基于量测数据时序谱分布特性的电力系统暂态功角稳定在线判别

基于响应信息的电力系统暂态稳定判别是实现“实时决策,实时控制”的基础。然而此类方法的准确性受限于场景匹配以及发电机分群等中间环节。为更有效地辨识系统的暂态稳定性,该文以随机矩阵理论为基础,提出一种基于量测数据时序谱分布特性的电力系统暂态功角稳定判别方法。首先根据电力系统的暂态响应特性构建数据模型,并在实时分离窗矩阵的基础上构建插入矩阵模型以降低冗余历史数据对谱分布特性的影响。然后结合谱分布理论和增广矩阵法获取表示数据相关性的最大特征值偏移度(maximum eigenvalue deviation,MED)差值轨迹,并以物理机理严格分析不同稳定模式下MED差值轨迹与暂态功角稳定间的映射关系,从数据相关性的角度制定暂态功角稳定判据,基于量测数据实现暂态响应特性分析和暂态功角稳定在线判别。     

暂态功角稳定不稳定平衡点类型和临界割集数量的对应关系

电力系统暂态功角失稳模式同相关不稳定平衡点密切相关。鉴于电力系统失去暂态功角稳定时总是伴随着电力网络的某个或某些临界割集上支路角度急剧地、过大地增长,人们已经认识到电力网络中存在临界割集与系统模型中存在不稳定平衡点是等价的,并提出了用于电力系统暂态功角稳定分析的割集稳定准则。为了使人们能够放心地、正确地运用与临界割集相关的稳定准则,本文以电力系统结构保留模型为基础,从理论上推导出暂态功角稳定不稳定平衡点为i型的当且仅当事故后电力扩展网络中存在i个临界割集。利用上述结论,可以很容易地将割集稳定准则应用于多群失稳的情况,以消除原准则的保守性。     

N-2组合故障集的暂态功角稳定在线快速评估

大电网中N-2组合故障数目巨大,若对每个组合故障分别进行暂态功角稳定评估,难以满足在线评估的时间要求。基于N-2组合故障中第一个元件故障的暂态功角稳定在线评估结果(裕度和主导群发电机的参与因子),结合第一个元件故障的暂态功角稳定主导群中发电机的有功功率对第二个开断元件有功功率的灵敏度,计算出N-2组合故障的暂态功角稳定严重程度排序指标。通过优先对排序在前位的组合故障进行基于详细模型时域仿真的暂态功角稳定量化评估,直至排序号连续的多个组合故障的暂态功角稳定裕度都大于0,则直接判定排序在其后的所有组合故障均是暂态功角稳定的,从而满足N-2组合故障集暂态功角稳定在线评估对计算速度的要求。实际电网算例验证了该方法的有效性。     

基于历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选

大电网中有上千个暂态稳定故障,若对每个故障分别进行暂态评估,难以满足在线评估对时间的要求。为了满足电网在线暂态安全稳定评估快速性的要求,提出了一种基于电网运行历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选方法。基于历史数据中的电网运行方式和暂态功角稳定评估结果,提取关键特征量,通过计及稳定模式的矢量量化方法确定聚类数和初始聚类中心,采用K中心点算法对聚类中心进行优化。针对分类后暂态功角稳定的考察故障快速估算其暂态功角裕度,最后得到包含暂态功角失稳和估算裕度低于门槛值的故障组成的用于暂态稳定分析计算的严重故障集。通过对实际省级电网运行历史数据的聚类分析,验证了所述方法的有效性和实用性。     

基于相轨迹MLE指标的暂态功角稳定在线辨识

为实现暂态功角稳定的快速预判,提出一种利用动态系统最大李雅普诺夫指数(MLE)对相平面中转速差—功角差轨迹特性进行分析的暂态功角稳定在线辨识方法。首先,介绍了MLE稳定判断原理及求取方式。其次,以单机系统为例,从物理机理上严格分析了不同场景下转速差—功角差相轨迹变化特性与暂态功角稳定之间的关系。进而,在利用递推最小二乘算法改进MLE求取方式的基础上,结合相轨迹特性自动优选参数,给出了无需传统方法中预先确定MLE符号观测窗口的暂态功角稳定判据,形成在线辨识方法。最终,利用双机等值思想将方法推广到多机系统。仿真算例验证了方法的正确性与有效性,方法对一摆、多摆稳定判断问题均有效,并对发电机分群结果有较强的容错能力。     

