电力系统暂态稳定混合分析的研究

本文从两个方面对传统暂态稳定混合分析法进行了改进：一是引入修正势能和修正势能界面的概念;二是提出一种根据仿真结果快速确定系统势能峰值点和临界切除时间的方法。本算法所有分析都建立在仿真结果基础上,具有较高的可靠性。另外,本算法只须在BPA暂稳分析程序上附加一段分析程序,而不对BPA源程序作修改,因此非常适用于工程实际。     

基于PEBS法的交直流输电系统暂态稳定分析

计及直流系统的动态构建了交直流输电系统的暂态能量函数,直流换流站交流母线电压和发电机转速功角一样作为显式变量出现在暂态能量函数中,暂态能量函数的变量从平衡点到势能边界面出口点的积分路径不作线性假设.视为慢动态的发电机转速和功角,沿着持续故障轨迹或受扰轨迹积分,而视为快动态的直流系统变量的积分路径通过修正后得到,并讨论了应用势能边界面法求取临界能量和临界切除时间的问题.分别利用所提方法和逐步积分的时域仿真法求取了4机和10机交直流输电系统的临界切除时间,通过比较验证了所提方法的有效性.     

一种临界故障切除时间概率分布的求解方法

稳定性分析是电力系统运行与控制中必须考虑的一个以及半不变量的性质，在敏感度计算的基础上，将临界故障最基本的问题。传统稳定分析是在确定系统初始参数后进行的。由于某些原因，电力系统的初始参数，如母线负荷等，因得不到其确定值而只能知道其可能分布。这使得传统的稳定分析方法已不能适用于新的形势，为此提出了概率稳定分析这一新的课题。该文提出一种新的临界故障切除时间概率分布的求取方法，利用随机变量的Cram-Charlier级数展开式切除时间概率分布的求取转化为对初始参数的半不变量的求取。该算法在39机系统中进行了测试，与Monte-Carlo仿真结果相比，该算法不需要反复进行大量的数值仿真的采样计算，而只需在确定临界故障切除时间的灵敏度时进行一次数值仿真；计算结果能很好地描述临界故障切除时间的实际概率分布，且能显著地减少计算量，提高计算速度。利用该方法，可根据故障后临界故障切除时间的概率分布，确定临界故障切除时间分布在期望值附近某区间内的概率，为稳定分析提供了判断的依据。     

电力系统三相短路故障临界切除时间求解方法的在线应用

介绍了直接法的相关知识、单机无穷大系统模型和多机系统模型,详细讨论了PEBS方法的局限性。对单机无穷大母线系统进行了公式推导和仿真验证,从理论上探讨了多机系统的三相短路故障临界切除时间求解方法。重新定义了势能函数,对势能最大值的求解提出一些新建议,研究了系统的总动能和总势能,提出求解三相短路故障临界切除时间的新思路,完善了一些可能引起计算误差的技术细节。通过有代表性的真实故障算例验证了所提思路和方法的可行性。     

临界切除时间的解析灵敏度分析

本文首次推导了保留结构模型下临界切除时间对发电机出力灵敏度的解析表达式，详细地给出了用势能界面法（PEBS）求临界切除时间灵敏度的计算方法和过程。根据此灵敏度，可求出临界切除时间与发电机有功出力之间的关系，对系统进行暂态稳定预防控制，以提高系统的暂态稳定性。对两个试验系统计算的结果表明了本文方法的有效性和可行性。     

基于PEBS法的暂态能量裕度灵敏度快速计算

提出了一种基于PEBS法暂态稳定分析的能量裕度灵敏度计算方法.该方法以系统故障前稳定平衡点作为暂态势能参考点,沿持续故障轨迹采用数值方法计算暂态势能.在系统持续故障仿真和灵敏度动态方程计算过程中,引入高阶Taylor级数展开技术,可以在保持计算精度的前提下提高计算步长,显著提高计算速度.将到达临界势能点的判据展开以时间为自变量的多项式形式,通过解方程求得到达临界势能点的时间,从而快速确定临界势能点的位置.提出的能量裕度灵敏度分析方法包括两方面:计算故障前机组机械注入功率变化对能量裕度的灵敏度,用于指导预防控制;计算故障切除后的控制措施对稳定裕度的影响,用于指导紧急控制.New England 10机系统算例验证了该方法的有效性.     

