基于WAMS及机组对的电网暂态稳定态势在线量化评估方法

为满足电网实时监控对算法速度和精度的要求,提出了一种基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)及机组对的电网暂态稳定态势在线量化评估方法。该方法采用简化的发电机等效模型,根据相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)量测信息在线跟踪辨识其参数。通过识别受扰相对最严重的机组对,进而可计算该机组对等效的相互作用机械和电磁有功功率,以此为基础提出了一种可直接反映轨迹暂态稳定裕度的量化指标。文中还给出了对WAMS采集轨迹信息的曲线拟合方法和能量型指标,以便快速预估未来暂态稳定性。并以单机无穷大系统为例,验证了可利用发电机端口外PMU有效测量信息间接评估电网整体暂态稳定态势的可行性。最后,面向实际工程给出了暂态稳定态势在线量化评估实施方案。理论分析与仿真测试结果表明了所提方法的有效性及工程可操作性。     

“大电网安全稳定协调防御关键技术”研究项目通过验收

2012—06—08,由南瑞集团（国网电科院）承担的“大电网安全稳定协调防御关键技术研究”项目通过验收。该项目建立了基于风险控制理论的大电网安全稳定协调防御体系,攻克了大电网安全稳定特性的信息挖掘、在线综合快速评估及预警、综合辅助决策的协调优化、     

基于多响应信息源的电压稳定全态势量化评估与辅助决策系统

电压稳定是受端电网所面临的主要稳定问题,而基于建模数值计算的电压稳定仿真软件和广域测量系统的结合,为实现电压稳定全态势量化评估与防控提供了新的思路。以电网仿真或量测数据为基础,采用基于局部量测信息的等效输电模型,可实现电压稳定态势、无功补偿水平评估及切负荷量的快速预估。文中阐述了系统整体功能框架构,分别介绍了不同响应信息源数据交互、静态和暂态电压稳定评估和任务并行设计方案,并指出了所涉及的关键技术。该系统可实现大电网当前态和预想态的电压稳定全态势快速量化评估与辅助决策,提高大电网智能化监控与预警水平。     

基于电压相量轨迹几何特征的电网节点时空关联特性评估EI北大核心CSCD

随着电网运行环境的复杂性、随机性日益加剧,实现基于广域量测信息的电网节点关联特性实时评估具有重要现实意义。该文首先对实测电压相量轨迹信息几何特征进行挖掘,定义表征轨迹特性的“轨迹距离”概念;继而构建表征电压相量轨迹运动演进规律的特征平面,并据此构建动态收敛域以评估节点关联性强度;最后,提出基于轨迹距离密度的参数自适应轨迹聚类算法,衡量各节点电压运动趋势的相似性关系,从而实现特定节点的关联范围评估。对IEEE 39节点系统的仿真,验证了所提方法的有效性。     

广域量测信息大数据特征分析及应用策略

为深入理解广域量测信息特征,采用类比分析方法探究了广域量测理论研究成果难以转换成实际应用的原因。首先,以信息论大数据4V特征为条件,提出一种判断大数据的逻辑结构。然后,深入分析电网广域信息暂态数据、动态数据及事件标识数据的产生过程、描述结构及关联关系,结合某省WAMS系统实例,与大数据判断条件进行逐一类比分析,论述了广域量测信息是一种电网特有的大数据,难以满足多数WAMS理论研究成果对于数据持续性和准确性的要求,是理论成果难以向实用转换的重要原因。实现WAMS理论成果实用化,必须有效处理广域信息大数据,由此提出了建立数据可信分级、设计专用数据处理控制器、增添数据分群管理模式等数据应用策略。     

