复杂电力系统的接口概念与结构化模型

针对电力系统这样一个特殊网络结构的复杂非线性大系统，首先从分析元件与电网之间的接口关系着手，给出了基于接口概念的元件分类方法，并定义了可灵活描述元件与电网之间接口关系的接口变量。接着建立了由动态微分方程与接口代数方程组成的结构化模型。该结构化模型可完整描述元件的复杂非线性特征，具有微分-代数子系统的形式，可统一描述电力系统中的各类元件，同时其变量和方程个数可规范化确定。最后介绍了基于结构化模型设计元件非线性分散控制器的基本思路。     

复杂电力系统的元件结构化模型分析与应用

通过元件结构化模型中接口方程的分解、接口变量的分解以及接口变量的内在约束关系分析，给出了复杂电力大系统中元件结构化模型的多种表达形式，模型分析结果及多种表达形式的给出有助于深刻揭示电力系统元件的各种特征，同时也可方便元件结构化模型的灵活使用；总结了元件结构化模型建立的一般步骤，并通过给出电力系统中一些典型元件(包括同步发电机组、HVDC系统、TCSC和UPFC)的结构化模型说明了元件结构化模型的普遍适用性。     

基于结构化模型的电力系统元件非线性分散控制方法

和传统基于各种简化模型的研究不同,直接基于非线性微分-代数(differential-algebraic equation,DAE)子系统模型(即元件结构化模型)研究元件的非线性分散控制问题。首先分析元件结构化模型的特殊性,包括其指数1性质和关联可测性质。接着利用此特殊性,将非线性DAE子系统的控制问题转化为一类关联可测的非线性常微分方程(ordinary differential equation,ODE)子系统的控制问题。这样,传统的、适合于非线性ODE系统的控制方法就可在进行适当改进和拓展后用于元件非线性DAE子系统的控制器设计。此外,还讨论具体设计时需关注的若干问题,包括接口变量的选择与分解,输出方程与被控量的选择及反馈变量的选择。最后,归纳了设计控制器的具体步骤。     

电力系统恢复的主从递阶决策模型及其优化算法

引入主从递阶决策概念，建立了一种适合于大面积停电后分布式恢复的主从递阶决策模型。该模型包括主从递阶恢复决策结构和基于承诺与约定的主从递阶决策模型。通过自下而上的可行性检验与自上而下的目标优化，限制问题的求解规模，避免了对大规模系统直接求解的困难。针对主从递阶决策问题的优化求解，提出基于回溯算法的优化方法。山东电网的仿真结果表明，该方法充分考虑了电力系统分层递阶调度的特点，能满足大规模电力系统大面积停电后分层分区恢复协调调度决策的要求。     

基于结构保留LDAE的SSO模型及其广义特征根分析

提出一种采用结构保留的线性化微分代数方程(LDAE)模型进行电力系统次同步振荡小扰动特征根分析的方法。该模型直接由电力系统各元件的LDAE模型出发,根据网络的拓扑结构将元件模型快速组合成模块化的全系统模型。保留所有代数变量和系统结构,推导基于该LDAE模型的广义特征根和特征向量计算公式,进而进行特征根灵敏度分析。由于采用模块化建模而且不需要消去元件的代数变量,有利于将LDAE建模方法进一步推广用于柔性交直流联合电力系统的次同步振荡(SSO)建模和分析。通过对IEEE关于SSO的第1标准模型和双机无穷大母线系统的计算机仿真分析,证实了所建立模型和相应分析方法的正确性和有效性。     

应用设计模式开发小干扰稳定性分析软件包

该文从软件工程的角度介绍了可用于大型互联电力系统的小干扰稳定分析软件包的开发思想，由于基于QR算法的小干扰稳定分析软件对计算规模的限制，开发新的适合大规模电力系统的，可详细建模和变换不同特征根算法的软件包是电力系统计算软件发展的必然。基于面向对象－设计模式的概念对本质结构进行分析，找到软件系统中的凝聚点－热点与设计模式中的模板－挂钩的对应性，从而在软件编制中顺利地应用了设计模式的通用原则，使所开发的软件包可随意变换多种不同的算法，其适应性较好。此外，从改进元件联结法（CCM）所建立的电力系统小干扰对象模型中抽象得到“多类型对象连接图”的设计模式，并进行了定义。使用该定义便于对不同详细程序的模型进行调用，而且分层递阶关系清楚。     

