基于广域发电机状态信息的电力系统暂态不稳定性实时预测

基于两机群等值方法,将相平面轨迹几何特征判据推广应用于多机系统暂态不稳定性实时预测.为实现该不稳定性预测方案在可靠性和快速性的折衷,着重研究了失稳模式实时筛选和基于预测轨迹的不稳定性判别2项关键性技术.失稳模式实时筛选技术利用角度间隙作为指标选择主导模式搜索方向,并采用不稳定性条件作为搜索终止判据,从而使得搜索中所得主导模式随着轨迹发展逐渐逼近真实失稳模式;基于预测轨迹的不稳定性判别技术将只在参数时变性恶化系统稳定性时进行等值轨迹的预测,并基于该预测轨迹的几何特征判断系统是否稳定.IEEE 145节点系统和某实际电网系统的仿真计算验证了所提预测方案的有效性.     

一种多频振荡场景下的失稳模式划分方法

将多机系统在大扰动下的运动划分为机群间的相对运动和机群内各机组间的相对运动,据此将全系统的暂态能量分解为群间暂态能量和群内暂态能量。通过分析原系统群间暂态能量的变化规律并根据能量壁垒准则得到原系统的失稳时间tm;通过分析子系统群间暂态能量的变化规律得到子系统的临界解列时间tn;通过比较tm和tn与故障清除时间tc之间的关系将多频场景下的失稳模式划分为相继两群失稳、严格多群失稳及不严格多群失稳3种模式。此外,还针对不同的失稳模式给出了相应的解列方法,对多频场景下的解列策略具有一定的指导意义。最后,通过实际电网模型对以上分析结果进行了仿真验证。     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析——兼论电力系统暂态稳定性 (续前)

7映象评估的可行性问题7.1受扰过程的主导模式7.1．1多刚体受扰过程的重要特征多刚体受挑轨迹的每一种互补划分方式都对应于一个R1映象,每个映象轨迹的各次前向（或后向）摆动过程都可以用一个二元组（互补群,摆次）来描述动态模式,并相互区分。某多刚体受扰轨迹的全部动态模式中,稳定裕度最小者称为其主导模式,它是描述多刚体受扰轨迹的重要特征,记为：（主导互补群,主导摆次）。主导互补群中的领前群称为主导群,而另一群则称为余下群。稳定格度的概念既可针对轨迹本身,也可应用于指定的参数。因此,除了受扰轨迹本身的主导模式…     

失稳模式变化的机理——五论暂态能量函数直接法

前文已证明，从多机积分空间到等值OMIB(单机无穷大系统)平面的PCOI( 部分惯性中心)映射保留了原多机系统首摆稳定性的充要条件。本文进一步剖析了多机因素 和复杂模型因素对映射OMIB系统各次摆动稳定性的影响，并将EEAC理论推广到多 摆稳定性。本文还澄清了失稳模式和临界模式这两个不同的概念，探讨了失稳模式随故障的 切除时间变化的机理；指出非理想的二群首摆失稳模式可能随故障切除时间而变，并可能存 在更临界的多摆失稳模式。最后，揭示了由笔者发现的ISD(孤立稳定区)及NARI (由ISD引起的邻域吸引子)现象的物理本质，从理论上证实当前普遍采用的逐步积分 法有可能搜索到错误的CCT(故障临界切除时间)，而沿用至今的CCT定义也是值得商 榷的。在EEAC理论指导下，由电力部电力自动化研究院开发的IEEAC(集成化EE AC)软件包有效地解决了上述连常规数值积分法也难以发现的问题。     

暂态功角多群失稳机制及基于广域支路响应的阻断控制

暂态功角稳定存在三群失稳和多群失稳模式，一旦发生电网崩溃垮网的风险极大。首先建立了三机群等值机互联模型，揭示了两群失稳模式发生后领先机群与滞后机群功角摆幅增大过程中，中间机群电磁功率输出特性及演进为三群失稳模式的机制；其次，解析了三群失稳模式下网络节点电压幅值与相位的分布规律以及电压零值点迁移特征，分析了多群失稳模式演变过程；再次，基于支路暂态输电能力指数识别关键支路，并结合其响应特征，提出了阻断三群、多群失稳模式的主动解列控制和解列后的恢复控制策略。面向多集群水电外送系统以及严重故障扰动，仿真验证了阻断控制及恢复控制的有效性。     

