基于复杂网络的电网连锁故障模型研究综述

电网连锁故障建模可以有效地分析复杂电网连锁故障的动力学行为及故障传播机理。文中从复杂网络理论角度总结了现有的电网连锁故障模型,以及近年来的研究发展状况,详细介绍了相隔中心性模型、Motter-Lai模型、有效性能模型、加权网络模型、时变模型等模型的建立过程及其在电网连锁故障机理研究中的应用。最后,在讨论了这些模型局限性的基础上,提出了复杂网络理论在智能电网建模研究中应用的发展方向。     

基于实际交直流互联大电网的机电扰动传播

以我国南方电网系统为蓝本,研究机电扰动在实际大电网中的传播特性。分析电力系统频率时空分布特性,给出扰动传播速度的估算方法;利用PSD-BPA机电暂态仿真程序模拟系统中不同位置发生切机故障时的频率响应特性,估算出扰动传播到各观测点的时间和速度,对比分析得出扰动在实际大电网中的传播特性;针对纯直流连接的异步互联电网,仿真研究送受端电网的频率响应特性以及受端电网扰动对送端电网的影响,并讨论直流系统传播扰动的机制。最后对本文工作得出的结论进行总结,为今后基于机电波理论研究互联大电网广域稳定控制提供参考。     

电网中强迫共振型低频振荡源的自动确定方法

针对广域测量系统采集的有效值数据难以准确反映电网动态特征的缺陷,提出了一种新型采集数据方式。根据低频振荡扰动行波在电网中传播的特点,利用多点测量数据波形相关函数来确定低频振荡扰动源位置,具体作法是:位于电网中不同地点的测量单元将测得的每周期内电压最大值及其对应时刻的数据发送到电网监控中心;在监控中心利用Hermite函数提取各测点的低频振荡扰动变量,利用定义的顺序相关函数提取低频振荡扰动行波通过各相邻测点间的时差和先后次序;利用各测点间已知的线路长度计算扰动行波波速并确定低频振荡扰动源的位置。通过一个7机无穷大系统模型的仿真分析,验证了该方法的正确性。理论分析和仿真结果表明:该方法能够快速确定电网中低频扰动源的位置;而且所需的采样测量单元数量少,能够节省投资。     

基于电网-交通网耦合的充电站故障传播分析框架

近年来,随着电动汽车数量的增加,电网和交通网的联系也更加紧密。2018年深圳市充电站故障引起电动出租车大面积停运堵塞交通事件表明：电网的扰动可能经充电站和电动汽车的耦合而波及到交通网,导致交互传播的连锁故障。因此,需要在考虑电网-交通网两网耦合的基础上,研究充电站故障扰动在两网间的交互传播。在上述背景下,文章提出了一种基于电网-交通网耦合的充电站故障扰动传播分析框架;首先,分析电网和交通网之间的耦合关系,基于多层网络理论建立了电网-交通网耦合网络模型;通过出行链模拟电动汽车的行驶轨迹,建立了电动汽车出行和充电模型;然后,在耦合网络的基础上,考虑充电站故障扰动对电动汽车出行的影响,提出了一种基于多层网络级联失效的扰动分析方法;最后,通过仿真算例分析充电站故障扰动在交通网的时空传播特性。仿真结果表明,文章提出的基于电网-交通网耦合的充电站故障扰动传播分析框架能够准确描述电网扰动对交通网的影响,并且可以定量分析不同路段的交通状态时空演化特征,为交通管理者制定决策提供科学依据。     

计及发电机内电抗的链式电力系统机电扰动传播研究

机电扰动在系统中传播可能危害电力系统安全。基于计及发电机内电抗的一维链式电力系统连续体模型,研究了机电扰动传播机理。给出描述一维链式电力系统连续体模型的色散波动方程;在此基础上,利用拉普拉斯变换和留数法求得系统受阶跃功率扰动后母线电压相角增量及有功功率增量的解析解,仿真证明该解析解的正确性;在典型参数下,分析了母线电压相角增量解析解中每一项对扰动传播的影响。该解析解能够描述扰动后功率变化的整个过程,从而进一步揭示了机电扰动在电网中的传播机制。     

基于分段均匀介质模型的非均匀链式电网扰动传播机理

揭示扰动传播机理对于提高互联大电网安全水平具有重要作用。机电波理论尝试借助波动力学研究电网机电暂态过程,为研究电网扰动传播开辟了新思路。针对非均匀链式电网的扰动传播问题,提出一种分段均匀介质建模方法。在分析电网与机械波传播介质相似形性的基础上,提出发电机惯量作用域用以确定空间集中式发电机参数的均匀化范围。进一步,导出基于分段均匀介质模型的机电波方程及其解析解,并利用状态传递矩阵证明分段均匀介质模型与电网实际模型的等价性。最后,通过幅值传递矩阵获得解析解系数与分段介质参数的关系。仿真结果验证了所提模型及算法的正确性。     