应用轨迹灵敏度计算临界切除时间新方法研究

文章提出对故障切除时间轨迹灵敏度的概念和算法。研究了将该轨迹灵敏度映射为（归一化和修正）能量函数的）最小动能灵敏度的方法。并应用上述结果发展了故障临界切除时间的灵敏度分析方法。该方法的优点是灵敏度分析对系统模型没有限制，且具有过程简单、计算效率高的特点。当故障切除时间略大于临界切除时间时，仅需要一次仿真就可以准确地估算临界切除时间。在工程上，该方法可用于快速分析故障的稳定裕度。在10机39节点新英格兰典型电力系统上分析结果验证了该临界切除时间估算算法的精度和有效性。     

基于PEBS法的暂态能量裕度灵敏度快速计算

提出了一种基于PEBS法暂态稳定分析的能量裕度灵敏度计算方法。该方法以系统故障前稳定平衡点作为暂态势能参考点,沿持续故障轨迹采用数值方法计算暂态势能。在系统持续故障仿真和灵敏度动态方程计算过程中,引入高阶Taylor级数展开技术,可以在保持计算精度的前提下提高计算步长,显著提高计算速度。将到达临界势能点的判据展开以时间为自变量的多项式形式,通过解方程求得到达临界势能点的时间,从而快速确定临界势能点的位置。提出的能量裕度灵敏度分析方法包括两方面:计算故障前机组机械注入功率变化对能量裕度的灵敏度,用于指导预防控制;计算故障切除后的控制措施对稳定裕度的影响,用于指导紧急控制。New England 10机系统算例验证了该方法的有效性。     

多机电力系统暂态稳定分析的一种新方法

针对时域仿真法和暂态能量函数法,求临界切除时间都有其优点和局限性的特点,运用非线性动力学系统理论,把经大扰动后的非线性电力系统经过一次线性变换和一次非线性变换(正则变换),将原始电力系统变换到线性系统,再根据线性系统的稳定子空间来确定原始系统的稳定流形,从而求得稳定边界,进而计算出临界切除时间,算例验证了该方法的有效性,该方法为基于稳定流形变换法。     

临界节除时间的解析灵敏度分析

本文首次推导了保留结构模型下临界节除时间对发电机出力灵敏度的解析表达式，详细地给出了用势能界面法(PEBS)求临界切除时间灵敏度的计算方法和过程。根据此灵敏度，可求出临界节除时间与发电机有功出力之间的关系，对系统进行暂态稳定预防控制，以提高系统的暂态稳定性。对两个试验系统计算的结果表明了本文方法的有效性和可行性。     

修正的暂态能量函数及其在电力系统稳定性分析中的应用

针对电力系统稳定性分析中混合算法的缺点,本文推导了修正的暂态能量函数,并提出用其代替暂态能量函数的改进混合算法。仿真分析结果说明了由改进混合算法获得的稳定性裕度曲线更便于进行稳定性极限参数和临界故障切除时间分析。文章最后通过比较在３９节点１０发电机电网上获得的两种不同的能量函数能量裕度曲线说明了本文对混合算法的改进。     

大电网暂态稳定紧急控制下切机量快速估计算法

基于混合法提出了适合紧急控制的切机量快速估计算法。根据修正能量函数的守恒性定义了不同切除量下的暂态稳定裕度,研究了在首摆稳定情况下稳定裕度的求取过程,该稳定裕度在临界机群发生一定变化时仍具有规律性。该方法仅需2次仿真运算即可获得临界切除量初值。对广东梅州地区电网不同的N-2故障断面故障进行了仿真,结果表明,该方法可以求得正确的切机组合,减少了运行人员采用传统试探法求取切机组合的工作量。     

一种基于故障轨迹的暂态能量裕度计算方法

基于系统故障轨迹求取系统暂态能量裕度可以解决暂态能量函数法的模型适应性问题,在电力系统暂态稳定评估中具有重要意义。深入研究了去掉线性路径假设导致的部分区间内无法沿故障轨迹计算暂态势能的问题,并提出以故障清除时刻为暂态势能参考点和补偿裕度的概念,给出了一种沿故障轨迹的暂态能量裕度计算方法。仿真计算表明了该方法的有效性。     

