基于多步法和降维处理的暂态稳定约束最优潮流计算

基于内点算法的暂态稳定约束最优潮流(TSCOPF,optimal power flow with transient stability constraints)计算效率提高的关键是降低修正方程的维数.提出了基于多步展开和降维处理的TSCOPF计算方法.采用高精度的多步展开方法处理TSCOPF模型的微分方程,以保证可采取大步长计算,并考虑差分方程本身具有一定的误差,将暂态差分方程转化为不等式约束处理同样合理,可进一步降低修正方程的维数.通过IEEE-14、NE-39、IEEE-118和IEEE-300系统的测试表明:所提方法能有效处理微分方程及与代数方程联立求解问题,大大降低了修正方程的维数.与常规隐式梯形法相比,该方法所需计算时间和内存更少,能够有效应用于大型电力系统TSCOPF的分析计算.     

电力电子仿真中开关时刻自校正插值算法

电力电子开关的频繁动作会引起系统拓扑突变,对电力电子仿真提出了新挑战。针对电力电子仿真的关键问题,即快速再同步和数值振荡抑制,采用了一种2阶段对角隐式龙格库塔法(diagonal implicit Runge-Kutta,DIRK)用于推导电磁暂态各元件的等值模型并且针对该数值积分方法提出了一种开关时刻自校正插值方法。该方法通过调整参数,灵活改变积分步长,即可完成开关时刻自校正过程,仅需要经过1次插值和调整参数即可完成插值和快速同步化过程。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

电力系统动态过程的柔性自校正仿真方法

电力系统动态过程仿真的效率和数值稳定性常常受到刚性的困扰.通过对非线性动态系统刚性特征的分析和再思考指出:刚性时空分布的局部性为柔性化提供了基础.其次,文中提出了自适应柔性分组策略和具有自校正积分措施的变量组协调策略.通过对变量组别划分、相对步长因子调整、最小积分步长调整3种自适应策略的统一处理,可以动态地控制变量组别的变化和积分步长的调整,在保证精度的前提下放开了较慢变量的步长,避免了传统方法所有变量采用相同步长进行积分导致计算效率低下的缺陷,克服了现有变量分组方法难以做到同时自适应调整多个控制参量的不足,使计算效率得到了显著提高.     

基于不完全信息多阶段对策的复杂电网连锁故障防御模型

为防御由连锁反应故障引发的大停电事故提出一种基于不完全信息多阶段对策的复杂电网连锁故障防御模型。鉴于无法掌握连锁故障各个阶段的事故状态信息,提出负载严重程度和母线电压跌落严重程度表征"不完全信息"情况下元件故障对系统造成的影响。结合对策理论,模型对连锁反应故障不同阶段的电网进攻方当前策略进行辨识并求取其支付函数。根据进攻方支付函数的大小,防御方通过计算直流潮流灵敏度矩阵和负荷节点电压灵敏度矩阵采取相应的防御策略,同时对电网各元件进行快速越限系数计算,预测进攻方下一轮策略。模型为连锁故障初级阶段的调整措施和快速反应阶段的紧急控制措施提供了直观依据。算例仿真验证了该模型的准确性和有效性。     

含双馈感应发电机的电网多步长快速暂态仿真

为提高含双馈感应发电机(doubly-fed inductiongenerator,DFIG)的电网暂态仿真效率,提出一种多步长快速暂态仿真方法。该方法在系统积分步长不变的情况下,通过可变参数改变双馈感应发电机模型的积分步长。对双馈感应发电机模型在改变后的步长下进行数值计算,此过程无需求解电力系统网络方程,当双馈感应发电机模型的积分时间和系统积分时间同步时,双馈感应发电机模型与系统其他元件统一进行精确的数值计算。简单系统和经典电力系统的仿真计算结果表明,所提仿真方法计算速度快、精度高,是一种有效、实用的计算方法。     