计及频率变化的感应电动机实用模型

频率是电力系统运行中的重要参数,电力系统仿真计算中必须考虑电力设备的频率特性。为此在电动机物理Park模型的基础上,重新定义电动机模型的实用变量,提出了考虑频率变化的电动机新定义3阶实用模型。传统定义3阶实用模型在实际应用中往往忽略了频率的导数项,由此给系统仿真带来了误差;而在新定义3阶实用模型中,实用变量的定义均不包含频率,电动势为磁链的线性关系,在电动势求导过程中不会出现频率的导数项。与传统定义3阶实用模型相比,该新定义3阶实用模型能够在不增加模型阶数的前提下准确考虑频率的影响。通过仿真算例验证了新定义3阶实用模型的准确性和有效性。     

基于设备模型辨识的新能源电力系统共模频率特征量化

实际电力系统存在部分设备模型不准确与“黑箱化”的问题,使得现有频率特征量化研究的应用场景受限。为此,提出一种利用测量数据辨识设备模型并将其简化为统一结构模型以量化最低点等系统频率特征的方法。采用输出误差模型描述待辨识设备,基于测量所得设备并网接口功率、频率数据,结合辅助变量法以及高斯-牛顿法估计模型参数。进一步地,结合系统实际工况将已辨识得到的发电设备模型简化为微分-比例-一阶滞后3个环节组成的统一结构以简化频率响应分析,进而量化频率平均变化率及频率最低点等频率特征。最后,通过仿真验证了基于设备模型辨识的新能源电力系统共模频率特征量化方法的有效性。     

电力系统继电保护数据交换标准的探讨

在继电保护日常工作中，不同区域的继电保护部门之间，继电保护部门与电力系统其他部门之间经常需要进行数据交换，但是，目前大多数继电保护部门工作中采用的电力系统数据结构带有很强的地域性和专用性，缺乏统一的规范，使得数据交换无法顺利进行，为了提高继电保护工作的效率，保证继电保护工作全面微机化的顺利实施，首先必须建立电力系统继电保护数据交换的标准结构，文中从数据的结构化，规范化和标准化着手，分析了电力系统中的元件特性，采用了面向对象的方法，建立了电力系统继电保护数据交换的标准，充分反映了真实的物理世界，该标准包含了继电保护常见交换数据的层次关系和标准结构，如系统参数结构，元件参数结构，保护参数结构等。以该标准进行数据交换，可以顺利完成电力系统之间的数据交换，有利于实现继电保护日常工作的规范化和电力系统的全面信息化。     

含控制器在内电力系统元件的完整结构化模型及其简化(Ⅰ):建模方法与同步发电机建模应用

现代电力系统中的各元件,如发电机与高压直流输电、柔性交流输电等电力电子装置,均安装有控制器,当进行区域控制或进行区域级仿真或分析时,需要含各元件控制器的完整区域模型。但完整区域模型非常复杂,因而迫切需要能对其合理简化,既能准确描述整个区域的主要动态特性,又能大大降低微分方程的阶数,降低模型的复杂性与非线性特性。而区域级模型简化的核心和重点又在于元件级模型的简化。该系列文章建立含控制器的元件完整结构化模型(微分–代数方程形式),并给出其简化方法。不同于传统的线性化等效或主导极点简化,提出的简化方法,在保证微分–代数系统性质、保留隐动态的前提下,大大降低微分方程阶数与复杂性,为实时控制提供合适的区域级(机电暂态)模型。该文给出元件完整与简化结构化模型的一般形式与规范化构造方法,建立含各种控制器(包括传统的解析与神经网络等非解析控制器)在内的同步发电机的完整结构化模型并做模型简化,简化模型与完整模型的仿真试验对比验证了简化方法的有效性。     

多级控制中心全局电网潮流计算及闭环控制仿真系统

为了模拟电网互联一体,但调度控制分层分区进行的特点,研发多级控制中心协同的全局电网潮流计算及闭环控制仿真系统。介绍其关键技术实现,包括定关口的模型拼接、定关口模型拆分、连续数据断面拟合、多用户任务调度和并行处理以及模拟子站控制等。通过与实时系统以及与调度员培训仿真系统的对比说明该系统特点。以南方电网为应用对象,搭建网省地一体化全局潮流计算及闭环控制仿真系统,为验证多级控制中心协调控制策略提供仿真基础。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

基于信息熵计算模型的电力信息物理系统融合控制方法

针对电力信息物理系统中控制策略、网络和物理过程紧密耦合、互相影响的问题,现有计及运行不确定量的控制策略难以实现对信息传递和物理流动过程的统筹考量,且缺乏对离散信息子系统与连续属性的电力物理子系统的耦合统一建模控制.因此,对电力多维信息不确定性采取统一建模,给出传输时滞、丢包和误码的统一信息熵数学表述,进而将信息不确定集结项引入系统变结构滑模控制中,并采用积分结构的切换函数使系统稳定性参数趋近滑模面,从而提出了适用于高信息不确定性系统的变结构滑模控制器.通过多区域互联电力系统的负荷频率控制仿真实验验证了所提方法的控制性能.实验表明,对比现有的计及时滞负荷频率控制器,所提方法可以在大尺度信息不确定和多种负荷扰动叠加情况下,对功率波动所引起的频率偏差进行有效跟踪,并具有良好的系统动态性能和控制强鲁棒性.     