面向同步相量轨迹簇规则的电力系统暂态稳定实时评估

设计同步相量测量条件下,面向发电机节点电压同步相量复平面轨迹规则的暂稳实时评估算法.利用K均值和模糊C均值组合算法在线识别扰动后若干周波内轨迹簇同调与聚类偏移特征,采用分类与回归树抽取所定义特征量规则,以实时轨迹簇的相对位置组合特征值规则而非轨迹状态(如幅值大小)本身来评估未来暂稳状态.实践表明,算法能在8～20周波内不依赖模型地高精度预估未来4s系统是否稳定及临界机、受扰程度等重要信息,且不依赖于既定扰动模式,侧重于系统对大扰动的泛化响应模式挖掘,回避了主导失稳模式判别,且避免了针对不同故障的多套规则存储.新英格兰10机39节点系统算例验证了方法的有效性.     

交直流并联电力系统动态电压稳定性分析

以特征分析法为基础,提出了鉴别电压失稳模式与功角失稳模式的新方法,并应用于多机交直流并联电力系统的动态电压稳定性分析,详细研究了直流输电系统运行方式及控制参数对动态电压稳定性的影响,验证了电压失稳模式鉴别方法的合理性。     

DEEAC的理论证明——四论暂态能量函数直接法

对于多机系统中理想的两群失稳模式来说，静态EEAC(SEEAC)提供 了暂态稳定的充要条件，这已经逐渐被学术界所接受。本文进一步从理论上证 明：在研究首摆稳定性时，只要以足够小的步长，按实际的多机运动轨迹动态地 修正EEAC的等值两机系统的功率曲线参数或数值映象，就可以任意逼近积 分法的计算精度。这个证明是独立于实际失稳模式和模型的复杂程度的。也就 是说在复杂的多群模式或群内同调性很差时，动态EEAC(DEEAC)在 多机泰勒级数多步展开精度的含义上仍然是稳定的充要条件。这个结论也适合 于复杂模型，从而为DEEAC的进一步发展奠定了坚实的理论基础。     

滑步与再同步过程的微观结构分析

按照定常两机电力系统平衡点的属性，将其轨迹分类为稳定的结点、不稳定的结点、稳定的焦点、不稳定的焦点和鞍点这5种不同运动模式。利用互补群惯量中心(CCCOI)：R^n→R^2保稳映射将实际多机受扰轨迹映射为时变的两机等值轨迹，进而分析后者如何由对应于上述运动模式的多个轨迹段构成，并用符号序列反映其微观结构。以电力系统从一连串的滑步进入再同步为例，研完了多机电力系统的后期动态行为会随着参数的细微变化而显著改变的现象。如果一段具有鞍点特性的相轨迹的起始点从稳定流形的一侧变到另一侧，那么不论系统参数的变化多么细微，其后继轨迹将有完全不同的动态。     

群内非同调对主导模式暂态稳定性的影响分析

针对电网跨区互联背景下出现的复杂暂态失稳现象,研究了群内非同调对主导模式暂态稳定性的影响。基于等值系统模型和EEAC原理,推导了链式结构系统下领前群内机组非同调对主导模式稳定性影响的主要因素,定性分析了各因素的影响规律,并基于简单系统和实际电网的算例进行仿真分析。理论和仿真研究表明,领前群非同调程度扩大总体上不利于主导模式的暂态稳定性,且群内非同调对主导模式暂态稳定性的影响作用大小与系统结构参数、系统运行方式、具有非同调特征群内机组惯量分配等因素有关。     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析--兼论电力系统暂态稳定性(续前)

