大电网安全分析、预警及控制系统的研发

在对互联电网安全稳定问题进行了系统梳理和综合研究的基础上,提出了综合性的大电网安全稳定分析、预警及控制方法,完成了包括全过程安全评估、沙盘推演、广域分析及控制、专家系统等前沿技术的研发.所开发系统在调度自动化系统平台上完成了系统集成,并在国家电网仿真中心的数字电力系统上完成了测试     

投影能量函数在天津电网在线安全分析的应用

介绍了投影能量函数理论在天津电网在线安全分析系统中的应用.利用投影变换,将复杂的故障后电力系统动态过程转化为相点在一维空间中的简单运动进行研究.通过研究故障后系统最小投影动能与失稳发电机组有功出力之间的关系,提出一种计算暂态稳定约束下发电极限的方法.该方法已应用于天津电网在线安全分析系统中,对有危害故障提供预防控制调整方案.在华北2007年方式计算电网上的分析结果表明了该算法的有效性.     

在线安全稳定分析在湖南电网计划检修中的应用实例

经过近2年时间的调试,湖南省调正式上线运行了湖南电网在线安全稳定分析系统。该系统具备静态安全分析、暂态稳定分析、电压稳定分析、小干扰稳定分析、短路电流分析及裕度评估六大类稳定分析功能,能以15 min为周期定时获取电网运行数据并提供计算分析结果辅助决策。实践证明,当电网由于事故导致运行方式发生变化时,调度员能够依靠该系统在很短的时间开展稳定分析计算,对电网在下一阶段运行的可靠性作有效评估。     

WAMS在电力系统分析和控制中应用的新进展

基于PMU/APMU的广域测量系统WAMS的出现,主要源自电力系统安全稳定控制对于量测量在时间上同步以及监控范围在空间上广域的需求。为提高电网安全稳定监控水平,利用综合法、分析法归纳和分析了暂态稳定预测及控制、静态电压稳定控制和基于轨迹的暂态稳定分析方法的最新进展。研究表明,采用相对功角或角速度判别系统的暂态功角稳定性并实施控制策略,能很好反应系统电力系统本质及运行情况。     

电网在线暂态电压安全分析的降维方法

近年来,随着中国可再生能源的发展以及交直流混联电网的形成,电力系统暂态电压安全问题越来越突出。对于大电网进行在线暂态电压安全分析十分必要,但因存在维数灾问题导致其在线应用困难。关键挑战在于需要处理高维电压时序轨迹(时间维)、大量预想故障(故障维),以及众多节点和无功设备(空间维)。传统的无功电压分区方法无法应对以上挑战。为此,提出了一种面向暂态电压安全分析的降维方法,包括基于高维电压时序轨迹的暂态电压安全性量化评估方法、面向大量预想故障的代表性严重故障筛选方法,以及故障相依的动态电压分区方法。这3种关键方法分别从时间、故障和空间维度对原问题进行降维。基于IEEE 39节点系统和实际电网模型的仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

安徽电网安全稳定分析及措施的研究

本项目从安徽电网静态安全稳定仿真分析、动态稳定分析、三道防线协调控制分析、连续3年小干扰分析4个方面研究了电网安全稳定问题;在对发电机组同调性和振荡中心分析研究的基础上,提出了安徽电网第二、三道防线的配置原则、防线措施的协调控制关系和协调配合建议;分析了在电网结构改变较大、电源点急剧增加的特殊建设时期（2006年-2008年）电网动态稳定演变过程.     

具有智能化特征的安全稳定分析与控制决策技术

安全稳定预警与控制辅助决策是智能电网调度技术支持系统不可缺少的应用类功能。在分析安全稳定分析与控制决策计算工作特点的基础上,提出安全稳定分析与控制决策支持智能化的主要特征：自动化和自适应性。介绍了自动化的安全稳定分析计算技术,包括输入数据准备、任务执行和输出结果的自动化处理;阐述了自适应电网运行工况、外部环境和硬件运行状态的安全稳定分析技术,包括调整应用功能的输入数据和妥善处理安全稳定性交互影响,以及根据分析计算任务要求动态优化调度计算资源。这些技术已用于安全稳定综合防御系统,提高了分析结果的适应性和分析计算的效率,在电网运行规划、计划安全校核、超短期安全态势预测、调度操作安全校核和在线分析与控制等电网调度运行管理中发挥作用。     

