电力系统各种暂态稳定优化控制方法的分析

在分析电力系统各种暂态稳定优化控制含义的基础上,研究了目前常用的电力系统各种暂态稳定优化控制方法,对各种方法的优缺点和应用情况作了介绍.一个好的暂态稳定优化控制方法应该简单实用,不但可以同时有效兼顾预防控制和紧急控制,而且可以方便地考虑多个预想事故,能有效平衡电力系统运行的安全稳定性和经济性,数值稳定性好,计算速度快,以便能实际在线应用.     

针对暂态电压稳定问题的自动电压控制系统与切负荷协调控制策略

建立了暂态电压稳定分析的微分代数方程组,并提出了应对暂态电压稳定问题的自动电压控制(automatic voltage control,AVC)体系下二级电压紧急控制与切负荷协调控制策略。该协调控制策略把低压切负荷作为与AVC体系下二级电压紧急控制并行的一种控制手段,在这种协调控制的过程中优先考虑采用二级电压紧急控制,当计算发现仅依靠二级电压紧急控制不能使系统保持暂态电压稳定的时候再采用切负荷控制。在PSAT仿真环境下建立了含AVC体系下二级电压紧急控制和切负荷控制的电力系统暂态电压稳定仿真模型,对广东电网748节点系统进行仿真,验证了所提出的控制策略和模型的正确性和有效性。     

嵌入轻量梯度提升机评估模型的暂态稳定预防-紧急协调控制

为了综合发挥运行方式控制和稳控切机控制对电网暂态稳定性的提升作用,提出一种嵌入轻量梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)评估模型的电力系统暂态稳定预防-紧急协调控制决策方法。为快速评估控制措施对稳定裕度的影响,首先利用混合控制样本生成方法和LightGBM算法构建预防-紧急控制对稳定裕度的评估模型,考虑到不合理的切机、切负荷控制可能破坏系统稳定性,利用LightGBM评估模型的数值灵敏度来辨识有效的控制地点、缩减决策空间。进一步将LightGBM模型嵌入暂态稳定双层优化控制模型、替代暂态稳定时域仿真校核,结合改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)实现协调控制策略的快速求解。通过IEEE 39节点测试算例,验证了所提方法能够实现不同严重程度的故障在发生前后的预防控制和紧急控制之间的协调配合,既提高了电网安全稳定性,又减小了优化调度成本。     

基于实用动态安全域的电力系统安全性综合控制

基于实用动态安全域（PDSR）的边界可用超平面表示的事实及扩展实用动态安全域临界面的迁移规律,给出了一种最优安全性综合控制的新方法.该方法以综合控制总成本为目标函数,以超平面形式的不等式为暂态稳定约束,将安全性综合控制问题归结成一个最优化问题.针对该优化问题的特点,提出了一种＂积极约束松弛法＂的优化策略,它能将预想事故集分解成使控制总成本最小的2个子集,并分别由预防控制和紧急控制保证其中事故的安全性.在新英格兰10机39节点系统上的仿真算例验证了文中所提优化策略的有效性,也表明综合控制方案远比纯预防控制方案和纯紧急控制方案经济.     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

关于暂态稳定控制决策优化方法的思考

从优化问题的诸要素出发，分析暂态稳定预防控制和紧急控制的特点，评述其决策优化的现状和困难。这些要素包括系统方程、目标函数、约束条件、控制变量、寻优策略、决策时机和控制时机等。稳定分析需要将当前定性和离线的方法改进为定量和在线的方法，而稳定控制则需要从无自适应、无优化和无协调的概念发展到自适应的优化协调控制。EEAC(扩展等面积准则)或其他将会出现的量化方法所提供的稳定裕度指标，为安全性和经济性的协调、为预防控制和紧急控制的协调奠定基础。“在线预决策，实时匹配”是市场环境中大型电力系统暂态稳定预防控制和紧急控制的发展方向。利用稳定裕度对控制变量的灵敏度信息来指导搜索，同时利用启发式知识来避免局部最优解，构成由启发式和解析式相结合的搜索方法。     