（上接本刊１９９９年第１４期第３页）２４其他运动变量和代数变量的暂态安全性２４．１电力系统的暂态频率稳定性和电压安全性电力系统暂态安全性包括暂态功角稳定、暂态频率安全和暂态电压安全３方面。其中电力系统暂态电压（或频率）安全又包括暂态电压（或频率）稳定性和暂态电压（或频率）偏移可接受性２方面。从问题的数学描述来看,暂态频率稳定性是运动状态变量的稳定性;暂态电压稳定性是母线动态负荷运动状态变量的稳定性;暂态电压偏移和暂态频率偏移的可接受性是变量破坏对应的不等式约束问题。２４．２暂态电压安全性２４．２…     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析--兼论电力系统暂态稳定性(续前)

２１轨迹主导模式的识别及其变化机理２１．１受扰轨迹主导模式的特征对多机电力系统的受扰轨迹,可以逐个时间断面地用ＣＣＣＯＩ—ＲＭ变换聚合为一系列等值ＯＭＩＢ映象轨迹。每个Ｒ１映象对应于一种互补划分方式,每个映象上的轨迹被其上的ＦＥＰ分为不同摆次。不论是...     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析——兼论电力系统暂态稳定性(续前)

非自治系统稳定性理论至今几乎仍是空白。虽然数值积分法可以给出精确的受扰轨迹,并按经验判断该轨迹 是否稳定,但是缺乏稳定裕度的概念。李雅普诺夫方法不能提供稳定的必要条件,即使对定常系统也只能为 稳定性提供保守的定性结论。对于一般的非保守力系或时变系统,几乎不可能构造严格的李雅普诺夫函数, 并使其稳定域具有工程意义;而采用不严格的李雅普诺夫函数,则甚至连稳定的充分条件也难以保证。文中 对非自治非线性多刚体系统的运动稳定性给出了严格的充要条件：互补群群际能量壁垒准则 （complementary-cluster energy-barrier criterion,缩写为CCEBC）。该定量化稳定理论清晰地反映了失稳的机理, 发现并解释了非线性系统的许多特有现象;所提出的稳定裕度算法适用于任意多刚体运动系统的大扰动稳定 性评估和任意参变量极限值的求取。已在国内外电力系统暂态稳定分析的控制工程中得到实际应用的扩展等 面积准则（EEAC）就是这样的一个范例。     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析--兼论电力系统暂态稳定性(续前)

(上接本刊1999年第1期第7页) 14 EAC在OMIB系统中的扩展 14.1 将EAC扩展到反向摆动的稳定分析 如果Pm相似文献   

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析——兼论电力系统暂态稳定性(续前)

１８静态ＥＥＡＣ１８．１ＥＥＡＣ存在解析解的条件１８．１．１映象电功率的一般表达式以全系统惯量中心角δｃｏｉ＝Ｍ－１Ｔ∑ｋＭｋδｋ作参照时,各发电机的转子角δｋ可以用相对于所属群的惯量中心的偏移角ξｋ表示：δｉ＝δｓ＋ξｉ＝δｃｏｉ＋ＭａＭＴδ＋ξｉ...     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析——兼论电力系统暂态稳定性(续完)

非自治系统稳定性理论至今几乎仍是空白。虽然数值积分法可以给出精确的受扰轨迹 ,并按经验判断该轨迹是否稳定,但是缺乏稳定裕度的概念。李雅普诺夫方法不能提供稳定 的必要条件,即使对定常系统也只能为稳定性提供保守的定性结论。对于一般的非保守力系 或时变系统,几乎不可能构造严格的李雅普诺夫函数,并使其稳定域具有工程意义;而采用 不严格的李雅普诺夫函数,则甚至连稳定的充分条件也难以保证。文中对非自治非线性多刚 体系统的运动稳定性给出了严格的充要条件：互补群群际能量壁垒准则(complementary-cl uster energy-barrier criterion, 缩写为CCEBC)。该定量化稳定理论清晰地反映了失稳 的机理,发现并解释了非线性系统的许多特有现象;所提出的稳定裕度算法适用于任意多刚 体运动系统的大扰动稳定性评估和任意参变量极限值的求取。已在国内外电力系统暂态稳定 分析和控制工程中得到实际应用的扩展等面积准则(EEAC)就是这样的一个范例。     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析--兼论电力系统暂态稳定性(续前)

