基于电压时间序列的电力系统暂态电压稳定分析

基于实时获取的广域测量信息,提出一种利用机端电压幅值偏差序列的最大Lyapunov指数指标（LLE）与机端电压幅值序列相结合的暂态电压稳定判别方法。基于无需系统模型的LLE计算方法,建立LLE与机端电压幅值偏差序列的数学关系,根据最大Lyapunov指数曲线运动的轨迹特征,以及机端电压幅值变化率-电压幅值偏差（[Vmagcr-ΔVmag]）特性曲线的运动趋势,提出一种基于LLE与机端电压幅值偏差率的暂态电压稳定判据。针对多机系统,本文提出基于临界机组对的暂态电压稳定判别方法。将本文所提方法在IEEE10机     

基于幅相运动方程的风机机电暂态特性的建模与优化

随着风电在电力系统中的渗透率不断提高,风机的暂态特性对系统(同步发电机)暂态功角稳定的影响显著加深。因此,认识、优化风机的暂态特性具有重要意义。目前对风机暂态特性的认识优化大多是基于详细时域模型的数值仿真研究,缺乏基于物理化模型的机理研究。该文应用幅相运动方程建模方法,建立风机机电暂态幅相运动方程模型,并基于此物理化模型分析以GE风机为代表的现有风机机电暂态特性的物理特征,指出存在的不足并予以优化。该文的研究表明,以GE风机为代表的现有风机在机电尺度上只响应系统电压幅值动态,不响应系统电压相位动态。而只响应电压幅值动态限制了风机能够提供给同步发电机的暂态功角稳定支撑。该文通过将系统频率/相位动态引入到风机限流控制中,使风机同时响应系统电压幅值和相位动态,进一步增强了风机对同步发电机的暂态功角稳定支撑,提高了系统的暂态功角稳定性。     

基于相轨迹MLE指标的暂态功角稳定在线辨识

为实现暂态功角稳定的快速预判,提出一种利用动态系统最大李雅普诺夫指数(MLE)对相平面中转速差—功角差轨迹特性进行分析的暂态功角稳定在线辨识方法。首先,介绍了MLE稳定判断原理及求取方式。其次,以单机系统为例,从物理机理上严格分析了不同场景下转速差—功角差相轨迹变化特性与暂态功角稳定之间的关系。进而,在利用递推最小二乘算法改进MLE求取方式的基础上,结合相轨迹特性自动优选参数,给出了无需传统方法中预先确定MLE符号观测窗口的暂态功角稳定判据,形成在线辨识方法。最终,利用双机等值思想将方法推广到多机系统。仿真算例验证了方法的正确性与有效性,方法对一摆、多摆稳定判断问题均有效,并对发电机分群结果有较强的容错能力。     

基于相位校正李雅普诺夫指数的电力系统暂态电压稳定评估

采用广域测量信息进行电力系统暂态电压稳定评估是实现电压稳定状态在线监测的有效手段,但实测电压时间序列数据的相位变化和测量误差,易造成暂态电压稳定评估结果的误判.为此,提出一种基于相位校正李雅普诺夫指数(PCMLE)的暂态电压稳定评估方法.首先,根据相空间重构理论及节点电压幅值变化率-偏差的变化规律,将暂态电压稳定评估问题转变为关键节点电压幅值变化率的最大李雅普诺夫指数轨迹分析问题;然后,在保留暂态电压动态过程的情况下利用相位矫正方法重构初始时间窗口数据,消除电压相位变化的影响,克服了MLE需预设初始时间窗口和观测窗口长度的缺陷,进一步通过滑动平均值法抑制测量误差的影响;最后,通过修改后IEEE 39和南方电网实际算例的仿真分析,验证了所提暂态电压稳定评估方法的准确性和有效性.     