基于混合策略博弈的预防控制策略匹配方法

以预决策控制策略集和预想事故集作为博弈策略集,以稳定裕度变化作为收益,并引入外界环境影响因子、控制代价及协调控制因子,建立了一种匹配最佳预防控制措施的混合策略博弈模型。将博弈问题求解转化为对偶线性规划问题,给出了Nash均衡的求解方法,并选择Nash均衡解中期望收益最大的控制策略作为预防控制策略。给出了新英格兰系统的仿真分析算例,验证了方法的有效性。     

基于卷积神经网络的电力系统暂态稳定预防控制方法

为了更好地实现电力系统暂态稳定预防控制,提出了基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的电力系统暂态稳定预防控制方法。通过CNN模型输出变量灵敏度选择控制发电机并确定控制量,然后采用CNN和时域仿真相结合的暂态稳定评估方法进行控制方案校核,得到使系统在预想故障下稳定的控制方案。采用某省级电网算例进行预防控制效果验证。结果表明,采用所提出的预防控制方法,可以找到使系统恢复稳定的预防控制策略。     

基于光伏有功备用的电网预防-紧急协调控制方法

高比例光伏接入电网降低了电力系统的有功备用容量,导致电网的紧急控制能力不足.令光伏发电系统主动参与电网紧急控制是缓解该问题的途径之一.本文提出了基于光伏有功备用的电网预防-紧急协调控制思想,综合考虑电力系统运行风险、光伏有功备用成本、紧急控制成本,构建了电网预防-紧急控制协调控制指标,并建立了基于光伏有功备用的预防-紧急协调控制优化模型,通过引入协调因子优化故障发生前后的控制力度,在故障发生前通过光伏发电系统出力削减运行留出有功备用容量,在故障发生后利用光伏的有功备用和必要的切机/切负荷手段对故障进行紧急控制.基于改进IEEE39节点的仿真结果证明了所提优化模型的有效性.     

基于图卷积网络的快速暂态安全评估方法

快速、可靠的电力系统动态安全评估能够显著提高电力系统运行方式优化调整的效率。针对电力系统暂态稳定预想事故扫描需要完成大量仿真、过于耗时的问题,提出了基于图卷积网络的快速动态安全分析方法。该方法基于电力系统的潮流特征和拓扑特征构建电力系统潮流特征图。利用图卷积方法对电力系统运行状态进行特征挖掘与特征学习,将动态安全评估问题建模为图上节点分类问题。所得模型在读取电网拓扑与潮流运行状态后,仅须完成一次前向计算即可同时给出预想事故集中多个预想事故的稳定性预测结果,无须依赖仿真波形或量测数据,实现快速暂态稳定预想事故扫描。IEEE39节点系统算例测试表明,算法设计正确、高效、准确率高,能够显著提高暂态稳定预想事故扫描的效率,实现快速动态安全评估。     

互联电网预防控制和紧急控制在线预决策系统

针对电网互联和电力市场化给电网安全稳定经济运行带来的挑战，阐述了互联电网在线暂态安全分析与控制的重要性，强调其在线预决策系统（OPS）不仅要考虑功角稳定性，而且要计及电压和频率的安全性，而预防控制和紧急控制也应该在协调的框架下研究。探讨了一体化OPS与调度中心其他系统的联系，以及多个能量管理系统（EMS）和多个安全稳定控制系统的数据共享；提出了相应的框架，并采用分布式并行计算技术来提高该系统的快速性和可靠性。最后介绍了一个应用实例及其实施中的关键问题。     

计及FACTS的暂态安全稳定紧急控制策略

FACTS控制与传统控制手段缺乏协调可能威胁电网安全稳定。离线控制策略表在不考虑FACTS设备条件下的断面极限过于保守，紧急控制措施较重；而考虑FACTS设备全部容量均可用于暂态过程时，又会导致断面极限过于乐观，紧急控制措施不足。提出了计及FACTS的暂态安全稳定紧急控制策略，将FACTS参与电网暂态稳定控制分为FACTS设备主动调节、紧急执行修正策略和分轮次追加控制3个阶段，将传统暂态安全稳定控制和FACTS控制有机结合，既保证了系统的安全性又提高了控制措施的经济性。以可控串补为例，通过实际电网仿真验证了所提策略，仿真结果表明，通过可控串补参与电网暂态稳定控制，降低了暂态过程中的加速能量，可减少传统暂态稳定控制的切机量，同时维持了电网的稳定运行。     