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

一种计及多重开关的电力电子时域仿真插值算法

电力电子技术的广泛应用对含有电力电子装置的电力系统电磁暂态仿真提出了新的要求与挑战。提出了一种适于非实时仿真并计及多重开关动作的电力电子时域仿真插值算法。该算法通过插值确定开关动作的准确时刻,解决了定步长方法中仿真步长与开关动作时刻不一致的问题,之后在开关动作时刻以半步长后向欧拉法的试探积分考虑了常见的同步开关动作问题,同时对于这一过程中可能出现的多重开关动作将在开关动作后的半个步长时刻对系统的各个量进行重初始化,从而得到该时刻正确的网络拓扑和系统初值,消除了开关动作引起的数值振荡问题。最后,通过两个算例详细比较了本文算法与PLECS的仿真结果,验证了算法的有效性,仿真结果表明本文的算法对步长的增加不敏感,同时具有较高的稳定性和数值精度。     

一种两阶段变步长最大功率点控制策略

对光伏电池板的数学模型及其输出功率与占空比的函数关系进行分析,提出了一种两阶段变步长最大功率点跟踪策略。利用Matlab/Simulink仿真软件建立了基于状态方程的光伏系统仿真模型。通过仿真对比分析了扰动观测法、模糊控制策略、变步长控制策略和两阶段变步长控制策略,仿真结果表明两阶段变步长有良好的快速性和稳定性。最后搭建硬件实验平台,实验结果验证了所提控制策略的正确性。     

基于保护关联域的防连锁跳闸策略

由潮流转移引起的连锁跳闸事件是引发大停电事故的重要因素之一。根据潮流转移发生后线路测量阻抗的变化,提出基于保护关联域的防连锁跳闸策略。该策略通过区域信息快速搜索过负荷线路,并在后备保护动作延时之内快速完成过负荷线路上后备保护的重新整定,即防止了过负荷线路上的后备保护误动切除无故障线路,又使后备保护具有切除被保护线路上可能出现的短路故障的能力。以新英格兰10机39节点系统为样例,采用 BPA 仿真验证了该方案的有效性。     

高压直流输电系统线路接地故障过程研究

借助直流输电系统的等效模型,分析了线路发生接地故障瞬间各特征量的变化情况。以天广直流输电系统为例,根据其基本控制策略,结合实时数字仿真系统仿真结果,分析了在接地故障情况下,如何通过控制方式的切换减缓故障的发展,保证系统的运行,并指出这一阶段各特征量的变化特点。以便于设置合理的后备保护,迅速检测、切除线路故障。     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

大停电事故后的系统网架恢复

建立了系统从树状网络恢复到环状网络过程的数学模型,并开发了相应的算法,求取线路最佳的投入次序问题。优化算法的目标函数是系统在各接线状态下可恢复负荷量最大、发电机的出力调整量最小。算法采用逆向搜索策略,即先投入所有待恢复线路和负荷,然后再依次断开直至系统初始状态。每次断开线路后,都调用最优潮流算法求负荷、发电机出力调节量,但负荷量只减不增,这样已恢复的负荷不会因为线路潮流或线路合闸角越限再次切除。提出并讨论了2种线路开断策略,分析了仿真计算结果,提出一种改进策略。以New England-39节点和IEEE-30节点为算例验证了所提算法在不同初始条件下的效果。     

基于三步隐式Adams法的暂态稳定约束最优潮流模型

基于时域仿真的暂态稳定约束最优潮流问题存在方程规模庞大、计算时间长、内存消耗大等问题。为此,提出了多步积分格式的差分转子运动方程,建立了基于三步隐式Adams法的暂态稳定约束最优潮流模型。采用的Adams法具有四阶精度,可采用大步长进行数值积分,且结构简单、易于实现。为保证算法的鲁棒性,提高计算效率、降低内存消耗,采用了原始—对偶内点法与减空间法相结合的减空间内点法。对9至300节点等5个系统的计算结果表明,所提出的方法在相同精度的情况下,与隐式梯形减空间法相比,可提高计算速度5倍以上,已接近在线应用的水平。     

An improved GSO method for discontinuous non-convex transient stability constrained optimal power flow with complex system model

Transient stability constrained optimal power flow (TSCOPF) is an important tool for power system planning and operation. In the paper, a discontinuous non-convex TSCOPF model with many minima is proposed to fully consider the generation valve-point effects and prohibited operation zones (POZs). Though the model is hard, it is general and flexible not only to accommodate any complex system components and discrete control variables, but also to be solved with any state of the art heuristic solution methods. Furthermore, an improved Group Search Optimization (IGSO) algorithm based on backward searching strategy, Cauchy mutation and inheritance operator is tailored to solve this challenging discontinuous non-convex problem. Four comprehensive case studies on the WSCC 9-bus system, New England 39-bus system, and IEEE 145-bus system have confirmed the validity of proposed discontinuous non-convex TSCOPF model and the outperformance of IGSO solution method compared with seven representative artificial intelligence algorithms.     

