含VSC-HVDC的暂态稳定约束最优潮流

提出运用轨迹灵敏度法将含电压源换流器的高压直流(voltage source converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)输电的暂态稳定约束最优潮流问题转化为含VSC-HVDC 最优潮流和含 VSC-HVDC 暂态稳定2个子问题,避免直接求解混杂系统暂态稳定约束最优潮流所带来的困难。根据暂态稳定计算结果,求出连续系统状态量相对于发电机机械输入功率的轨迹灵敏度,据此求取最领先机和最落后机之间转移的有功功率,修改最优潮流有功出力的上下限,从而实现2个子问题的交替求解。在求得的转移功率满足系统暂态稳定约束后,通过二分法求得系统的最优转移功率。以IEEE39节点系统为算例,验证了轨迹灵敏度法对于求解含VSC-HVDC的暂态稳定约束最优潮流的有效性和合理性,算法实现简单,可处理多个预想故障。     

基于2阶轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算

针对现有基于轨迹灵敏度技术的暂态稳定约束潮流计算中存在的问题,计算出发电机转角对控制变量的2阶轨迹灵敏度,并利用1阶和2阶轨迹灵敏度更精确地描述发电机转角与所有发电机有功和无功出力之间的2阶泰勒展开表达式。此外,根据时域仿真,将多机系统等值为单机无穷大母线系统,并根据等值系统的临界功角轨迹建立严格的暂态稳定判据。据此可建立更为合理的暂态稳定约束最优潮流模型。新英格兰10机39节点和英国20机100节点系统的仿真结果验证了该方法的准确性和有效性。     

多故障暂态稳定约束最优潮流的轨迹灵敏度法

将暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSC-OPF)计算过程分解为潮流、暂态稳定及轨迹灵敏度、降阶二次规划最优潮流3个子问题的交替求解。在迭代过程中,根据潮流和暂态稳定计算得到状态变量和代数变量时变轨迹;由此判断系统的稳定性,并计算失稳时刻状态变量和初始时刻代数变量对发电机有功和无功功率的轨迹灵敏度;据此将暂态稳定约束最优潮流问题转化以发电机有功和无功功率增量为独立变量的降阶二次规划最优潮流问题;求解这个二次规划模型得到发电机有功和无功功率增量。通过这种交替求解,最终能寻找到满足暂态稳定约束的最优潮流解。以此为基础,提出了不受故障类型和模式影响的多故障处理方法。新英格兰10机39节点和UK 20机100节点系统的计算结果表明,所提方法在计算精度和速度方面具有一定优势。     

考虑暂态稳定约束的发电再调度研究

提出了一种暂态稳定的发电机有功调度新算法。通过求取暂态稳定约束下的发电机有功输出极限,将暂态稳定约束转化为最优潮流中的发电机有功出力约束,从而将暂态稳定约束下的发电机有功调度问题转化为常规最优潮流问题进行求解。介绍了电力系统角半径的概念,通过仿真计算轨迹灵敏度,在此基础上可得到系统角半径对各发电机有功输出的灵敏度,该灵敏度信息可用于计算发电机有功输出的调整量。算法实现简单,可处理多个预想故障。在10机新英格兰典型电力系统上的算例分析验证了新方法的有效性和合理性。     

考虑暂态稳定约束的发电再调度研究

提出了一种暂态稳定的发电机有功调度新算法.通过求取暂态稳定约束下的发电机有功输出极限,将暂态稳定约束转化为最优潮流中的发电机有功出力约束,从而将暂态稳定约束下的发电机有功调度问题转化为常规最优潮流问题进行求解.介绍了电力系统角半径的概念,通过仿真计算轨迹灵敏度,在此基础上可得到系统角半径对各发电机有功输出的灵敏度,该灵敏度信息可用于计算发电机有功输出的调整量.算法实现简单,可处理多个预想故障.在10机新英格兰典型电力系统上的算例分析验证了新方法的有效性和合理性.     