南方电网综合防御框架的构思

针对南方电网复杂的交直流混合输电的特点,构思时空协调的停电防御框架。在广域信息平台、在线量化稳定分析和自适应控制决策等环节上,提升防御灾变的功能,即从静态到动态范畴,从离线到在线,从定性到定量,从固定设置到自适应优化;其中特别强调相继故障的风险预警和多方面的协调。其创新点和工程应用还包括：在没有数学模型的支持下,评估实测时间响应曲线的轨迹稳定裕度;非自治非线}生系统的特征根分析技术;高维受扰轨迹之间的相似度指标,及以其为基础的模型识别技术;将气象和雷电等非电力信息整合到停电防御框架中,对相继故障的风险进行仿真和预警;基于风险管理概念的协调控制。     

信息驱动的大电网全景安全防御概念及理论框架

以电网为核心的能源互联网发展趋势及信息技术高度发展,对大电网安全稳定运行和智能防控提出了更高的要求,需要发展和建立与之相适应的在线安全防御支撑体系。首先,评述了现有电网安全防控发展现状及新形势需求,进而提出了建立信息驱动的大电网全景安全防御的设想,详细阐述了其概念、建设目标、多维控制内涵及多层次互动协调控制原则。其次,以信息流控制能量流为核心,设计了自动闭环控制与服务层次架构,明确了各环节的主要功能。在此基础上,系统性部署了信息驱动的全景安全防御理论框架,并阐明了各层面的基础理论和关键技术。最后,给出了该体系实施的时空大数据构建模式,以期利用先进大数据技术实现运行环境下的大电网多维度、立体化安全防御及精确掌控。     

基于交替方向乘子法的电网电压相量轨迹拟合及暂态稳定评估指标构建

电力系统暂态稳定态势量化评估是大电网在线安全防御的主要部分，而如何针对电网动态轨迹信息构建暂态稳定预估指标是关键。电网电压相量轨迹信息蕴含更丰富的稳定行为特征。文章以双机系统为例，首先从轨迹几何角度分析了发电机暂态能量转化与电压相轨迹之间演变规律；继而在扩展等面积准则(extended equal area criteria, EEAC)的基础上推理验证了其在多机系统下的普适性；为实现暂态稳定快速预估，提出了一种基于交替方向乘子法的轨迹拟合方法，该方法在拟合精度与速度上具有明显优势；在此基础上，以电压相量轨迹拟合曲线的弧长距离为数据支撑，构建了一种暂态稳定快速预估指标。最后，以新英格兰10机39节点系统与某省级电网的仿真数据为例，验证了该方法评估有效性。     

基于电压相量时序轨迹特征的电网静态稳定态势在线评估指标

电网运行环境复杂性、随机性的不断加剧,使得实现电网静态稳定态势的在线评估具有重要工程意义。首先对电网演进趋势与节点电压相量偏移轨迹特征间的相关性进行了分析,并利用熵理论构建了电压相量偏移指标,以实时衡量节点在电网运动进程中的主导性强弱;从"源–网–荷"统一角度构建了电网电磁功率传递与节点电压相量各分量属性的联系,进而提出了利用差分稳定系数指标来评估电网能量稳定态势;然后融合两种指标并提出了基于电压量测信息的电网静态稳定在线评估方法。最后通过对IEEE39节点系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

时空协调的大停电防御框架(一)从孤立防线到综合防御

由3篇论文组成的系列文章为现代电力系统设计了自适应时空优化的停电防御框架.论证了防御由相继事件演化为大停电灾难而应该具备的核心功能,包括广域测量与数据挖掘、在线稳定量化分析和控制、多道防线的优化和协调.作为第1篇,剖析了大停电的演化规律,探讨现代互联电网稳定性的特点及面临的挑战;评述了稳定分析、三道防线及恢复控制技术的现状和发展方向;提出将监控和数据采集(SCADA)系统扩展为动态SCADA(DSCADA)系统,将能量管理系统(EMS)扩展为动态EMS(DEMS).     

