事故、直流功率及控制方式下,交直流并联输电系统的保证暂态功角稳定性的实用动态安全域边界,由描述各节点有功功率及无功功率或电压幅值（对应于发电机节点）上、下限的垂直于坐标轴的平面和极少数几个分别对应于不同失稳模式的临界点的超平面（简称为临界面）围成.在相同故障、失稳模式、直流控制方式下,分别对应于不同直流功率的临界面间具有近似平行性,并且它们的空间几何距离与直流功率的改变量成正比.因此直流功率可以作为临界面方程的一个有功功率变量.通过观察拟合得到的临界面方程系数可以看出,临界群中各节点的有功功率、发电机节点的电压幅值的变化将显著影响系统的暂态功角稳定性,而负荷节点的无功功率变化对系统的暂态功角稳定性影响很小.     

基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法评述

基于响应的暂态稳定判别与控制技术是目前电力系统暂态稳定分析领域的热点,该技术具有不依赖于系统模型及参数、可以实时判别和计算量小等优点。其中基于角速度-功角相平面轨迹凹凸性的暂态失稳判别是-个活跃的研究分支。本文对这种暂态稳定性判别方法的原理进行了介绍,进而对方法应用于多机系统时存在的问题进行了分析和评述,并对IEEE 39节点系统进行了仿真分析。结果表明:该方法应用于多机系统时,由于分群的不正确及聚合等值后单机系统参数的时变性易造成相平面轨迹的复杂特性,从而容易将稳定案例误判为失稳。     

基于扩展等面积准则的电力系统动态安全域

基于扩展等面积准则(EEAC)的量化能力，该文提出一种新的构建电力系统参数空间中动态安全域(DSR)的方法。该方法从初始运行点出发，通过迭代确定系统失稳模式随参数变化的情况。对每一种潜在的失稳模式，搜索其动态安全域边界上的一个点，根据临界点处的法向来求解用于模拟动态安全域边界的超平面。考虑到临界点处法向对系统的某些参数比较敏感，该文还导出临界点处与法向平行的参数灵敏度向量，用以代替临界点处的法向。对于当前运行点，通过寻找该点的参数改变方向与各临界点处的参数改变方向的夹角的最小值来确定匹配的模式，从而根据该模式的超平面系数来判断运行点的稳定性。最后在8机32节点的系统上对所提出的方法进行验证。     

基于双馈风电机组控制参数优化的电网功角振荡控制

随着大量风电并网，双馈感应发电机（DFIG）与同步发电机（SG）间的动态交互，将加剧SG功角振荡。基于特征值分析的控制参数优化，未考虑非线性元件和大扰动场景。该文从抑制功角振荡出发，以SG转速为DFIG电力系统稳定器（PSS）输入信号，建立风电并网电力系统动态模型。在微分方程中引入中间变量，以解耦状态变量轨迹灵敏度。区分状态变量与代数变量对应的雅可比矩阵，推导DFIG并网电力系统轨迹灵敏度的解析表达。设定目标函数为SG功角偏差相对值二次方对时间积分，按时间顺序累加功角对控制参数的轨迹灵敏度，得到目标函数对控制参数的梯度信息。考虑DFIG-PSS可能弱化转子侧变流器（RSC）控制效果，提出基于轨迹灵敏度的RSC和DFIG-PSS参数协调优化方法。给出4机2区域系统仿真结果，验证了所提方法对DFIG并网系统功角振荡的阻尼效果。     

电力系统动态安全域的实用解法

近年来，电力系统动态安全域（DSR)已越来越为人所接受，它可以提供更为丰富的安全信息，有着广阔的在线应用前景。该文基于暂态能量函数分析，推导出一种新的求取实用动态安全域(PDSR)的方法。通过大量的数值仿真计算表明，实用动态安全域(PDSR)可由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。基于此事实，该文给出了一种快速计算对应于临界暂态稳定的边界超平面的直接法。这种方法是将溢出点处的暂态稳定域边界法矢量近似为常数，并通过线性化把事故后系统轨迹的切向量表示为注入功率的线性函数，然后依据在临界注入下两者之间的正交性，推导出了超平面型式PDSR边界的解析表达式。在新英格兰10机39节点系统上的测试结果表明了这种方法与数值仿真方法的一致性。     