基于灵敏度分析和时域仿真的暂态稳定预防控制优化方法

根据临界切除时间灵敏度将暂态稳定约束条件线性化,简化了考虑暂态稳定约束的最优潮流(TSCOPF)问题的求解过程,为暂态稳定预防控制优化问题提供了一种新的解决方案。针对大系统临界切除时间灵敏度计算费时的实际问题,采用线路有功功率灵敏度筛选待调发电机的方法和并行计算技术以提高计算效率。WSCC 9节点系统标准算例和SGCC 9 177节点电网算例的仿真结果表明,所提方法具备良好的优化效果和工程实用性。     

基于轨迹灵敏度的电力系统动态安全预防控制算法研究

提出了一种基于轨迹灵敏度的动态安全调度新方法.该方法首先滤除系统中的无危害故障,通过故障排序选取最严重故障并鉴别最领先发电机,然后依据最严重故障的临界切除时间和其最领先发电机有功输出的近似线性关系,计算最领先发电机至少需要调整的有功输出量,以使最严重故障的临界切除时间大于实际故障切除时间,通过故障中及故障后的系统仿真计算轨迹灵敏度,并依据故障切除后设定时刻领先发电机功角对各发电机有功输出的灵敏度数值,计算全系统内各发电机有功输出的调整量.最后通过对新英格兰10机39节点系统的计算验证了算法的有效性.     

基于暂态能量裕度灵敏度计及暂态稳定约束的优化潮流计算

提出了一种基于暂态能量裕度灵敏度的含有暂态稳定约束的优化潮流算法.它用时域仿真法对系统进行暂态稳定分析,提前滤除不失稳故障,并结合混合法计算失稳故障的能量裕度.依据最严重故障的能量裕度与发电机有功出力变化量的近似线性关系及能量裕度对发电机有功出力的灵敏度来调整发电机的有功出力.在计算程序中充分运用变步长搜索策略提高了计算效率,对考虑多个预想故障的含有暂态稳定约束的优化潮流问题具有良好的全局收敛性.最后通过IEEE 30节点系统和IEEE 57节点系统验证了该方法的有效性.     

基于BCU法的多故障暂态稳定约束最优潮流计算

基于稳定域边界的主导不稳定平衡点(BCU)方法,求解暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度,再将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中,建立含多故障暂态能量裕度约束的最优潮流逐次线性规划模型.通过常规潮流计算、基于BCU法的暂态稳定及暂态能量裕度灵敏度计算、基于单纯形法的线性规划算法的交替求解,获得最优解.并对BCU方法和故障模式法进行了比较,在上述的交替求解过程中,故障模式法并不能保证能求出主导不稳定平衡点,但BCU方法能够给出可靠结果.新英格兰10机39节点系统的计算结果验证了所提方法的有效性.     

基于BCU法的多故障暂态稳定约束最优潮流计算

基于稳定域边界的主导不稳定平衡点（BCU）方法,求解暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度,再将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中,建立含多故障暂态能量裕度约束的最优潮流逐次线性规划模型。通过常规潮流计算、基于BCU法的暂态稳定及暂态能量裕度灵敏度计算、基于单纯形法的线性规划算法的交替求解,获得最优解。并对BCU方法和故障模式法进行了比较,在上述的交替求解过程中,故障模式法并不能保证能求出主导不稳定平衡点,但BCU方法能够给出可靠结果。新英格兰10机39节点系统的计算结果验证了所提方法的有效性。     

Coordinated preventive control of transient stability with multi-contingency in power systems using trajectory sensitivities

In this paper, the challenging multi-contingency transient stability constrained optimal power flow problem is partitioned into two sub-problems, namely optimal power flow (OPF) and transient stability control, solved in turn with conventional well trusted power system analysis tools instead of tackling it directly using a complicated integrated approach. Preventive multi-contingency transient stability control is carried out with generation rescheduling based on trajectory sensitivities using results obtained from a conventional transient stability simulation. A new iterative approach is proposed to optimally redistribute the generation from the critical machines to noncritical machines with the help of conventional OPF. Results on the New England 10-machine 39-bus systems demonstrate that the proposed method is capable of handling multiple contingencies and complex power system models effectively with solution quantity and time comparable with conventional integrated approaches.     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

Unified Analysis of Single Machine Equivalent and Trajectory Sensitivity to Formulate a Novel Transient Stability-constrained Optimal Power Flow Approach

Abstract—This article proposes a new transient stability constraint that permits quantifying the degree of instability of a power system from the active power dispatched by generators. Based on this constraint, which is derived from both single machine equivalent and trajectory sensitivity methods, a new transient stability-constrained optimal power flow is formulated in the Euclidian space to preventively control the transient stability in realistic power systems. The validity and the effectiveness of the proposed method are numerically demonstrated in the WSCC 3-machine, 9-bus and Mexican 46-machine, 190-bus systems.     