基于支持向量机和长短期记忆网络的暂态功角稳定预测方法

为实现暂态功角稳定性及功角轨迹的预测,提出一种支持向量机(SVM)与长短期记忆(LSTM)网络相结合的预测方法。根据系统动态特性构造暂态特征变量,采用SVM训练暂态稳定性分类器,对暂态稳定进行初步评估;利用LSTM网络对分类器评估的失稳样本进行发电机功角轨迹预测,提前发现失稳机组,减少误判样本数。通过IEEE 10机39节点系统产生训练样本并对所提方法进行测试,结果验证了所提方法的快速性和精确性。     

基于深度学习的电力系统暂态功角与暂态电压稳定裕度一体化评估

随着面向高比例可再生能源新型电力系统的转型,系统运行特性日趋复杂。暂态功角稳定(transientangle stability,TAS)与暂态电压稳定(transientvoltagestability,TVS)问题相互耦合且频发,为系统安全稳定评估带来严峻挑战。研究首先采用变步长二分法通过调用PSASP从时间维度上构建了暂态电压与暂态功角的稳定边界。研究了不同故障位置、感应电动机占比、负荷率对稳定边界的影响并依托边界确定主导失稳模式。其次提出一种基于注意力机制与一维卷积神经网络融合的电力系统功角稳定及电压稳定裕度评估的新方法。该方法直接面向测量数据,将节点稳态与暂态运行的电压幅值、有功功率、无功功率数据作为输入特征,节省了数据处理时间。通过一维卷积神经网络构建输入特征与极限切除时间的映射,利用注意力机制进一步提高了模型预测效果。通过新英格兰IEEE39节点系统进行分析验证,结果表明该方法可以实现暂态安全裕度的快速评估且具有较高的预测精度。     

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.     

基于关联机组风险系数的发电机振荡模式辨识

针对发电机功角振荡,提出基于关联机组风险系数的机组振荡模式辨识方法。首先分析Prony算法提取发电机功角振荡模式的原理,介绍了能量级理论在机组功角振荡模式辨识中的运用,结合Prony算法所抽取的振荡幅值、阻尼比和衰减因子等参数,提出了机组振荡模式评估系数——参与因子;并给出了基于该系数的主振模式具体辨识方法。最后,在IEEE39节点系统计算结果表明:所提因子能够辨识扰动下的强关联发电机组及主导振荡模式,且通过振荡模式与振荡能量级关系分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于响应的支路暂态输电能力指数及紧急控制

源网荷结构深度调整,使交直流混联电网受扰动态行为愈趋复杂。电网稳定特性的深刻变化,对稳定态势监测与紧急控制技术提出新的要求。该文首先研究了机组功角摇摆过程中,网络中节点电压幅值与相位在时空上的分布规律,以及不同支路段功率传输的特征;基于网络受扰响应信息,构建一种可表征暂态功角稳定态势、评价互联电网稳定水平的定量指数——支路暂态输电能力(branchtransient transmissioncapability,BTTC)指数,其具备精准性、快速性、单调性和灵敏性等性能优点;基于BTTC指数,提出降低机群暂态功角失稳风险的紧急控制策略。针对实际交直流混联电网,仿真验证了BTTC指数刻画稳定态势及紧急控制策略降低失稳风险的有效性。     

基于响应轨迹最大李雅普诺夫指数动态特征的暂态稳定在线监测

基于非线性动态系统最大李雅普诺夫指数(LLE)稳定性判别理论,研究无需系统模型的电力系统暂态功角稳定性在线监测方法。提出一种改进LLE估算法,并利用该方法分析发电机相对功角响应轨迹LLE的典型动态特征及关键特性,在此基础上提出基于响应轨迹LLE动态特征的暂态稳定性监测方法。针对实际中不完备的相量测量单元(PMU)配置问题,提出基于临界机组对的暂态稳定性在线监测方案,以节省计算成本并加快稳定性监测。IEEE 10机39节点系统仿真结果验证了所提方案的有效性。     

基于系统同调性的PMU最优布点

从电力系统的同调性出发，优化相量测量单元(PMU)的布点，以最少数量的PMU反映系统在各种扰动下的主要动态行为。该方法利用扩展等面积准则(EEAC)稳定性理论中的主导模式概念，识别所有可能出现的暂态功角失稳模式，并据此将所有的发电机节点划分为不同的同调群。在每个群中选择一台发电机安装PMU，以捕捉关键的功角动态信息。同时，利用暂态电压稳定和暂态电压跌落可接受性的概念，识别所有可能出现暂态电压问题的相邻母线的子集。在每个子集中选择一条母线安装PMU，以捕捉关键的电压动态信息。根据该最小PMU集提供的动态信息，不但可以正确地定性判断系统的同步稳定性和电压稳定性，并可通过数据挖掘方法评估其稳定裕度。结合华东电网验证了该方法的有效性。     