基于分层马尔可夫的可修复稳定控制系统可靠性分析

目前稳定控制系统（简称稳控系统）的可靠性建模分析尚属空白。为健全和完善稳控系统的设计、架构和运维,建立稳控系统的可靠性分析模型十分必要。通过功能结构分析,稳控系统具备多串联系统冗余配置和多系统表决的结构特点。稳控系统结构复杂、装置数目多,因此马尔可夫建模方法状态空间数量较大,无法直接建模计算求解。结合稳控系统结构特点,通过分层马尔可夫的概率映射方法,大大降低了状态空间数量和计算量,实现了稳控系统可靠性的分析计算。根据稳控系统的可靠性建模计算方法,对某典型稳控系统建立了详细的状态模型,该模型考虑了稳控系统装置的自检、检修、隐形故障和冗余配置等因素。根据稳控系统的可靠性分析,设备检修安排不合理可能降低系统可靠性,突破了检修提高系统可靠性的认知。     

基于CIM/SVG和面向对象的配电单线图自动生成

研究了基于公共信息模型（CIM）数据和可伸缩矢量图形（SVG）格式的配电单线图的自动构图。首先提出了符合常规配电单线图布置原则的分级支线配电数据模型和基于CIM的馈电线路分支化方法;提出了具备自动构图要素的干线图元对象和支线图元对象,构成递推的图形描述模型,通过最低级支线逐级向上进行图形参数识别,并生成其SVG子图形（叶子）,并逐级组装最后生成整条馈线的SVG;逐级形成的图形独占空间,在原理上根本避免了交叉和重叠。根据数据模型自动生成电网单线图,并对图元自动增加其控制属性,提高了电网自动化的自动工程配置能力。所提出的算法已通过浙江省某县市的验证。     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

基于图划分的大电网拓扑分析

为支撑大电网在线实时监控和分析,提出了一种基于图划分的大电网拓扑分析方法。该方法首先根据智能电网调度控制系统电网建模特点,给出了基于图论的电网层次结构、拓扑结构、厂站母线分析和系统网络分析模型。然后基于图划分建立了并行网络拓扑和局部拓扑修正的数学模型,并根据该模型设计了大电网并行网络拓扑的实现方法。最后基于共享内存编程模型在智能电网调度控制系统中研发了快速网络拓扑分析服务功能。所提出的模型和方法实现了大电网并行网络拓扑分析的无锁计算,避免了多线程数据竞争导致的阻塞耗时问题。对实际系统进行仿真测试,结果表明了该方法的准确性、实时性和有效性。     

互联系统长期动态仿真的结构保留建模

为了研究互联电力系统在级联事件下的频率和电压长期动态特性及其控制,提出了一种网络结构保留的多区域互联系统长期动态仿真模型和算法.与动态潮流计算相似,模型假定系统已渡过初始的暂态稳定阶段且有足够阻尼,从而忽略同一控制区域的机组间相对摇摆,即假定每个控制区域具有统一的频率动态,即区域内惯量中心动态,以便仿真几分钟及更长时间的长期动态.IEEE 30节点3区域系统的仿真结果表明了文中建议的仿真模型的可行性和计算方法的有效性;与详细机电暂态仿真软件仿真结果的比较表明,"区域统一频率动态"假定引起的系统长期动态仿真误差在工程上可以接受.从而为进一步开展级联事件下的频率和电压长期动态的稳定控制和协调提供了仿真工具.     

关于电力系统稳定控制方式的探讨

电力系统安全性与经济性之间的矛盾随着电力系统的发展而不断加剧。系统互联从一定程度上缓和了这一矛盾,然而大电网中由于故障引起连锁反应,而导致大面积停电的可能性也大大增加了。实践表明采用紧急控制则是经济、灵活和有效的。文中介绍了稳定控制装置的控制原理、结构组成和可采取的控制模式,提出了一种“集中管理,分区控制”的现代稳定控制模式。     

集成门极换向晶闸管开关特性

新型开关器件集成门极换向晶闸管(IGCT)由于其优越的性能在中高压大功率多电平变流器系统中逐渐得到广泛应用.在电力电子仿真软件PSIM中实现的一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型的基础上,建立了IGCT单管实验的仿真模型,分析了IGCT开关特性,特别是该电路中各种杂散参数和缓冲吸收电路中各元件参数对IGCT关断过程的影响,为实际的基于IGCT器件的大功率多电平变流器系统的结构设计和控制提供了重要的理论根据和指导.