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。     

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。     

电力大系统实用动态安全域

通过对一个实际电力大系统的研究表明,在一些重要的预想事故下,保证暂态功角稳定性的实用动态安全域(PDSR)边界,可在注入功率空间上由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超平面围成。实用动态安全域边界超平面是针对实际电力大系统,利用数值仿真法搜索大量的临界点,并通过最小二乘法拟合得到的,因而它表征了真实系统的安全稳定特性,其误差可以满足工程应用的要求。同时对于复杂电力大系统可以利用关键节点来降维表示,其实用动态安全域易于表达、使用和可视化。在线应用时不仅可以确定在给定的注入下发生相应的事故后,系统是否可以保证暂态稳定,而且可以通过解析计算或观察得出注入功率空间各个方向上的稳定裕度,为电力系统暂态稳定性监控和电力市场提供有效信息。     

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。     

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.     

确定电力系统实用动态安全域的截距法

利用几何学知识推导出了确定电力系统实用动态安全域(PDSR)临界超平面的截距法。该方法首先根据决策空间中PDSR的二维断面上临界线与决策变量上、下限的截距计算出所有超平面系数之间的比例关系,然后利用这些比例关系和一个由数值仿真法搜索出的临界稳定点确定临界超平面。对新英格兰系统的测试结果表明了该方法的有效性和快速性。此外,文中还分析了该方法的联想功能,利用该功能可以由一个已知故障下的PDSR临界超平面计算出另一个故障下的PDSR临界超平面。     

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。     

基于机组同调性的电力系统动态安全域改进解析法

大量仿真结果表明实用解析法求得的动态安全域(DSR)边界超平面系数的误差与机组同调性间有强相关性,据此提出基于机组同调性求解DSR的改进解析法.在实用解析法基础上将系统节点分为临界机组、剩余机组和负荷节点群,仅计算几个临界注入点,就可估算各组节点DSR边界超平面系数的修正量.IEEE 10机39节点系统和118节点系统的仿真结果最大误差分别小于4%和0.7%,计算时间分别为拟合法的7.5%和1.3%,表明所提方法速度快、误差小且合理可行.     

割集功率空间上静态电压稳定域的实用边界

提出了电力系统在割集功率空间上静态电压稳定域边界的实用表达方法。用临界割集将系统分为地理上互不连通的两部分，即相对集中的弱节点区域和非弱节点区域，利用连续潮流，搜索大量的电压稳定临界点，以临界割集上线路的有功和无功潮流为坐标，并通过最小二乘法，将获得的临界点以超平面的形式拟合出电压稳定域的边界，其误差可满足工程应用的要求。这种方法既达到了使复杂电力系统降维的目的，又方便了运行人员监视系统稳定性。同时,电压稳定域边界以超平面形式表示，为电力系统的在线安全分析、评估和优化提供了简明、方便的解析工具。该方法在IEEE 14节点、IEEE 39节点、IEEE 118节点等系统和EPRI 1000节点系统的算例中得到了很好的验证，均以较小误差满足工程需要。     

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.     

电力系统实用动态安全域及其搜索方法的改进

电力系统动态安全域（DSR）可为电力系统提供更为丰富的安全信息．实现电力系统的在线安全性评估与优化。经过大量的仿真实验发现,应用现有的搜索动态安全域临界超平面方法所得到的结果与理论分析得到的结果存在着很多差异。为此,分析了某些情况下应用现有实用动态安全域搜索程序昕得结果存在偏差的原因,给出其理论上的解释。并通过增加非独立节点（一般选取平衡节点作为非独立节点）约束条件和改进相应的搜索方法解决了出现的偏差问题。完善了实用动态安全域（PDSR）的方法。并在CEPRI-36节点交直流混合系统和太平洋联络线交直流并联输电系统算例上进行了验证,得到了满意的结果。改进后的实用动态安全域及其搜索方法使动态安全域超平面的搜索更加精确,对实际系统更具有指导意义。     

基于实用动态安全域的输电系统概率动态安全评估

提出一种基于实用动态安全域的输电系统概率动态安全评估模型。该模型计及了负荷和发电节点注入功率的不确定性、预想事故的不确定性、事故发生地点、故障切除时间及负荷中感应电动机负荷比例的不确定性。安全域的数学描述使注入功率不确定性和电动机负荷比例不确定性的计及变得简便。概率安全性评估的结果能够指导运行人员进行预防控制。以New England 10机39节点系统为例验证了所提出的数学模型，并用Monte-Carlo方法加以检验。     

静态安全域约束的多区域大规模新能源接纳能力研究与应用

随着中国风电、太阳能等新能源并网容量的迅速发展,大规模新能源接纳受到关注。提出一种多区域大规模新能源接纳能力评估方法,将电力系统静态安全域（steady-state security region,SSSR）定义在新能源多区域功率注入空间上,根据大规模新能源场站接入的地域性与资源特性,对每个区域定义一组新能源功率增长方向,在一维空间建立新能源接纳能力最优化数学模型,经最优潮流遍历不同区域组合而成的全系统新能源功率增长方向来搜索SSSR临界点,通过这些临界点构建超平面,以近似新能源多区域功率注入空间的SSSR边界,从而在多维空间评估多区域大规模新能源接纳能力。通过对某省级1975节点实际电网进行计算,结果表明：提出的多区域大规模新能源接纳能力的计算方法是实用有效的。