Two approaches to transient stability-constrained optimal power flow

Formulation of transient stability-constrained optimal power flow (TSC-OPF) and finding a practical solution for the problem have gained much attention recently. In this paper, two approaches to include transient stability constraints in the OPF problem considering detailed dynamic models for generators and their controls are introduced. The first method is based on the maximum relative rotor angle deviation (MRRAD) of generators which suits systems that have specific requirements on MRRAD. The second method represents the transient stability margin of the system based on generators output power (GOP) and hence does not rely on MRRADs. The transient stability boundary can be represented by a nonlinear function of GOP. The Artificial Neural Network (ANN) curve-fitting tool is used to derive a mathematical formulation for the transient stability boundary (TSB). The closed form representation of the TSB is then inserted in the OPF problem as a new constraint. The proposed method is examined using the WSCC 9-bus, the New England 39-bus and the IEEE 300-bus test systems. The results indicate that the proposed methods lead to lower computational time in solving TSC-OPF which has been a serious challenge for this problem.     

一种基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束 最优潮流模型与方法

暂态稳定约束最优潮流问题是当前电力系统的研究热点之一。将该问题分解为暂态稳定评估、灵敏度分析和最优潮流等三个子问题交替迭代求解。采用EEAC法进行多预想故障的暂态稳定评估,并给出各不同稳定情况下的裕度表达式;通过轨迹灵敏度法得到稳定裕度关于控制变量的灵敏度,由此构造线性不等式约束;采用非线性原对偶内点法求解含简单稳定约束的OPF问题,并通过增加校正因子的方法避免过度调整问题,通过迭代求解使系统能够满足稳定裕度要求。该方法不仅能考虑多摆失稳问题,也能处理不同失稳模式的多故障问题。通过IEEE-39算例的仿真计算,验证了该方法的有效性。     

Chaotic artificial bee colony algorithm based solution of security and transient stability constrained optimal power flow

Due to the increase rapidly of electricity demand and the deregulation of electricity markets, the energy networks are usually run close to their maximum capacity to transmit the needed power. Furthermore, the operators have to run the system to ensure its security and transient stability constraints under credible contingencies. Security and transient stability constrained optimal power flow (STSCOPF) problem can be illustrated as an extended OPF problem with additional line loading and rotor angle inequality constraints. This paper presents a new approach for STSCOPF solution by a chaotic artificial bee colony (CABC) algorithm based on chaos theory. The proposed algorithm is tested on IEEE 30-bus test system and New England 39-bus test system. The obtained results are compared to those obtained from previous studies in literature and the comparative results are given to show validity and effectiveness of proposed method.     

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

求解暂态稳定约束最优潮流的混合算法

借助单机无穷大母线等值建立严格稳定判据,将轨迹灵敏度和微分进化技术结合起来求解暂态稳定约束最优潮流问题。以临界稳定功角作为暂态稳定约束功角阈值,并用预测失稳时刻修正功角阈值,提高了功角阈值的准确性和优化精度。按照单机无穷大母线等值,将故障分为稳定故障、极度稳定故障、一般不稳定故障和极度不稳定故障,将极度稳定故障从暂态稳定约束中剔除,省略相应灵敏度计算。为充分发挥改进轨迹灵敏度法的快速收敛特性和微分进化算法较强的全局搜索能力,提出将两者适当结合构造求解多故障暂态稳定约束最优潮流问题的混合算法。所提微分进化种群规模和计算量大大减小;含不稳定故障规格化稳定度的评价函数值更能综合反映种子的安全经济指标。在3机和10机试验系统上验证了所提算法的高效性和实用性。     

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。