非自治系统稳定性理论至今几乎仍是空白。虽然数值积分法可以给出精确的受扰轨迹,并按经验判断该轨迹 是否稳定,但是缺乏稳定裕度的概念。李雅普诺夫方法不能提供稳定的必要条件,即使对定常系统也只能为 稳定性提供保守的定性结论。对于一般的非保守力系或时变系统,几乎不可能构造严格的李雅普诺夫函数, 并使其稳定域具有工程意义;而采用不严格的李雅普诺夫函数,则甚至连稳定的充分条件也难以保证。文中 对非自治非线性多刚体系统的运动稳定性给出了严格的充要条件：互补群群际能量壁垒准则 （complementary-cluster energy-barrier criterion,缩写为CCEBC）。该定量化稳定理论清晰地反映了失稳的机理, 发现并解释了非线性系统的许多特有现象;所提出的稳定裕度算法适用于任意多刚体运动系统的大扰动稳定 性评估和任意参变量极限值的求取。已在国内外电力系统暂态稳定分析的控制工程中得到实际应用的扩展等 面积准则（EEAC）就是这样的一个范例。     

非自治非线性多刚体系统运动稳定性的定量分析——兼论电力系统暂态稳定性(续前)

(上接本刊1999年第8期第5页)19　DEEAC19.1　映象P(︾)曲线的获取19.1.1　映象P(δ)曲线上的映射点和估算点多机积分空间中的Pm.k(t),Pe.k(t),δk(t)只有在每个积分步终点才有确切的值,相应地,单机映象空间中的Pm(δ)曲线和Pe(δ)曲线也只有在这些离散的时刻才有确切的映象值。称这些点为映射点,所有的映射点必定是积分点。其它时刻的映象值则必须按一定的规律来估计,称这些点为估算点。为了求取能量变化面积,必须指定相邻映象点之间的P(δ)函数。对此有两类不同的方法,即内插和预报。内插方法只能得到有关映射点之间的函数值,因此每次…     

EEAC与直接法的机理比较(一)受扰程度函数

讨论了长期困惑电力系统学术界的暂态稳定性理论和算法,归纳出了10个要素,即受扰程度函数、壁垒点、观察点、参考点、积分路径与被积 函数、定性判据、轨迹稳定裕度、临界轨迹与参数极限值、迭代求解与初始轨迹、搜索策略与收敛判据。由4篇短文组成的系列文章按照上述各要素,讨论了针对平衡点稳定性的李雅普诺夫法、将平衡点稳定性理论应用于有界稳定性的暂态能量函数（TEF）法以及针对有界稳定性的扩展等面积准则（EEAC）这3种稳定性理论和大扰动稳定性分析中的应用。作为第1篇,文中归纳出这3种方法的共同分析步骤和要素,并比较各种受扰程度函数,虑受扰程度函数的值在故障清除后的变化,因此既不适用于复杂模型的单机系统,也不适用于任何多机系统;又由于这2种方案都基于很强的假设,故分析的误差可能非常大,而TEF法更是由于不满足李雅普诺夫函数的条件而可能得到冒进的结果。EEAC建立在明确的物理概念和严格的保稳变换上,对任何运动系统的模型都采用同样的功率－转角面积作为受扰程度函数,为大扰动稳定性量化分析提供了可行的充要条件。     

一类切换系统的连续分段Lyapunov函数

切换系统是一类重要的混合动态系统，其稳定性不但与子系统是否稳定有关，还与切换控制函数有关。本文分析了在特定切换控制函数作用下，切换系统的稳定性，用连续分段Lyapunov函数讨论了切换系统稳定的充分条件。它不但适用于线性切换系统，对非线性系统也适用。连续分段Lyapunov函数的条件比公共Lyapunov函数和多Lyapunov函数的条件容易满足，能够分析含有不稳定子系统的切换系统的稳定性。最后给出两个例子说明了连续分段Lyapunov函数方法的有效性。