江苏电网在线动态安全评估系统及应用研究

基于智能调度系统的在线动态安全评估系统以实时在线数据为基础进行计算分析,实现了电网的离线分析向在线分析的飞跃。文中简要介绍了江苏电网动态安全评估系统的主要结构、功能、计算流程,以江苏2016年6月23日龙卷风冰雹特大灾害下的电网安全稳定分析和2016年11月4日某变电站母线故障后的稳定分析为算例,结果表明动态安全评估系统能够及时有效地对电网进行实时计算分析并给出相应的辅助决策措施,提升了电网调度运行人员在事故紧急情形下的应急处理能力,对保证电网的安全稳定运行起到了重要作用。     

基于AGC的稳定断面潮流控制的设计与实现

随着云南电网的迅猛发展,断面稳定输送功率越限问题日益突出.传统的自动发电控制(AGC)在安排机组出力时只考虑机组的调节能力,未考虑整个系统的安全约束,在控制中易引起稳定断面的越限.文中提出将AGC与安全约束调度、灵敏度分析、超短期负荷预报有机结合,在AGC中实现稳定断面有功传输功率的控制,从而构成安全稳定闭环控制系统.在云南电网的实际工程应用表明,该方法可以有效地将稳定断面有功功率控制在允许范围内,保证电力系统的安全稳定运行.     

“基于EMS／DTS的电网在线安全稳定分析和预警系统”通过鉴定

2006年12月9日，由江西省电力公司和清华大学电机系合作完成的“基于EMS／DTS的电网在线安全稳定分析和预警系统”项目在江西南昌通过鉴定。该项目实现了静态安全预誓、电压稳定安全预警、暂态安全预警和继电保护安全预警等模块所组成的在线综舍安全预警系统，能在电网出现静态和动态不安全时或出现静态紧急运行状态时，自动给出预防控制和校正的对策，实现了自动智能型决策支持。该系统实现了预警系统和EMS／DTS高级应用系统的一体化。该系统软件功能丰富，实用性强，预警和决策支持功能性能良好。该系统已在江西电网投入使用，运行稳定可靠。由国网公司领导和院士专家组成的鉴定委员会认为，该系统是国内第1套投入实际运行的电网在线安全稳定分析和预警系统，具有自主知识产权。该系统的投运为江西电网安全稳定运行提供了有力的技术支持。     

在线安全预警和决策支持系统的软件构架与实现

安全预警和决策支持(EWSC)系统作为未来控制中心自动化系统的重要功能,一方面需要对能量管理系统(EMS)成熟功能进行封装,另一方面需要适应自动化系统功能演变的需要.提出了一种基于多代理系统(MAS)的软件开发范式,用于开发EWSC系统的软件构架.该系统具有一个松散、开放的可插入式结构.其中核心框架是负责系统通信和任务调度的协调层,是相对固定的;其余部分为独立模块,由一系列相对独立的决策分析和人机表达智能体组成,可以独立开发,方便地嵌入系统.在该框架下系统各个模块层次分明,具有很强的解耦性,并且可以实现把历史遗留系统集成到新的环境中.基于文中所提出的软件构架的在线EWSC系统已在某省级电网投运.     

潮流预报在电网安全预警系统中的应用

潮流预报技术是实现电网预警预控的基础,结合某省级电网安全预警系统的实际研发经验,介绍了超短期和短期潮流预报在电网安全预警系统中的实现算法、技术特点和应用场合.结合实际应用情况,分析了超短期潮流预报和短期潮流预报算法的可靠性和精度,以及影响它们性能的关键因素.     

实用动态安全域降维可视化方法

近年来的研究表明,保证暂态稳定的实用动态安全域(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。对于既定的事故前、后系统图形和既定的事故,它是惟一确定的,与运行状态无关。但注入功率空间维数太高时则难以直接在三维或二维空间上实现可视化。为此,文中提出了将高维PDSR降成三维的方法,并保持降维后的PDSR对于既定的事故前、后系统图形和既定的事故,仍近似是惟一确定的,不因注入的变化而改变,称降维后的PDSR为类PDSR(L—PDSR)。对其进行三维的可视化,可使调度员对当前的运行点在注入空间内不同方向上的稳定裕量一目了然,从而快速、准确地进行预决策乃至紧急控制。又由于对于预想事故集中的不同预想事故下的PDSR,总是希望能在同一坐标空间上观察其交集,即综合安全域,故文中也针对一个实际电力系统研究了这种可能性。同时基于上述方法开发成功了相应的可视化系统。     