基于改进AlexNet的电力系统暂态功角失稳紧急控制策略

随着新能源渗透率的提升,电网环境日益复杂,电力系统安全稳定运行也面临着新的挑战。为了满足电力系统暂态功角失稳后的实时紧急控制决策,采用深度学习与紧急控制相结合的方法,提出一种基于改进AlexNet网络的电力系统暂态功角失稳紧急控制策略。首先基于改进AlexNet对失稳发电机功角轨迹进行预测,识别临界机群;然后定义紧急控制动作灵敏度指标,建立改进AlexNet灵敏度预测模型,拟合发电机功角特征与紧急控制动作灵敏度的映射关系,从而确定紧急控制的动作母线;最后以切除发电机和负荷容量最小为目标,建立紧急控制优化模型并求解最优策略,并在新英格兰10机39节点系统进行算例验证。结果表明,针对电力系统暂态功角失稳问题提出的基于深度学习的功角轨迹预测模型和紧急控制灵敏度预测模型,均有较高的预测精度。在此基础上制定的紧急控制策略能使失稳系统快速恢复稳定运行,加强电网安全稳定防御体系。     

基于广域测量系统响应时间序列的电力系统暂态稳定在线判别

基于实时获取的广域测量信息,提出一种利用功角响应时间序列最大Lyapunov指数指标(largestLyapunov exponent index,LLEI)与角速度偏差相结合的暂态功角稳定判别方法。基于无需系统模型的LLEI估算方法,建立LLEI与角速度偏差的数学关系,并利用相轨迹稳定性动态特征,提出一种基于LLEI与角速度偏差特征的暂态功角稳定判据。该判据无需寻找最优计算时间窗口且所需计算窗口很短,并能给出确切的稳定性判别时间,克服了传统LLEI分析方法的不足,能够准确、快速地判别暂态稳定性。为节省计算时间和计算成本,提出基于最严重受扰机组对的多机电力系统暂态稳定在线判别方案。通过IEEE 10机39节点系统算例,验证了所提方法的准确性及快速性。计算仅利用少量WAMS量测数据,算法简单快速、计算成本低,能够实现在线判别,具有良好的应用前景。     

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。     

基于功角轨迹灵敏度的交直流电网振荡抑制优化

高压直流线路稳态功率影响交直流互联系统功角稳定性。为抑制同步发电机功角振荡,基于功角轨迹灵敏度,提出对故障前直流功率的优化方法。建立交直流系统轨迹灵敏度解析表达,引入中间变量确定功角和稳态直流功率关系。推导潮流解对稳态直流功率的灵敏度,计算轨迹灵敏度初值。基于时域仿真中网络约束方程,推导含直流变量的不平衡项。以功角差最小为目标,提出稳态直流功率优化模型,采用内点法求解。仿真结果验证了所提算法对功角振荡的抑制效果。     

基于轨迹灵敏度的电力系统暂态稳定性定量评估

轨迹灵敏度是定量描述参数对动态系统行为影响的数学工具,蕴含了丰富的系统动态信息。分析了功角相对于故障切除时间的灵敏度与电力系统暂态稳定程度之间的关系,在惯性中心(COI)坐标系下,建立了定量评估发电机暂态稳定程度和全系统暂态稳定程度的指标体系。通过对单机无穷大(SMIB)系统和New England10机39节点系统的算例分析,结果验证了所提指标的单调性和有效性。将基于轨迹灵敏度的稳定评价指标与轨迹分析方法所提出的稳定指标相比较,结果表明评估电力系统暂态稳定性的指标仅需一次仿真计算即可准确评估发电机和全系统的暂态稳定性,无需建立能量函数、计算更为简捷,具有较好的应用价值。     

风火打捆送出系统动态安全域边界线性近似方法

采用电力电子接口的风力发电机动态特性与同步机差异很大,传统的动态安全域(dynamic security region,DSR)边界解析法主要针对电源为同步机的系统,不适用于风电接入系统。基于能量裕度对电源出力的灵敏度,提出了一种风火打捆送出系统DSR边界线性近似的解析方法。建立了适用于机理分析的风火打捆送出系统动态模型。分析了风火打捆送出系统DSR边界的性质,包含暂态功角失稳和暂态电压失稳两个不同的组成部分,分别有不同的线性近似表达式。风电渗透率低时系统失稳模式为暂态功角失稳,DSR边界线性近似的推导过程和传统方法一致。风电渗透率高时系统稳定域边界包含奇异面,失稳模式为暂态电压失稳,基于系统临界稳定时的相切条件推导了临界能量,获得能量裕度对电源出力的灵敏度,并求解DSR边界的线性近似表达式。综合两部分边界获得了完整的DSR边界线性近似。与逐点时域仿真的结果进行了对比,结果验证了上述方法的有效性。     

基于综合广域信息的负荷参数辨识方法

提出一种基于综合广域信息的负荷参数辨识方法,以发电机相对功角作为广域信息,综合分析多种运行及故障条件下发电机功角对负荷参数的轨迹灵敏度.根据灵敏度分析结果,可以确定参与负荷参数辨识的发电机功角以及各负荷参数的易辨识性,也可以选择有利于参数辨识的扰动地点.由负荷参数估计值得到的发电机功角响应曲线,与发电机功角曲线实际值的最小二乘拟合,使得目标函数极小化,即完成了负荷参数的广域辨识.对10机39节点系统的仿真分析结果表明:负荷参数辨识的广域信号应选择30号发电机功角,节点19为扰动地点,负荷参数中电动机负荷比例系数以及定转子阻抗等灵敏度较高,更易于辨识.在多种运行及故障条件下,广域辨识的负荷参数均能够比较准确地反映系统实际的动态特性.     

