基于CPU-GPU异构的电力系统静态电压稳定域边界并行计算方法

为提升区域互联电力系统静态电压稳定域边界(SVSRB)的构建效率,该文以直接法为基础,提出一种基于CPU-GPU异构的静态电压稳定域边界并行计算方法.该方法首先依据SVSRB拓扑特性,基于边界追踪算法实现直接法求解鞍结分岔(SNB)点时初值的高效选取,克服直接法对初值敏感这一瓶颈;然后结合CPU-GPU异构平台,将直接法求解SNB点计算量较大、计算耗时占比高的修正量求解部分由GPU完成,其他逻辑性强但计算量较低的部分由CPU完成,以实现SNB点的并行求解,降低直接法计算量大、计算复杂度高的不足,从而提升SVSRB的搜索效率;最后以WECC3机9节点测试系统,波兰电网2737节点和3120节点测试系统,欧洲电网7092节点、9241节点、11624节点和13659节点测试系统算例对该文所提方法进行了分析与验证,结果表明所提并行计算方法可实现电力系统静态电压稳定域边界的快速、准确搜索.     

考虑极限诱导分岔的静态电压稳定域

随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用,可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战,电力系统静态电压稳定域（static voltage stability region,SVSR）可以全面分析和监测电力系统电压稳定性,其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题,提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型,根据边界连续且光滑的性质,由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法,构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。     

静态电压稳定域边界的非线性近似解析表达

在电力系统控制决策与运行分析中，对系统稳定运行区域的边界面几何形状的认识具有重要的意义。文中对注入功率空间中静态电压稳定域边界面(即潮流可解域边界)的二次特性进行了深入的探讨。通过对潮流方程雅可比矩阵的行列式在临界点附近进行泰勒级数展开并保留二次项，得到了计及非线性项的边界近似解析表达式。在计算过程中应用了潮流方程特征值和特征向量灵敏度系数的计算。该方法的优点是算法本身不涉及任何非线性方程的迭代求解,且所提出的非线性解析表达式能在大范围内较好地逼近真实稳定域边界。通过IEEE系统的算例对所提出的方法的精确性进行了验证。     

静态电压稳定域边界的非线性近似解析表达

在电力系统控制决策与运行分析中,对系统稳定运行区域的边界面几何形状的认识具有重要的意义。文中对注入功率空间中静态电压稳定域边界面(即潮流可解域边界)的二次特性进行了深入的探讨。通过对潮流方程雅可比矩阵的行列式在临界点附近进行泰勒级数展开并保留二次项,得到了计及非线性项的边界近似解析表达式。在计算过程中应用了潮流方程特征值和特征向量灵敏度系数的计算。该方法的优点是算法本身不涉及任何非线性方程的迭代求解,且所提出的非线性解析表达式能在大范围内较好地逼近真实稳定域边界。通过IEEE系统的算例对所提出的方法的精确性进行了验证。     

一种识别静态电压稳定分岔点的混合方法

基于连续潮流法和崩溃点法,提出了识别和计算极限诱导分岔点和鞍结分岔点的2阶段混合算法。该方法结合了连续潮流法和崩溃点法各自的优点,并能考虑到所有发电机（包括平衡发电机）的功率限制。在第1阶段中应用常规的连续潮流法,加大步长快速穿越崩溃点;第2阶段通过分析比较,选用不同的算法精确识别和计算崩溃点。对IEEE 118节点和IEEE 300节点试验系统的计算结果表明,该算法能准确地识别静态电压稳定崩溃点,并有效地解决连续潮流计算中平衡发电机功率越限问题。     

静态电压稳定域边界的切平面分析

提出了基于全参数空间的静态电压稳定域的2种切平面计算方法：特征向量法和隐函数求导法。2种方法均可考虑各种因素对于电压稳定域的影响。其中隐函数求导法还能够计算状态变量对于独立参数变量的偏导数。在此基础上,建立了从功率注入空间到线路传输功率空间的映射关系,可以解析求出割集功率空阎电压稳定域的超平面近似表达式,从而避免了现有数据拟合算法的局限性,提高了计算速度。此外,文中考虑电力系统运行限制对于电压稳定的影响,提出了实用电压稳定域的概念,并计算了相应的切平面。进一步在电压静态稳定域切平面分析的基础上,提出了3类电压稳定指标,有利于综合评估系统电压稳定水平。IEEE9和IEEE39节点系统的仿真分析表明,所提出的电压静态稳定域的切平面分析法可准确评估系统的电压稳定水平,为电力系统的安全运行提供了决策依据。     

N-1故障电压稳定极限高阶灵敏度快速计算

在利用连续潮流计算得到无故障网络的静态电压稳定临界点的基础上,提出一种快速计算线路故障下静态电压稳定临界点的可靠方法.该方法将单条线路运行状态参数化,通过求解原系统的静态电压稳定临界点对故障线路参数的1至N阶导数,用泰勒级数法进行逼近,从而快速精确的求解出线路故障情况下电压稳定临界点.在求解1至N阶导数时,系数矩阵是同一个矩阵,无需反复形成与分解.该方法计算量小,无需反复迭代.该文方法的可行性与高效性通过在IEEE 30及118母线系统上的算例得以验证.     

