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。     

基于有功功率小扰动分析的动态安全域求解

动态安全域(DSR)的暂态稳定边界可以近似表示为超平面,由此提出了一种DSR的快速求解方法.该方法分别对事故前系统的稳定运行点、事故中系统的故障轨迹和事故后系统的暂态稳定性进行有功功率的小扰动分析,然后依据整个暂态响应过程中状态变量的连续性,将不同阶段的分析结果联系起来,最终推导出了超平面形式的DSR解析表达式.应用暂态能量函数分析给出了注入空间上的实用动态安全判据,以此来量化暂态稳定性指标,从而实现对事故后系统的有功功率小扰动分析.该方法的有效性在New England 10机39节点系统上得到了验证.     

考虑暂态稳定约束的临界割集功率传输极限和发电经济调度

保证暂态功角稳定性的实用动态安全域(PDSR)边界，可由注入功率空间上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1个或少数几个超平面围成。后者所包含的每个超平面对应着1个且相异的临界割集。计算PDSR时可以计及系统元件的复杂模型。文中在PDSR的基础上推导出临界割集功率传输极限(PTLCC)的表达式；通过理论和实例分析表明，PTLCC不是常数而是在一定范围内变化；并且提出了精确计算最大PTLCC(即可用传输容量)的数学模型和考虑暂态稳定约束的发电经济调度模型，它们皆为线性规划问题，易于求解。求取最大PTlLCC的算法简单、实用，可在线使用，并且被优先选择的节点的有功变化对系统稳定性的影响较小，这为运行人员提供了有用的信息。实例分析验证了上述方法的有效性。     

相角-电压空间上的实用动态安全域

电力系统中的相量测量单元(PMU)可以实现电网部分相量(如节点的电压相量)的实时异地同步测量与传输.为充分发挥含PMU的广域量测系统(WAMS/PMU)在电力系统安全预警、保护与控制中的作用,研究了节点相角-电压空间上保证暂态稳定的动态安全域的边界性质.研究表明,对于既定的事故和事故前、后系统图形,相角-电压空间上实用动态安全域的临界边界同样可以用一个或极少数几个超平面近似描述.节点相角-电压空间中的实用动态安全域边界的拟合具有非常好的精度.基于这样一个安全域和WAMS/PMU提供的节点信息,可以很方便地计算出相角-电压空间的任一增长方向上的稳定裕度.也可以通过可视化,在线观察目前运行点距既定预想事故下稳定边界各个方向上的距离.     

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.     

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。     

电力系统实用动态安全域的降维与还原

提出了一种在注入功率空间中求取电力系统实用动态安全域(PDSR)的超平面形式的临界稳定边界的新方法。通过对电力系统进行数值仿真搜索到大量临界点,并通过最小二乘法拟合得到临界超平面的方法精确但费时,难以实际应用。为了在重要的预想事故下快速、准确地求取电力系统的临界超平面,文中提出首先将高维的电力系统通过基于相关的动态等值化简为低维的等值系统,再对其进行数值仿真,拟合出等值系统的临界超平面,然后根据动态等值逆过程推导出超平面还原的解析表达式,最后修正还原得到超平面的系数,使所得到的超平面通过一个由对原系统的详细模型进行仿真得到的临界点,可以在一定程度上改善临界超平面的精度。算例结果证明这种方法兼顾了临界超平面求取的速度与精度,使PDSR在实时安全性分析中的应用更易实现。     

基于动态安全域的电力系统暂态稳定性分析方法探究

稳定性是电力系统规划、设计、运行与控制中必须考虑的基本问题,也是电力市场发展的基础条件。传统的暂态稳定性分析采用“逐点法”的构想,计算量大;由于元件参数、运行条件及干扰方式均已给定,结果无法计及诸如扰动、系统负荷和参数取值等不确定因素,可信度低。针对这一问题,动态安全域（DSR）的概念被提出并应用于电力系统暂态稳定性的概率分析。动态安全域能够提供丰富的安全信息,而且其定义在注入空间上也更符合运行人员进行控制的需要,可以进行离线计算和在线分析,有着广阔的应用前景。文章针对动态安全域边界点的超平面特性,介绍了实用动态安全域（PDSR）的超平面拟合方法,对概率指标的超平面近似平行性进行了分析,并针对不同概率因素影响下的超平面平行性进行了研究与探讨。     

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。     

AC/DC并联输电系统大扰动短期电压稳定PDSR

通过对典型交直流并联输电系统的仿真研究发现,在给定事故、直流功率及控制方式下,在发电机节点有功功率和电压幅值、负荷节点有功和无功功率以及直流传输有功功率的决策空间上,保证交直流并联输电系统大扰动短期电压稳定性的实用动态安全域(practical dynamic security regions,PDSR),在较大范围内仍可由描述各节点注入上、下限的垂直于坐标轴的平面、极少数几个分别对应于不同失稳模态的描述大扰动短期电压稳定性的临界超平面和平衡节点所对应的约束面围成。同时发现:当采用整流侧定电流和逆变侧定电压控制方式时,或者低压限流器的参数VL取值较大时,PDSR将扩大;当直流传输功率的不同、直流定功率控制(功率值不变)测控点选择不同和负荷中感应电动机所占的比例不同时,PDSR临界超平面具有平移性质。     

基于历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选

大电网中有上千个暂态稳定故障,若对每个故障分别进行暂态评估,难以满足在线评估对时间的要求。为了满足电网在线暂态安全稳定评估快速性的要求,提出了一种基于电网运行历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选方法。基于历史数据中的电网运行方式和暂态功角稳定评估结果,提取关键特征量,通过计及稳定模式的矢量量化方法确定聚类数和初始聚类中心,采用K中心点算法对聚类中心进行优化。针对分类后暂态功角稳定的考察故障快速估算其暂态功角裕度,最后得到包含暂态功角失稳和估算裕度低于门槛值的故障组成的用于暂态稳定分析计算的严重故障集。通过对实际省级电网运行历史数据的聚类分析,验证了所述方法的有效性和实用性。     

在线暂态安全稳定评估的分类滚动故障筛选方法

为满足在线暂态安全稳定评估对计算时间的要求,提出了基于模式和裕度估算的在线暂态安全稳定故障筛选方法。分别基于上一轮在线暂态安全稳定评估结果中各个预想故障的暂态功角稳定、暂态电压跌落安全、暂态电压稳定和暂态频率偏移安全的裕度及模式信息,并结合各个故障安全稳定模式中相关元件的潮流变化和投/退等信息,估算出新一轮在线暂态安全稳定评估所对应的运行状态下各个故障的暂态安全稳定裕度,并确定其相应的安全稳定模式,从而筛选出本轮在线暂态安全稳定评估需详细计算的预想故障子集。通过对实际电网在线数据的仿真分析,验证了所述方法的有效性和实用性。