三级电压控制体系下大电网暂态电压安全仿真及其控制策略

在Matlab环境下,借助电力系统分析工具箱(PSAT)实现了包含三级电压控制系统的大电网动态时域仿真,并分析其对广东电网暂态电压安全性的影响。结果表明该系统的二级电压控制紧急动作模式虽然有利于广东电网故障后的暂态电压恢复,但不能阻止暂态电压不安全事故的发生。进而,建立了针对暂态电压不安全故障的紧急切负荷控制优化模型,通过采用轨迹灵敏度法将动态优化模型转化为线性规划模型以获得紧急切负荷控制策略,动态仿真结果验证了所得控制策略能够使广东电网在严重故障后恢复暂态电压安全。     

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。     

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。     

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。     

基于区间联络线能量预测的暂态稳定紧急切机控制（二）工程案例

随着PMU/WAMS技术的广泛应用,基于广域响应的暂态稳定紧急控制技术已成为可能。在基于区间联络线能量预测紧急切机方法的基础上,结合基于电压轨迹的暂态失稳判别方法,提出一种适用于互联电网区间暂态失稳的暂态稳定控制技术。该技术采用主站-子站控制方式进行区间暂态失稳判别与紧急切机控制。针对复杂故障下南方电网两广断面暂态失稳,建立详细的工程化控制方案。探讨所提紧急控制技术与现有安全稳定防线的协调配合问题。仿真结果表明,采用所提方法能够制定合理、有效的紧急切机策略,维持电网的安全稳定运行。     

基于区间联络线能量预测的暂态稳定紧急切机控制(二)工程案例EI北大核心CSCD

随着PMU/WAMS技术的广泛应用,基于广域响应的暂态稳定紧急控制技术已成为可能。在基于区间联络线能量预测紧急切机方法的基础上,结合基于电压轨迹的暂态失稳判别方法,提出一种适用于互联电网区间暂态失稳的暂态稳定控制技术。该技术采用主站-子站控制方式进行区间暂态失稳判别与紧急切机控制。针对复杂故障下南方电网两广断面暂态失稳,建立详细的工程化控制方案。探讨所提紧急控制技术与现有安全稳定防线的协调配合问题。仿真结果表明,采用所提方法能够制定合理、有效的紧急切机策略,维持电网的安全稳定运行。     

基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成

“在线计算、实时匹配”的紧急控制模式是降低控制策略失配风险的有效途径和技术发展趋势。为进一步提高在线紧急控制策略生成的快速性,提出了一种基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成方法。借助扩展等面积准则对暂态稳定性以及电网故障下轨迹时变程度的量化分析能力,综合利用电网暂态稳定轨迹特征和稳态潮流关键特征量,建立运行方式特征量匹配指标,在历史方式中匹配最接近方式,实现紧急控制策略的快速生成,通过校核验证后下发装置执行。最后,基于实际电网验证了所提方法的有效性。     

直流受端电网暂态稳定协调优化控制方法

针对大容量直流闭锁故障导致的直流受端电网暂态频率和电压稳定问题,提出一种结合提升直流功率、交流滤波器投切、调相机强励磁以及切除负荷的多控制手段并行协调优化控制策略.应用轨迹灵敏度方法、结合PSD-BPA软件时域仿真结果计算暂态稳定裕度对各控制变量的灵敏度.根据直流有功功率与交流滤波器无功功率联锁关系推导了单一化函数约束表达式,以最小控制成本为目标、系统暂态稳定裕度为约束,考虑各控制变量控制成本差异和权重优先级,建立优化控制模型.基于C++平台设计实现了并行仿真计算与优化模型求解.以华东电网为例进行算例分析,验证了所提模型算法有效性.     