基于深度学习的电力系统暂态功角与暂态电压稳定裕度一体化评估

随着面向高比例可再生能源新型电力系统的转型,系统运行特性日趋复杂。暂态功角稳定(transientangle stability,TAS)与暂态电压稳定(transientvoltagestability,TVS)问题相互耦合且频发,为系统安全稳定评估带来严峻挑战。研究首先采用变步长二分法通过调用PSASP从时间维度上构建了暂态电压与暂态功角的稳定边界。研究了不同故障位置、感应电动机占比、负荷率对稳定边界的影响并依托边界确定主导失稳模式。其次提出一种基于注意力机制与一维卷积神经网络融合的电力系统功角稳定及电压稳定裕度评估的新方法。该方法直接面向测量数据,将节点稳态与暂态运行的电压幅值、有功功率、无功功率数据作为输入特征,节省了数据处理时间。通过一维卷积神经网络构建输入特征与极限切除时间的映射,利用注意力机制进一步提高了模型预测效果。通过新英格兰IEEE39节点系统进行分析验证,结果表明该方法可以实现暂态安全裕度的快速评估且具有较高的预测精度。     

机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性

随着能源转型的推进,风电及光伏发电大规模入网引起的电力系统惯量水平降低对暂态功角稳定性的影响成为业界关注的热点。从电网送、受端的视角来界别机组惯量对暂态功角稳定性的定性影响,并不符合问题的本质。文中基于扩展等面积准则(EEAC),分析互补两群等值惯量的变化对主导映象系统暂态稳定裕度的影响。由于故障场景对两群映象系统暂态潮流的不同影响,以及上述两种影响的交互作用,造成机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性。通过对两机哈密顿系统的解析分析及数值仿真,讨论了其规律。     

基于典型故障集的暂态功角稳定近似判别方法

为适应特高压电网安全风险的新特征,需要研究考虑系统暂态功角稳定的风险评估评价方法。现有电力系统暂态功角稳定性判断方法计算量很大,无法满足特高压电网风险评估的计算要求。研究了影响系统故障后暂态功角稳定的因素,基于EEAC法推导了这些因素对于系统临界稳定性的灵敏度,进而设计了在已知典型故障临界稳定信息条件下近似判断边界条件变化后近似场景下暂态功角稳定性的方法。最后设计了考虑电力系统暂态功角稳定的风险评估流程,为特高压电网风险评估提供了新的思路。     

基于功角受扰轨迹拟合的暂态稳定快速预测

基于相量测量单元（PMU）上传的功角实时量测数据,利用发电机功角受扰轨迹的分布知识,提出了一种基于功角受扰轨迹拟合的暂态稳定快速预测方法。该方法首先对系统进行离线仿真,记录发电机在受扰情况下相对于参考机的功角轨迹变化情况,并对轨迹集合进行聚类分析,从中提取特征轨迹,生成发电机的受扰轨迹标准模式库（PTSPD）;然后计算功角实时量测数据与发电机PTSPD中各个模式的欧氏距离,并利用某种修正方案来预测发电机功角的运行轨迹,从而快速判断出系统的稳定性。以新英格兰节点测试系统为例,证明了该方法的有效性和合理性。     

高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活.首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理.其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定.最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性.     

大规模风电接入对系统功角稳定性影响的研究

针对大规模风电接入送端系统的情况,从理论上提出了一种考虑风电的系统暂态功角稳定分析方法,利用阻抗模型简化风机,将正常故障下风机有功、无功信息揉入系统导纳矩阵中,进一步量化分析风电接入后系统同步机转子运动变化,表明替换工况下风电接入后对等值系统同步机机械功率、电磁功率都有影响.最后通过多机小系统理论计算和仿真验证,得出在...     