基于受扰电压轨迹的电力系统暂态失稳判别（一）机理与方法

随着相量测量单元/广域测量系统技术的广泛应用,基于实际响应的安全稳定控制技术成为研究热点。文中首先分析了振荡中心电压与系统暂态稳定性的关系,进而提出一种基于受扰电压轨迹的暂态失稳实时判别方法。根据扰动后电压轨迹进行复合积分运算,由系统振荡中心的电压映射区域发电机群的相对运动信息,实时量化评估全网的暂态稳定性。与基于扰动后功角轨迹的判别技术不同,所提方法无需进行发电机快速分群,不需要计算系统惯量中心,可用于功角多摆稳定性评估,具备计算量小、容错性高的特点。     

风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究

风火打捆交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握风火打捆交直流外送系统的稳定特性及其机理。文章分析了不同风电比例和不同直流控制方式下系统的暂态功角稳定特性,探讨了风电、火电和直流系统间的交互作用,并基于扩展等面积(extended equal-area criterion,EEAC)理论分析了送受端机组惯量对系统功角暂态稳定性的影响机理。结果表明：在受端电网为无穷大系统的场景下,系统暂态功角稳定性随风电比例增加而改善;在送受端机组惯量可比场景下,存在最优风电与火电配置比例,使得系统暂态功角稳定性最好。     

基于广域测量系统响应时间序列的电力系统暂态稳定在线判别

基于实时获取的广域测量信息,提出一种利用功角响应时间序列最大Lyapunov指数指标(largestLyapunov exponent index,LLEI)与角速度偏差相结合的暂态功角稳定判别方法。基于无需系统模型的LLEI估算方法,建立LLEI与角速度偏差的数学关系,并利用相轨迹稳定性动态特征,提出一种基于LLEI与角速度偏差特征的暂态功角稳定判据。该判据无需寻找最优计算时间窗口且所需计算窗口很短,并能给出确切的稳定性判别时间,克服了传统LLEI分析方法的不足,能够准确、快速地判别暂态稳定性。为节省计算时间和计算成本,提出基于最严重受扰机组对的多机电力系统暂态稳定在线判别方案。通过IEEE 10机39节点系统算例,验证了所提方法的准确性及快速性。计算仅利用少量WAMS量测数据,算法简单快速、计算成本低,能够实现在线判别,具有良好的应用前景。     

基于关键支路sBTTC指数幅相相关性的主导稳定形态判别与多级主动控制

大扰动冲击下,功角与电压两者相互影响、交互作用,主导稳定形态存在难以判别的问题,进而制约有效控制策略的制定。该文首先针对机组–机组、机组–负荷系统,通过支路两端节点空间位置遍历,分析不同失稳形态下支路两端节点电压幅值乘积Um Un和相位差△θmn空间分布的差异特征;其次,基于可表征电网稳定态势的简化支路暂态输电能力(simplifiedbranchtransienttransmissioncapability,s BTTC)指数,定义指数与其电压因子和相位因子的相关系数CCsBTTC-U、CCsBTTC-θ以及系数比CCRUθ。在此基础上,提出主导稳定形态判别方法和多级稳定控制策略。面向实际交直流混联电网,仿真验证判别方法连续监测主导稳定形态演变的准确性,以及多级控制策略降低失稳风险和限制失稳影响范围的有效性。     