基于故障后最小动能轨迹的同步发电机暂态稳定性分析方法

为了简单并准确地分析同步发电机暂态稳定性,提出结合时域仿真,并分别利用故障后系统稳定和不稳定时的故障切除时间和最小动能线性连接的交点,得到同步发电机的故障临界切除时间的混合评价方法。针对同步发电机模型不考虑阻尼和考虑阻尼2种情况,对提出的基于故障后最小动能轨迹暂态稳定性混合评价方法,分别进行了故障临界切除时间的计算,并和传统的故障后最小动能轨迹方法、时域仿真方法结果进行了比较。结果表明混合方法计算精度优于传统的故障后最小动能轨迹方法,该计算方法比时域法更简单。     

基于混合方法的电力系统暂态稳定性分析

本文将数值仿真方法和暂态能量函数法相结合,提出了一种分析出力系统暂态稳定性的混合求解方法。该方法首先通过数值积分计算出系统的运行轨迹,然后利用暂态能量函数法判别出系统的稳定性。 为了避免不必要的、费时的数值积分计算,本文提出了一种仿真计算终止判据。另外,本文提出了一种曲线拟合技术,不仅可以快速地求解出系统在稳定情况下的稳定裕度,而且还可以估计出系统的极限切除时间等。 这种混合方法结合了数值仿真方法和暂态能量函数法两者的优点,为在线暂稳分析和控制提供了一个有力工具。     

电力系统参数空间暂态稳定边界构建及在线快速更新方法

为适应在线暂态稳定分析与控制,提出了一种电力系统参数空间中的暂态稳定边界构建及快速更新方法.对于给定的关键故障和既定故障前后的网络拓扑结构,首先,基于横向可扩展的宽度学习系统,构建了极限切除时间与电力系统参数之间的映射关系.为提高实际故障切除时间阈值附近的预测准确率,通过构建二次比例因子对临界误差进行修正.然后,结合预设故障切除时间阈值确定相应暂态稳定边界,并评估当前系统的稳定裕度.最后,在保证暂态稳定评估准确性的基础上,基于增量学习方法提出了无须重新训练全部网络的在线快速更新策略.通过对IEEE 39节点测试系统和中国南方电网实例系统仿真分析发现,所构建模型能够对系统暂态稳定性进行准确评估,并具有良好的泛化性能.同时,快速更新策略可在保证预测准确率的情况下,大幅减少模型更新时间,为在线暂态稳定评估提供了支撑.     

A fast approach to transient stability estimation using an improved potential energy boundary surface method

In this paper, a new fast algorithm to perform online transient stability assessment (TSA) in a power system is proposed. The TSA is concerned with finding the critical clearing time (CCT), the stability limit, for a specified fault. The method possesses the merits of the fast speed of the potential energy boundary surface method and the accuracy of the conventional time domain simulation technique. To expedite the algorithm, an efficient stopping criterion for postfault trajectory simulation is developed. Examples are given to show the problems of integration stopping criteria published in recent papers and how they are tackled. Extensive test results on several systems, including the 10-generator New England system, the 17-generator Iowa system and the IEEE 50-generator system, are reported.     

A Study of Total Transient Energy During the Fault Period

The total transient energy accumulated during the fault period is an important factor affecting power system dynamics. In this paper, we present a study of the total transient energy. First, we analyze the characteristics of energy interchange during the fault period. Then, an expression is developed based on characteristics analysis to estimate the total transient energy. Such an expression allows us to study how a fault, in terms of its magnitude, clearing time, and location, affects the total transient energy. Especially, the distribution factors of the total transient energy are defined based upon the expression to analyze the impact of fault location. It is found that for a fault with the given magnitude and clearing time, the total amount of total transient energy mainly depends on the difference in the distribution factors. Furthermore, it is found that the distribution factors can be applied to the identification of potential critical fault locations, the identification of coherent generators, and the identification of critical generators. The analysis results and their applications are demonstrated in the IEEE 9-bus system and the IEEE 39-bus system.