风力发电机组的有功控制研究

阐述了随着风力发电技术的迅速发展,以风能为基础的风力发电在全球的应用越来越广泛,风力发电在电力能源中所占的比例也越来越高。提出了由于风能的随机性和偶然性,使风力发电并网运行时产生很多技术问题,如有功调节能力差、电能质量差等,这些已成为制约风力发电大规模发展的主要问题。因此,研究含双馈风力发电机组的有功-频率调节对风电大规模利用具有非常重要的现实意义。以IEEE-9节点为例,介绍了双馈风电机风能捕获原理,提出风力发电机的有功调节-调频控制策略,并通过仿真验证了控制策略的有效性。     

考虑运行损耗的故障限流器布点优化和容量选择

为完善串联谐振型故障限流器的系统侧应用技术,提出了一种考虑运行损耗的故障限流器布点优化和容量选择方法。初步构建了一个以全网损耗增量和限流电抗值总和最小为目标函数,以母线短路电流、母线电压、限流器阻抗及其安装候选位置为约束条件的数学模型。借助PSS/E和Matlab粒子群算法工具包,实现了该优化问题的求解。案例研究在一个修改的IEEE-39节点系统中展开,不同台数优化安装方案的比较结果表明,该方法是有效的。其模型引入了网损变量,完善了传统目标函数中的经济性指标。     

含新型统一潮流控制器的电力系统安全校正模型

统一潮流控制器(UPFC)串联侧和并联侧接于不同母线的新型拓扑使得UPFC的传统稳态模型难以适用,灵敏度类安全校正方法忽略了无功功率的影响,可能会引入新的不安全因素。基于此,提出一种适应性更强的UPFC稳态模型,并提出一种含UPFC的潮流计算优化模型。在考虑无功功率的影响后,引入0-1变量将安全校正问题转化为以调整设备数目最少和调整量最少为目标的多目标优化问题。然后,通过权重区分发电机节点和负荷节点,减少切负荷动作的发生。最后,利用极大值法将多目标优化问题转化为单目标优化问题,降低模型求解难度。116节点实际等值系统的算例测试表明,所述安全校正模型可利用最少的调整设备和调整量,消除系统过载故障。UPFC参与调控可提高系统安全校正效率。     

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流

在分析多故障暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSCOPF)轨迹灵敏度法存在问题的基础上,提出基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定度约束最优潮流计算方法.根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定约束最优潮流模型中引入严格的暂态稳定判据,并应用轨迹灵敏技术提高计算效率.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,分别在暂念稳定约束中分别加以处理,可快速地进行放障筛选.同时,对于小稳定故障不需要寻找临界稳定轨迹,可节省大量的仿真时间.在3机、10机和20机系统上的仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

基于节点不平衡功率的电力系统输电能力分析

通过节点不平衡功率概念的引入,将电网的最大传输能力问题描述成为一个最优潮流模型,改变了过去给定负荷增长方向的假设,使得到的计算结果更有实际意义。并以梯度最优潮流算法进行求解,在处理不等式约束时采用了罚函数方法,而惩罚因子的计算是通过拉格朗日函数的对偶性质来完成的,该方法经过IEEE-30节点系统的检验证明是非常有效的。     

A two stage model for rotor angle transient stability constrained optimal power flow

Transient stability constrained optimal power flow (TSCOPF) is a nonlinear optimization problem with both algebraic and differential equations. This paper utilizes the Imperialist Competitive Algorithm (ICA) as an evolutionary optimization algorithm and Artificial Neural Network (ANN) to develop a robust and efficient two stages scheme to solve TSCOPF problem. In the first stage an Artificial Neural Network is constructed to predict the rotor-angle transient stability margin, and is then incorporated in the TSC-OPF as the transient stability estimator. To solve the proposed TSC-OPF problem the ICA is used as the optimizer. The performance of the proposed method is verified over the WSCC three-machine, nine-bus system under different loading conditions and fault scenarios.