基于系统同调性的PMU最优布点

从电力系统的同调性出发，优化相量测量单元（PMU）的布点，以最少数量的PMU反映系统在各种扰动下的主要动态行为。该方法利用扩展等面积准则（EEAC）稳定性理论中的主导模式概念，识别所有可能出现的暂态功角失稳模式，并据此将所有的发电机节点划分为不同的同调群。在每个群中选择一台发电机安装PMU，以捕捉关键的功角动态信息。同时，利用暂态电压稳定和暂态电压跌落可接受性的概念，识别所有可能出现暂态电压问题的相邻母线的子集。在每个子集中选择一条母线安装PMU，以捕捉关键的电压动态信息。根据该最小PMU集提供的动态信息，不但可以正确地定性判断系统的同步稳定性和电压稳定性，并可通过数据挖掘方法评估其稳定裕度。结合华东电网验证了该方法的有效性。     

提高双馈风力发电机并网系统暂态稳定性的控制策略

提出了改善双馈感应发电机并网系统暂态稳定性的变频器控制策略。首先,分析了双馈感应发电系统的动态模型和控制原理。其次,在双馈感应发电机有功控制环节中引入暂态功角控制,利用风电机组转速的变化,短时吸收或者释放部分旋转动能,加速系统不平衡能量的衰减,减小系统中同步发电机功角波动;在无功控制环节中引入暂态电压控制,系统故障电压跌落后进行快速无功补偿,支持电网电压的恢复和重建;提出了能够同时改善电网暂态功角稳定和暂态电压稳定的控制策略。最后,在Dig SILENT/Power Factory中进行了仿真分析,仿真结果验证了提出控制策略的有效性及其对电网稳定性的贡献。     

含可控惯量发电系统的功角暂态稳定分析与惯性控制策略

具备虚拟惯性的变速风电机组可改善系统频率稳定性,但发电系统的功角暂态稳定也会因可控惯性的改变而发生显著改变。该文首先推导两端接入风电的互联两区域电网的数学模型,并分析在两区域电网中,风电机组的惯性调节对互联系统暂态能量的影响,以评估系统功角暂态稳定性。之后,为改善风电惯性控制对系统功角暂态稳定的不利影响,提出基于暂态能量的双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)变虚拟惯量控制策略,通过快速调节两端区域电网内风电机组的虚拟惯性,不仅可避免故障后快速的惯性响应导致功角失稳,还能够提高系统暂态稳定性。最后,建立高风电渗透率的两区域互联系统仿真模型,验证了所提出的控制策略的有效性。     

一种基于转速差-功角差变化趋势的暂态功角稳定辨识方法

为实现基于响应的电网暂态稳定实时分析,提出一种基于相平面上转速差-功角差变化趋势辨识电网暂态功角稳定性的方法。以单机无穷大系统为例研究并证明了转速差-功角差变化趋势与暂态功角稳定的关系,从而揭示了机械动能与电势能相互转化时系统维持同步运行的表现形式。针对多机系统,利用双机等值思想进行推广应用。为克服虚拟的等效惯量中心计算得到的运动轨迹一阶导数并不平滑的缺点,采用最小二乘法将其拟合成二次函数抛物线形式,判断其变化趋势,从而识别系统暂态稳定性。通过单机无穷大系统和新英格兰10机39节点系统算例,验证了所提方法的准确性。计算仅使用发电机的功角和转速量,方便、简洁、快速,具有良好的应用前景。     

双馈风电机组对并网电力系统暂态稳定性的影响模式分析

分析了双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的励磁特性和暂态响应特性,指出由电磁暂态特征主导的DFIG暂态响应过程快速灵活,不具备类似于传统同步发电机组的功角特性,使其与系统内的同步发电机组间无法构成互同步机制,揭示了DFIG与同步发电机在暂态行为上的本质区别。基于此提出了DFIG以类似于非线性功率源功率的方式参与影响系统暂态稳定性的基本模式,其有功功率和无功功率的暂态特性成为其参与影响系统暂态功角稳定性和暂态电压稳定性的基本方式。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了上述理论分析的正确性,指出DFIG将改变同步发电机组的暂态有功功率输出并导致系统惯性的缺失,从而影响系统内同步发电机组的功角稳定和振荡模式;另一方面,DFIG的暂态无功功率补偿能力决定了其对系统暂态电压稳定性的影响,同时通过改变同步发电机组的暂态有功功率响应来进一步影响系统暂态功角稳定性。