基于最优乘子潮流确定静态电压稳定临界点

给出了一种基于最优乘子潮流求静态电压稳定临界点的新方法.与连续潮流或直接法求解电压崩溃点不同,该方法从潮流的可行域外出发,利用潮流迭代过程中最优乘子的值和最小二乘解提供的信息,沿注入功率变化的方向逼近电压崩溃点.给出了判别和计算鞍结型和约束诱导型分岔点的方法,分析了逼近过程中的各种可能情况.对多个算例测试的结果表明:所提出的方法通过几次迭代即可收敛于静态电压稳定临界点,计算结果与应用连续潮流和直接法一致.     

静态电压稳定域边界的二次近似分析

提出基于隐函数求导法的注入空间静态电压稳定域和实用静态电压稳定域边界的二次近似算法。与现有的电压稳定域边界的线性近似方法相比,该方法能在大范围内更加精确地逼近稳定域边界,并能确定电压稳定域边界的凸凹性。进一步,利用状态变量对于参数变量的二次偏导数,给出线路空间中稳定域边界二次近似的解析表达式,进而得到割集空间中电压稳定域边界二次近似的解析表达式。据此可实现静态电压稳定域的可视化,并可指导电力系统的安全运行。IEEE-9和IEEE-39 节点系统仿真验证了所提出算法的有效性。     

直接计算静态电压稳定临界点的新方法

提出一种降阶求解静态电压稳定临界点的新技术。其特点是原直接法的(2n 1)维牛顿迭代方程组可降阶为(n 1) 维线性方程组求解。与解高维方程的传统直接法相比该方法计算量小、易于采用稀疏技术实现,适合于大规模电力系统电压稳定临界点的在线求解。另外,还提出一种利用负荷参数的二阶导数进行临界点预测的新方法,解决了直接法各状态变量及右特征向量的初值难于确定的问题。在 1000母线系统上的计算表明该文方法具有良好的收敛性。     

考虑支路故障情况下的静态电压稳定分析

提出一种用于支路故障情况下静态电压稳定临界点计算的可靠方法。该方法以支路导纳系数为连续性参数,采用类似连续法的预测校正格式,可沿着临界点曲线从故障前系统的电压稳定临界点追踪至各支路故障后的临界点。其中预测及校正方程均采用特殊的矩阵降阶技术求解,所需求解的方程组维数只相当于原来的一半。在IEEE 14及1000母线系统上的算例验证了该文方法的可行性与高效性。     

基于全纯嵌入法的电力系统静态电压稳定性研究

快速准确地计算电压稳定临界点能够有效评估电力系统静态电压稳定性,有利于实现电网安全稳定运行的监测与控制。结合复分析与数值逼近理论,提出了一种基于全纯嵌入法的静态电压稳定性分析方法。首先,构建电力系统潮流的全纯嵌入模型,将电压函数以级数形式解析展开;然后,通过Padé逼近算法,建立电压关于嵌入变量的有理函数解析式,提出一种基于有理函数零极点分布来预测电压稳定临界点的方法;最后,研究幂级数项数、软件的运算精度对电压稳定临界点计算结果的影响。该方法采用非迭代思想,相较于传统的连续潮流法,无需多次求解潮流方程,计算复杂度大大降低,时间优势更加明显。仿真算例验证了所提方法的有效性及准确性。     

基于节点静态电压崩溃概率的电压稳定指标研究

通过对节点静态电压变化模型的分析,提出一种考虑有功与无功相对制约关系及功率因数变化的电压稳定静态指标模型,IEEE30节点系统的仿真结果表明该指标能更敏感地识别出系统的薄弱节点,为静态电压稳定的预防控制提供参考,具有计算量小、速度快、灵敏度高等优点。     

N-1故障状态下电力系统静态电压稳定极限的快速计算

为了快速计算电力系统支路故障状态下的静态电压稳定临界点,提出了一种基于泰勒级数的计算方法。以支路导纳系数为参数,通过求解原系统的静态电压稳定临界点对故障支路导纳系数的1至n阶导数,用泰勒级数法逼近电压崩溃点,从而快速求解出N-1故障情况下电压稳定临界点的精确解。采用该方法对IEEE 30及118母线系统进行验证,结果表明该方法能快速、精确地求得故障状态下的静态电压稳定临界点。