配电网安全域的维度

提出了配电网安全域(DSSR)维度的概念及计算方法。首先,给出了DSSR维度的定义,综合考虑了DSSR边界约束个数及变量个数。其次,提出了一种基于主变压器联络关系向量的DSSR维度计算方法,该方法通过定义主变压器间的联络关系向量来体现网络结构特征,无需列写安全域表达式就能得到边界约束数及各约束中的变量数。最后,通过算例验证所提出的方法,初步分析得到了DSSR维度与配电网的关系,并归纳了边界数量取极值的条件。研究发现:对于不同规模的配电网,DSSR维度的大小受主变压器、馈线及分段开关数量的影响;对于规模相同的配电网,DSSR维度也可能不同,主要受主变压器间馈线联络方式的影响。提出的DSSR维度概念能严格地描述DSSR及对应的N-1安全性问题的规模,为DSSR安全理论提供了必要的基础。     

PMU based voltage security assessment of power systems exploiting principal component analysis and decision trees

The need for feature selection and dimension reduction is felt as a fundamental step in security assessment of large power systems in which the number of features representing the state of power grids dramatically increases. These large amounts of attributes are not proper to be used for computational intelligence (CI) techniques as inputs, because it may lead to a time consuming procedure with insufficient results and they are not suitable for on-line purposes and updates.This paper proposes a combined method for an online voltage security assessment in which the dimension of the token data from phasor measurement units (PMUs) is reduced by principal component analysis (PCA). Then, the features with different stability indices are put into several categories and feature selection is done by correlation analysis in each category. These selected features are then given to decision trees (DTs) for classification and security assessment of power systems.The method is applied to 39-bus test system and a part of Iran power grid. It is seen from the results that the DTs with reduced data have simpler splitting rules, better performance in saving time, reasonable DT error and they are more suitable for constant updates.     

交直流静态安全域下计及时间特性直流有功调整方法

随着交直流混联系统状态及控制变量广域耦合程度不断提高,各元件时间响应特性差异巨大,系统的控制目标会因为各控制参数时间尺度的不协调而难以实现。为解决上述问题,首先,在交直流混联系统静态安全域理论基础上研究了其边界曲面线性回归拟合及二维投影的刻画方法。在考虑安全域和控制设备时间参数的基础上,提出具有时间特性的控制安全域及域内最优调整曲线的通用模型。然后,通过高压直流输电主回路参数计算得到直流输送有功和无功补偿、触发角、熄弧角以及变压器分接头等电气量的稳态关系,并依此结合计及时间特性控制安全域的刻画方法以完成直流有功控制域的表征,且在域内以整个调节时间内系统中敏感母线平均电压波动最小为优化目标给出最优调整曲线,从而保障交直流系统有功调整在时间维度上的安全性。最后,基于改造的两区四机交直流混联系统进行仿真计算,验证了理论分析的正确性与可靠性。     

Application of analog and hybrid computation methods to fast power system security studies

In analog emulation, a non-linear system model is implemented as a set of reconfigurable analog circuits referred to as the emulator. This hardware is actuated, initialized, and allowed to settle to a steady-state during which time the user utilizes voltage and current measurement devices to observe the system’s transient response and constrained static solution. Because this method abandons the use of iterative numerical techniques, the length of time required to emulate a solution (this excludes the effects of actuation and data acquisition) is fully controllable and independent of the dimension of the system model. Analog computation has potential to perform many types of non-linear analyses significantly faster than is possible digitally; however, its popularity has traditionally been limited by a need for manual actuation and data acquisition. In this work, the authors examine the use of digital technology to automate actuation and data acquisition for emulation. They also discuss how intelligent design and control of the emulator may be utilized to minimize data collection and accelerate emulation-based power-flow analysis and system security studies.     

安全域视角下的有功安全校正优化控制方法

传统基于灵敏度的电力系统有功安全校正控制方法多建立在相互孤立的线路负载率指标上,在处理多支路潮流越限时可能存在调节反复、低效的问题。文中将安全域理论应用于安全校正控制,分析了传统方法存在问题的原因,并通过对系统当前运行状态在高维空间中各方向上的安全距离进行整体评判,给出了最优控制的指导向量。在此基础上,提出了安全距离灵敏度指标,对各发电机组根据其安全距离灵敏度及实际调节能力进行反向配对,按所得的机组操作序列选择机组对,代入校正控制的线性规划模型中进行求解。IEEE 39节点系统和某地区电网算例的仿真结果表明,文中提出的有功校正控制方法切实可行,尤其在处理多支路过载时更加直观、高效,并且能兼顾系统中其他支路的安全裕度,避免反复调整。     

电力通信网运行方式安全校核方法研究及应用

为实现对电力通信网运行方式的安全校核,文章提出了N-1业务影响分析算法和有效出口分析规则,实现了对电力通信网络的业务安全和系统安全分析,并基于此方法设计实现了可靠、稳定的运行方式安全校核系统,实现了运行方式安全校核的高效分析和结果展现,提高了电力通信运行方式的管控水平和工作效率。