基于最优控制原理的电力系统紧急控制及应用

基于时域方法仿真得到系统受扰轨迹,并结合实际电网安全稳定控制系统的配置情况和运行要求,给出了暂态稳定下最优紧急控制模型。采用了启发式故障后轨迹相对功角最大值小于门槛值作为暂态稳定约束条件,通过引入变分原理,推导了暂态稳定约束条件对控制量的灵敏度。通过建立线性规划模型,把微分代数方程所描述的电力系统紧急控制转化为以切机切负荷为控制量的最优控制问题。文中提出的暂态稳定紧急控制模型与时域仿真方法具有同等的适应性。广东电网的计算结果表明,文中方法对紧急控制策略灵敏度的确定高效且实用,对保证电网安全稳定运行有重要意义。     

基于受控微分—代数系统灵敏度分析的紧急控制

基于时域仿真得到的系统受扰轨迹给出了暂稳紧急控制的非线性规划模型，该模型采用一种启发式的功角积分型指标构成稳定约束。通过引入受控非线性微分-代数系统灵敏度分析求出所定义的功角积分型指标对控制变量的梯度后，给出了所建立的暂稳紧急控制非线性规划模型的2种求解方法：近似规划算法和拟贪婪算法。所提出的暂稳紧急控制模型与时域仿真具有同等的模型适应性。对多机系统切机／切负荷暂稳紧急控制的数值仿真表明，该方法是有效的。     

暂态功角弱稳定模式辨识及其协调紧急控制策略

针对电网发展过程中可能出现的复杂暂态功角失稳现象,提出了用于系统安全稳定分析和控制的暂态功角弱稳定模式的概念及其辨识方法,解析了紧急控制导致弱稳定模式演化为主导失稳模式的机理及其近似必要条件。在理论分析的基础上,提出了基于系统暂态稳定约束转化的紧急控制数学模型,进而设计了基于动态灵敏度指标的启发式协调紧急控制策略计算方法,提升了紧急控制算法对于处理复杂暂态失稳情况的适应性,实现了统筹系统暂态功角多个弱稳定模式的自动协调控制。基于实际电网的算例验证了所提紧急控制负效应机理及策略搜索算法的有效性。     

基于电力系统稳定边界理论的紧急控制决策方法研究

提出了一种电力系统暂态稳定控制中发电机快关/切负荷紧急控制决策的新方法。该方法应用非线性动力系统稳定边界理论,沿稳定边界上主导不稳定平衡点处的法向量在角度空间中的投影向量方向外推主导不稳定平衡点,来扩大电力系统的暂态稳定域,将电力系统经典模型下的发电机快关、切负荷紧急控制决策问题描述为一线性规划模型,大大降低了控制方案搜索过程的计算量。将这一线性规划模型应用于实际电力系统故障算例时,为了得到工程实际中便于操作的紧急控制策略表,进一步采用时域仿真的方法对线性规划模型求解得到的候选控制措施进行甄别。通过很少次数的数值积分,便可以快速准确地遴选出保持系统暂态稳定的控制方案。在New England 10机39节点系统上的仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。     

柔性直流与常规直流协调的紧急功率支援策略研究

柔性直流(VSC-HVDC)具有响应速度快、有功无功解耦、可向交流系统提供无功支撑等运行特性。将柔性直流纳入电网紧急控制系统,可在提升交直流电网暂态稳定性基础上降低常规切机切负荷控制的代价。基于扩展等面积法则(EEAC),研究直流紧急功率支援提高故障后系统暂态安全稳定性的机理;通过对不同类型直流功率调制的对比研究,指出柔性直流与常规直流(LCC-HVDC)的紧急功率支援在改善故障后系统功角恢复方面存在差异,紧急控制应考虑不同类型直流的控制优先级;提出为保障故障后电网暂态稳定所需直流紧急支援功率计算方法,并结合不同故障情况下直流功率支援的优先级制定相应的紧急协调控制策略。     

直流系统的控制策略对南方电网暂态稳定性的影响

分析了直流系统整流侧的控制策略对南方电网稳定性的影响。指出由于交流换相电压对直流特性的影响，定电流控制比定功率控制更有利于维持系统的暂态稳定性；而如果用恒电流负荷或恒功率负荷模型来代替直流系统时，则有相反的结论。通过量化分析方法揭示了上述现象的机理。