基于云计算的大电网在线分析计算模式研究

根据我国电网调度自动化系统广域分布、调度信息分层管理的特点及大电网在线分析软件的计算规模、计算性能等需求,以云计算技术及"调度云体系架构"为基础,提出大电网在线分析软件的广域多级分布式并行计算模式及其协调管理服务需求。为了适应云计算环境的可扩展性,简化大电网在线分析软件设计流程,提高软件开发效率,提出了基于面向服务架构(SOA)的大电网在线分析3层服务封装,满足不同用户对大电网在线分析软件的需求。最后以分解协调潮流计算为典型应用,提出了基于广域多级分布式并行计算模式的拓扑分析服务和潮流服务程序设计方案。     

大电网安全稳定综合协调防御的工程应用

构建安全稳定综合协调防御系统是提高大电网安全稳定运行水平的重要技术措施。分析了实现大电网安全稳定综合协调防御系统工程应用的关键技术,介绍了在电网安全稳定时空协调的防御框架内研究开发的大电网安全稳定综合协调防御系统的工程实施与应用情况,包括技术特点和主要应用功能,阐述了其对大电网安全稳定运行与控制能力的提升作用。     

电网调控系统广域服务访问及管理方法

随着特高压大电网的快速发展,当前的电网调控系统已难以有效满足调度一体化对跨调度机构进行服务访问的迫切需求。基于对现有服务架构的深入分析,提出了通用的广域服务访问和管理方法,构建了面向电网调控系统的广域服务体系。通过服务信息发布、信息分层管理、多维度分析监控等技术,实现广域服务的管理与监控;通过服务查询、基于资源评估的负载均衡、多粒度访问控制策略、服务访问轨迹实现跨调度机构服务的访问及控制。目前研究成果已在工程中获得了实际应用,为广域范围内的故障告警实时推送、画面浏览和模型数据维护提供了技术支撑。     

时空协调的大停电防御框架(二)广域信息、在线量化分析和自适应优化控制

在静态和动态信息的集成平台上,将安全分析功能从静态提升为动态,实现时空协调防御框架。为此,讨论信息的可靠性和动态数据采集点的优化布置;将实时信息和数值仿真结合,实现动态数据的深层挖掘。其核心功能是动态安全的定量评估技术,包括电流、功角、电压、频率的稳定裕度和低频振荡阻尼的评估,以及相应的灵敏度分析和稳定域估计。在此基础上,就可以按风险的概念实现在线预警、自适应优化的预防控制、继电保护、紧急控制、校正控制和恢复控制等各道防线的决策。     

基于时序特征选择与改进MSPCA算法的电网暂态稳定态势智能评估

在充分利用电网海量历史运行数据及大量仿真分析数据评估暂态稳定态势过程中,恰当的选择与稳定特征以及提取非正常态势关键影响特征是实现电网暂态稳定态势评估的基础。文中提出了一种基于时序特征选择的暂态稳定态势智能评估方法。给出了基于未来运行点的邻域样本在线生成方法及稳定态势等级描述,选择输电断面作为主要特征;基于时序邻域信息度量算法,依据累积贡献率对特征降序排列,并采用基于邻域互信息的计算并伴随基于SVM的特征子集搜索实现冗余特征的剔除,形成稳定特征子集;在应用电网稳定特征子集进行态势评估场景中,采用改进的多尺度主元分析法对稳定相关信息进行提取,通过特征贡献率排序实现非正常态势关键影响特征识别。结合IEEE 39节点算例系统,仿真结果验证了文中所提方法的有效性。     