基于支持向量机和长短期记忆网络的暂态功角稳定预测方法

为实现暂态功角稳定性及功角轨迹的预测,提出一种支持向量机(SVM)与长短期记忆(LSTM)网络相结合的预测方法。根据系统动态特性构造暂态特征变量,采用SVM训练暂态稳定性分类器,对暂态稳定进行初步评估;利用LSTM网络对分类器评估的失稳样本进行发电机功角轨迹预测,提前发现失稳机组,减少误判样本数。通过IEEE 10机39节点系统产生训练样本并对所提方法进行测试,结果验证了所提方法的快速性和精确性。     

交直流并联电力系统动态电压稳定性分析

以特征分析法为基础,提出了鉴别电压失稳模式与功角失稳模式的新方法,并应用于多机交直流并联电力系统的动态电压稳定性分析,详细研究了直流输电系统运行方式及控制参数对动态电压稳定性的影响,验证了电压失稳模式鉴别方法的合理性。     

基于两阶段信息压缩的电网动态轨迹预测与稳定性评估

故障后的暂态稳定性评估与动态功角轨迹预测对于电力系统稳定运行与紧急控制决策具有重要意义。直接采用系统全部的暂态初期响应观测对全时域的功角轨迹进行预测，将使得模型输入与输出过于复杂且关联规则难以挖掘，限制了其在大规模电力系统中的实用性。因此，文中提出了一种基于两阶段信息压缩的电力系统动态功角轨迹预测与稳定性评估方法。阶段1将暂态初期响应采用统一流形逼近与投影算法映射至低维欧氏空间，从而计算互信息作为相关性度量,然后基于改进最大相关与最小冗余算法综合相关性与冗余度进行特征筛选，从而剔除响应特征集中的冗余信息。阶段2采用改进的分辨率自适应最大三角形三桶算法对全时域功角轨迹进行压缩，提升轨迹数据的信息密度。最后，基于门控循环单元构建动态功角压缩轨迹预测与稳定性评估模型，并采用CEPRI-TAS算例系统验证了所提方法的有效性。     

电力电子接口新能源并网的暂态电压稳定机理研究

为掌握大规模风电、光伏等新能源并网给电力系统稳定性带来的影响,对采用电力电子接口的新能源发电接入系统的暂态电压稳定机理进行了研究。首先对机电暂态过程中新能源发电进行简化建模。采用电力电子变换器的风电、光伏等电源功率控制快速灵活,在机电暂态过程中可以忽略功率调节的快动态,其特性简化为功率平衡代数方程,系统动态方程为微分代数方程。基于微分代数系统稳定性研究了新能源并网的暂态电压稳定机理,暂态过程中轨迹可能遇到微分代数方程的奇异点,对应系统发生暂态电压失稳,此时新能源发电对应的功率平衡方程无解。通过仿真验证了该机理,并在风火打捆送出系统中揭示了系统失稳模式的变化,风电功率增加时,系统失稳模式由同步机主导的功角失稳变为风电主导的电压失稳。     

电力系统机电暂态仿真多机控制系统诊断分析

为了提高电力系统机电暂态控制能力,提出了以主导轨迹断面阻尼比灵敏度条件来分析仿真关键参数的方案,从而将轨迹特征根处理思想引入工程分析中。系统通过二个典型模式发生振荡,仿真测试后以Prony方法处理发电机的功角曲线生成振荡变化的特征量组,判断模式二属于主导仿真模式。通过时段主导模式得到的轨迹断面阻尼比灵敏度更高。在相同的模式下,当参与因子提高后,机组控制系统可以形成更高的轨迹断面阻尼比灵敏度。对于复杂多机系统,可以利用轨迹断面阻尼比灵敏度来诊断控制系统的各项参数,从而更高效地处理复杂振荡模式并降低计算量。经过3.5 s仿真后,考虑到Dy比规定门槛值更大,机组励磁控制系统具有增幅振荡的特性。当T_A上升后能够达到更高的稳定性,参数T_A提高形成了更平稳的励磁电流与功角曲线。