基于波动传递函数的电网扰动传播频率特性分析

从机电波的角度,研究不同频率的扰动在一维链式电网中的传播特性。借鉴连续体模型中偏微分形式机电波方程的推导思路,建立了离散惯量模型差分形式的机电波传播方程;提出了波动传递函数的概念,以定量刻画机电波波幅、相位在离散惯量模型中的变化规律;进一步通过分析不同频率扰动信号的传播特性,提出了扰动传播转折频率的概念,揭示了扰动传播中的频散效应和局部振荡现象及其与转折频率的关系。50机链式电网中的仿真结果验证了所提出的扰动传播特性及规律的可靠性。     

复杂电网连锁故障模型评述

在复杂电网中,由微小扰动触发的电力系统连锁故障会导致电网大面积崩溃的灾难性后果,对连锁故障的理论建模是研究复杂网络连锁故障的基础和关键.文章在探讨电网连锁故障机理的基础上,分别从电力系统角度和复杂网络理论角度介绍和评述了已有电网连锁故障模型,分析了预防和控制连锁故障的几种可行方法,指出在进行连锁故障的预防分析时,对网络脆弱性的分析与评估是关键,而对故障传播的控制,多智能体系统可能是一条有效途径;并指出了今后值得注意的几个研究方向.     

大规模电网中低频振荡扰动源的定位方法

由于中国电网规模庞大,低频振荡现象时有发生,如何快速确定低频振荡扰动源并及时将其切除,对保障电网的安全稳定运行意义重大。当电网中发生低频振荡时,根据传播到电网中不同位置的特殊形状扰动行波具有的相似性特点,提出一种比较多点测量数据波形相似度以确定低频振荡扰动源位置的定位方法,针对在电网中不同地点一段时间内同时采样的电压数据,利用希尔波特(Hilbert)变换提取各采样点的电压扰动变量并将其传送至监控单元,在监控单元利用定义的顺序相似度函数提取扰动行波通过各相邻采样点间的时差和先后次序,利用各采样点间已知的线路长度计算波速并确定低频振荡扰动源的位置。通过一个7机无穷大系统模型的仿真分析,验证该方法的正确性和准确性。理论分析和仿真结果表明:该方法能够快速确定电网中低频扰动源的位置;而且所需的采样测量单元数量少,能够节省大量投资。     

基于广域测量系统的电网扰动在线监视和评估

合理的运行方式和及时有效的事故处理是提升电网安全的重要保障。文中从改进电网运行方式、提高调度实时监控能力出发,提出了基于广域测量系统(WAMS)的电网扰动监视、分析、评估、存储和离线研究的整体框架,并就相量测量单元(PMU)数据在电网扰动监视中的应用进行了比较分析。电网扰动时,不仅需要对扰动事件自身的性质进行分析,还需要对扰动后电网运行方式的变化、电网潮流和安全裕度的变化进行分析,并对扰动过程中机组调频等二次设备的动作响应行为进行评价,以期改进电网运行方式。对电网扰动过程信息进行集中式存储管理,则有助于方式离线研究和事故反演。     

基于电网框架结构模型的机电波到达时间预测算法

机电波理论为研究电网扰动影响与控制提供了新的思路,如果能预知机电波到达本地的时间,进而提前采取针对性措施,将有效减轻扰动对电网的冲击,提高电网安全水平。利用电网框架结构模型中转动惯量沿线路分布的特征,将机电波传播速度的空间非均匀性刻画为不同输电线路上的波速。在此基础上,利用电网框架结构模型中机电波波速分段恒定的特点,构建了框架结构模型对应的无向赋权图和以各段线路中机电波传播时间为权值的邻接矩阵。进而提出基于Dijkstra算法的机电波最快传播路径搜索算法。另外,进一步分析了反射现象对采用功角门槛值进行机电波到达时间实测结果的影响。通过与PSD-BPA仿真结果对比,验证了所提算法的正确性。     

基于时间差定位法的电力系统扰动源定位

在大规模互联电网中系统频率动态具有时空分布特性,且传播速度远低于光速。借助电网频率动态的传播特性及不同节点处频率响应的时间差对电网的扰动源进行定位,首先利用Floyd算法计算各节点之间的最短传播路径,根据传播路径的物理参数确定传播速度,然后借助时间差定位法（TDOA）对电网的扰动源进行定位,最后将所提方法应用于3机9节点系统和某实际电网,分析结果表明该方法能够有效地对电网的扰动源进行定位。     

电机驱动的车式移动机器人数据驱动控制

针对野外复杂环境下车式机器人常受动力学扰动影响,仅从运动学角度难以实现高性能机器人编队及轨迹跟踪控制的问题,提出一种数据驱动的动力学内环电机控制设计方法。将电机及减速机构看作整体,采用输入输出数据实时辨识动力学模型参数,对动力学内环进行特征建模,针对数据驱动的二阶离散动力学系统模型,设计离散滑模控制器并进行稳定性分析。在微软公司基于物理引擎的机器人仿真平台Microsoft Robotics Developer Studio 4 (MRDS4)进行仿真对比,并将仿真数据导入MATLAB进行分析,通过仿真验证所设计控制方法的整体有效性,在扰动力矩影响较大的野外复杂环境中仍能使机器人保持较快的动态响应速度,在编队中快速响应队形的切换跟踪。     