基于时间卷积和图注意力网络的电力系统暂态稳定评估

准确、快速的暂态稳定评估对电网安全运行至关重要。但现有方法未充分挖掘电网暂态数据的时空特性信息,限制了模型的评估性能。文中提出了一种基于时间卷积网络(TCN)和图注意力网络(GAT)的暂态稳定评估方法。该方法仅以量测母线电压幅值和相角数据作为输入,凭借GAT可以处理图数据并建立电网拓扑连接关系的优点和TCN特有的因果空洞卷积运算特性,自动从暂态数据中提取出空间特征和时间特征,进而实现对系统暂态稳定性的准确评估。此外,采用改进的焦点损失函数作为模型训练目标,可以动态适应训练过程中模型对难易样本的判别界限且自适应处理样本不均衡问题,减少了对失稳样本错分类的现象,同时还提高了全局准确率。IEEE 39和IEEE 145节点系统仿真结果表明,所提方法在响应时间上具有优越性,并且在拓扑变化和数据存在噪声情况下都具有较强的泛化性和鲁棒性,满足在线评估的准确性与快速性要求。     

基于响应的电网暂态稳定态势在线量化评估方法

广域测量系统工程化成熟应用为基于响应的电网暂态稳定分析与控制研究提供了新的契机,而暂态稳定态势在线量化评估是关键。以单机无穷大系统为例研究并证明不同观测支路比例段的静态和暂态稳定态势剖分特性,即同趋和同达失稳点特性。该剖分特性表明,可间接利用发电机端口外网络的相量测量装置有效测量信息评估电网暂态稳定态势的可行性。根据发电机转子加速度方程,严格推导电网任意机组对的等效单机系统虚拟功角特性正弦函数表达式,并基于该表达式,提出一种基于响应的电网暂态稳定裕度指标。用IEEE-9节点和新英格兰10机39节点系统进行仿真,验证了所提方法的有效性及工程可操作性,为基于响应的电网暂态稳定在线监控提供了有力的技术支撑。     

基于广域响应的大电网暂态稳定判别技术仿真软件的开发与应用

基于广域响应的暂态稳定实时判别与紧急控制技术是当前电力系统稳定领域的研究热点。开发了一种基于广域响应的大电网暂态稳定判别技术仿真软件。给出了软件框架结构、功能模块和工程应用情况。该软件以电网实际受扰量测数据或离线时域仿真软件结果作为输入,实现了多种基于响应的暂态稳定判别技术的评估与可视化展示,具有方便的文件管理、可扩展暂态稳定判别以及算例批量计算等功能。工程应用表明所开发软件具有较好的工程实用价值。     

基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统

基于响应的暂态稳定判别与控制技术是当前电力系统安全稳定领域的研究热点。目前已经提出了多种不同原理的暂态稳定判别技术,但距工程应用尚需解决很多问题。为分析比较各种判别技术的有效性和适用性,开发了一个基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统。原型系统以PMU实时量测数据作为输入,分别实现了多种基于响应的暂态失稳判别技术的实时评估与可视化展示。介绍了原型系统的框架结构设计、功能模块实现和工程应用情况,并从时间尺度、数据量测以及控制策略生成等方面为基于响应的暂态稳定控制的下一步发展方向提出了建议。工程应用表明所开发的原型系统具有较好的使用价值,是分析比较各种基于广域响应的暂态稳定判别技术的有效工具。     

面向智能电网的空间隐蔽型恶性数据注入攻击在线防御研究

智能电网的安全运行高度依赖信息环节功能所提供的强大技术保障,致使电网在运行过程中易受到恶性数据注入等网络攻击的威胁,其中空间隐蔽型恶性数据注入攻击是最普遍的一种。为保证该类恶性数据注入攻击在电网运行中能被高效实时检测处理,提出一套面向监视控制与数据采集(supervisory control and data acquisition,SCADA)和相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)混合量测的智能电网恶性数据在线防御流程。首先通过历史状态量获取与状态预测实现状态量挖掘,再进行SCADA仪表与PMU量测量的恶性数据检测、剔除与修正。此外,该文提出一种适用于混合量测系统的多重匹配状态预测方法,其预测结果作为状态参考用以打破恶性数据隐蔽性。IEEE-14和IEEE-118节点测试系统仿真结果验证了所提方法预测准确性及在线检测空间隐蔽型恶性数据的有效性。