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。     

基于最优控制原理的暂态稳定预防控制模型

基于时域仿真得到系统受扰轨迹,给出了暂态稳定预防控制的非线性规划模型。该模型把功角在末端时刻不大于预先设定的门槛值作为暂态稳定约束条件。通过引入最优控制原理,把微分-代数方程所描述的电力系统预防控制转化为以各发电机有功输出为控制量的最优控制问题:重新调整控制量控制各发电机的转子相对角度,使其在末端时刻都不大于设定的门槛值,从而实现了非线性系统的状态转移。所提出的暂态稳定预防控制模型与时域仿真具有同等的模型适应性。经IEEE 39节点测试系统的数值分析结果表明该算法的有效性,估计的精度能够满足实际工程的需要。     

一种基于贪心算法的紧急控制策略优化搜索方法

间歇式能源接入、全国电网互联、在线运行保护与控制需求等多重因素对电网紧急控制策略搜索提出了新的要求。为此提出了一种基于贪心算法的紧急控制策略优化搜索方法。该方法选择预想故障集中某一失稳算例进行时域仿真,再根据EEAC量化理论计算每个紧急控制措施性能指标,基于性能指标计算出紧急控制空间中各紧急控制措施性价比,其关键在于计算出采取紧急控制措施前后系统暂态稳定裕度的变化量。然后采用贪心算法在候选紧急控制空间搜索出紧急控制策略。最后通过简单电力系统和实际电网两个算例验证了该方法的正确性。     

提高断面输电能力的紧急控制措施风险量化评估方法

跨区电网互联、大规模新能源并网、需求侧互动将给大电网的运行带来更多的复杂性、不确定性与风险性。文中在研究电网风险评估模型的基础上,提出一种提高断面输电能力的紧急控制措施风险量化评估方法。该方法考虑切机、切负荷、直流调制等紧急控制措施的代价以及《电力安全事故应急处置和调查处理条例》出台对安全稳定控制切负荷的影响,以暂态失稳风险指标的形式量化评估系统暂态稳定水平,同时分析了不同控制量对于风险值的影响。通过将系统安全稳定性与经济性相结合,以指标形式表征提升单位断面输电能力的代价,达到对紧急控制措施进行综合评价与筛选的目的。     

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。     

含直流馈入的弱受端电网暂态电压稳定预防控制

远距离跨区直流输电(HVDC)的大规模应用给电力系统安全稳定运行带来了新的挑战。针对HVDC馈入后弱受端交流电网面临的暂态电压稳定问题,提出一种暂态电压稳定预防控制方法。建立以改善弱受端电网暂态电压恢复指标为目标函数,以火电机组有功出力、机端电压、直流输送功率为控制变量的暂态电压稳定预防控制优化模型。基于改进差分进化算法(IDE)求解模型来获取最优控制策略,IDE算法采用反向学习初始化种群和控制参数自适应调整策略,可有效提升种群的全局收敛性。以含HVDC馈入的某省级电网为例进行计算分析,结果验证了所提暂态电压稳定预防控制方法的有效性。     

基于VSC-HVDC异步互联系统联网转孤岛运行稳定控制策略

以渝鄂背靠背柔性直流工程为案例,对交流联络线N-2故障跳开形成柔直+交流近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的主要稳定问题及其特征进行分析。建立了能够准确反映渝鄂柔性直流系统、九盘地区电网实际特性的电磁暂态仿真模型,重点围绕联网转孤岛的暂态特性展开了研究,对开机、负荷以及机组旋备关键影响因素进行了敏感性分析。通过时域仿真分析法给出了不同运行方式下、不同应对措施下,保障联网转孤岛系统稳定运行的交流联络线潮流预控范围,并据此提出了九盘地区联网转孤岛运行的稳控策略,为渝鄂柔性直流系统的安全稳定运行提供了技术支撑。     

电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨

随着特高压直流的推广应用及新能源发电占比的不断提高,电网暂态频率安全保障技术面临着严峻挑战。电化学储能作为一种潜力巨大的灵活控制资源引起了广泛关注。从中国电网频率安全防御的三道防线着眼,基于储能的快速功率调节特性,分析了储能在频率稳定预防控制、紧急控制和校正控制中的定位,以不同场景下电网运行频率的控制目标为依据,探讨了面向暂态频率安全保障的电化学储能的容量配置技术要点,包括时域仿真中的计算条件选择、与传统控制措施的协调配合等方面,然后针对推动储能技术规模化应用中面临的主要问题,指出应在适应多应用场景的储能优化配置、储能电站优化运行模式研究、储能全生命周期的效益分析等研究方向开展深入研究。     

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。     

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。