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

无功调控对暂态功角稳定性的影响

单机无穷大系统和实际电网的仿真算例表明,在发电机有功出力不变的情况下,通过增加临界群发电机组的无功出力可提高电力系统的暂态功角稳定性和输电功率极限。运用等面积法则对其机理进行详细分析并得出结论:增加发电机的无功出力对系统功角稳定的影响随故障切除时间的改变而改变,当在故障后的恢复曲线高于初始机械功率时,其对功角稳定的影响效果明显,并随着故障切除时间的延迟将逐渐增大,而切除时间很短时,增加发电机无功的初始出力对系统功角稳定的影响并不大。仿真结果证明了其正确性和合理性,从而为电力系统的稳定运行提供了一种灵活的控制手段。     

双馈风电机组对接入区域系统暂态功角稳定性的影响分析

系统惯性中心的动态行为可以有效地反映系统的整体动态趋势。基于系统惯性中心的动态数学模型,推导了双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)接入后的系统惯性中心运动方程。并通过分析DFIG接入对系统惯性中心运动方程中关键因素的影响,揭示了DFIG以不同方式接入系统时对系统惯性中心功角加速度暂态响应的影响机理。当DFIG直接接入系统时,系统惯性中心的暂态功角加速度的变化趋势主要取决于DFIG的接入容量和暂态功率响应特性。当DFIG等容替代同步发电机组接入系统时,DFIG的暂态功率响应和被替代同步发电机组的功率和惯量在原系统中的比重大小将共同决定系统惯性中心的暂态功角加速度的变化情况。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法

高比例风电接入导致系统等效惯量降低,增加了电网引发频率失稳的可能性。为保障日内频率安全稳定运行,同时避免大面积切除风电的不合理操作,提出了基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法。通过引入频率最低点和最大频率变化率约束指标,并考虑日内运行方式变化,分时段求解电网临界惯量及对应的最大风电并网容量。结合电网实际惯量判定小于临界惯量的时段,对这些时段依据最大风电并网容量确定风电切除量,从而在日内各时段消除频率安全隐患。最后通过算例系统证明：所提方法能准确筛查电网日内存在频率安全风险的时段,求解的风功率分时段切除量可有效消除频率安全隐患。     

基于PSS/E风电并网系统的静态功角稳定性分析

随着风力发电装机容量的不断增大,风电在电网中所占比重也越来越高,这就要求并网风电系统应具有一定的稳定性。以典型单机无穷大系统为思想基础,提出了基于潮流极限的系统静态功角稳定性分析的方法,应用在张家口某一区域电网中。通过对该系统的仿真和研究,表明了该方法可有效地分析并网风电系统的静态功角稳定性和稳定裕度问题。     

直驱式风电场对电力系统的暂态稳定性影响分析

为研究大容量直驱式风电场并入对电力系统暂态稳定性的影响,建立了风速、风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、全功率变流器的数学模型;研究了变流器控制策略和桨距角控制策略;并搭建直驱式风电场并网的仿真模型.以风电场并网点电压为研究对象,用电压跌落深度、电压冲击幅值、暂态电压恢复时间三个指标,对风电场出口故障、风电场突然切出、在同一点发生三相短路故障时不同风电场容量及三相短路故障发生在线路不同位置时对系统暂态稳定性的影响进行了分析.仿真结果表明直驱式风电场具有一定的低电压穿越能力;风电场突然切出时,并网点电压有小额增幅;风电场接入会改善系统的暂态电压稳定性,但当容量增大到一定程度时系统稳定性下降;随着故障点与风电场电气距离的增大,系统的暂态电压稳定性逐渐改善.     

双馈风机参与系统调频对系统暂态功角稳定性的影响分析

以含双馈风力发电机(Double-Fed Induction Generator,DFIG)的扩展双机系统为研究对象,研究DFIG参与系统调频对系统暂态功角稳定性的影响.将含DFIG的两机系统等值为含DFIG的单机无穷大系统,计及风电比例、风机并网位置、故障位置、负荷接入位置等四种影响因素.运用等面积法则对风机参与系统...