暂态稳定计算中双馈型风电机组模型与参数的实证分析

风力发电机模型与参数的准确性在研究风力发电对电网的影响时是至关重要的。为研究在系统发生大扰动时风力发电机的动态行为并获得反映实际情况的风电机组模型参数,华北电网公司在张家口地区进行了风电场35 kV母线三相短路试验。文章基于风电场短路试验数据对PSASP仿真平台的双馈风力发电机模型与参数进行了实证分析。首先提出了风机关键参数并对其进行了灵敏度分析,然后根据现场试验数据对相关参数进行了修正,使仿真曲线更加逼近实测曲线,提高了变速风电机组仿真模型的准确度。     

基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫振荡,通过切除扰动原则可以使振荡迅速衰减。为了能够找到扰动源的具体位置,使振荡快速平息,对共振稳态时线性化系统能量转换特性进行了分析,结合实际电网扰动源自动定位存在的一些问题,对能量函数法进行了改进,提出了利用耗散功率进行扰动源识别的新方法。基于该方法,对4机2区系统、某实际大电网仿真模型以及广域测量系统(wide area measure system,WAMS)实测数据进行了仿真分析,结果表明利用耗散功率能够快速准确地确定强迫功率振荡扰动源的位置,说明了利用耗散功率进行扰动源识别方法的可行性以及对实际电网的适用性。     

基于异质元胞自动机的电网停电机理仿真模型

为研究互联电网大停电的机理,提出了异质元胞自动机模型并将其用于模拟互联电网。首先,定义了元胞、同质邻居元胞、异质邻居元胞、元胞自动机模型、元胞自动机状态及故障传递规则;其次,将区域电网用元胞自动机进行模拟,并考虑不同区域电网之间的相互影响,建立了异质元胞自动机模型;随后,在电网受到大扰动和小扰动的情况下,利用异质元胞自动机模型对分区后的IEEE 118节点系统进行停电事故仿真,仿真结果表明各区域电网和整体电网大停电事故的标度-频度满足幂律分布,验证了此模型的可行性;最后,将异质元胞自动机模型与元胞自动机模型进行对比,并结合电网实际数据,结果表明此模型能更好地模拟互联电网大停电事故。     

两种扰动源引起电压暂降的快速检测及特征分析

电压暂降在电网中具有一定的传播性,无论从电网还是用户都迫切需要对电压暂降进行研究和治理。作为解决电压暂降问题的前提,需先对其检测方法进行研究。分析了感应电动机启动和变压器激磁两种扰动情况引起电压暂降的原因,在此基础上采用了基于S变换的短时电能质量扰动检测方法,从S变换的结果中提取出所需数据,并以此来对上述两种扰动情况的暂降深度、相位跳变、持续时间和谐波含量进行分析。仿真结果表明,该方法很好地实现了对电压暂降各特征量的检测;在对暂降录波波形数据进行后续离线分析应用方面具有较高的实用价值。     

实时动态监测系统在东北电网负荷建模中的作用

东北–华北联网后的计算分析表明,选择不同的发电机和负荷模型对稳定计算结果的影响较大,东北电网负荷模型的建模或校核需要以大扰动试验数据为依据,分析了实时动态监测系统(wide area measurement system,WAMS)在东北电网基于大扰动事件的负荷建模过程中的作用,WAMS是大扰动试验风险可观测、试验出现异常情况可控制的基本保障,为基于大扰动事件负荷建模研究提供了电网动态测试数据,其实测的相量数据同时也是建立仿真计算运行方式的重要数据源。运行经验表明,开展东北电网负荷建模的可持续研究需要基于WAMS的扰动数据收集、处理和分析制度的保障。     

基于大数据深化分析的电能质量扰动辨识方法研究

随着海量充电桩、分布式能源和新型储能设备等新型设备接入电网,导致电能质量问题日益突出。该文以随机矩阵理论为基础,提出基于大数据深化分析的电能质量扰动辨识方法,实现电能质量异常扰动的高精度辨识及挖掘。利用高维随机矩阵对电能质量状态进行表征;通过计算随机矩阵的谱半径来映射电网电能质量的数据变化状态,以实现电能质量扰动的自动辨识;以仿真的电网运行数据为对象进行实例分析,验证了所提方法的有效性。     

考虑主蒸汽压力模型的1000MW级汽轮机组一次调频特性研究

对某1 000MW级汽轮机组调节系统实测数据进行分析,指出汽轮机经典模型的不足;提出通过增加主蒸汽压力对经典模型加以改进,改进模型的仿真结果与实测数据相符,证明了模型的可靠性;通过假定机组处于孤立电网中而模拟电网负荷降低以及电厂减负荷时整个孤网的动态特性,获得扰动曲线,为进一步研究汽轮机组调节特性提供了理论基础。