电力系统动态仿真的灵敏度分析

电力系统动态仿真既是电力系统动态安全分析与控制的基本工具，也是电网调度部门指导电力生产的主要依据，因此,动态仿真的准确程度直接关系到电力系统的安全经济运行。然而电力系统是高维、多变量的复杂非线性系统，影响其仿真可信度的因素众多，因此分析电力系统动态过程对参数、特别是对控制器参数的灵敏度尤为重要。文中通过比较任意摄动参数在微分代数方程动态解的泰勒展开多项式中的系数，获得求取电力系统动态灵敏度的方程，解决了参数奇异点处的灵敏度计算问题。并进一步对方程的动态特性，特别是对电力系统控制器参数的灵敏度进行了讨论。依据所提出的方法，以单机对无穷大系统与IEEE 10机39节点系统为例，计算了IEEE-EA型励磁系统参数对系统动态过程的影响，并对其动态特征进行了分析。     

电力系统动态仿真的灵敏度分析

电力系统动态仿真既是电力系统动态安全分析与控制的基本工具,也是电网调度部门指导电力生产的主要依据,因此,动态仿真的准确程度直接关系到电力系统的安全经济运行。然而电力系统是高维、多变量的复杂非线性系统,影响其仿真可信度的因素众多,因此分析电力系统动态过程对参数、特别是对控制器参数的灵敏度尤为重要。文中通过比较任意摄动参数在微分代数方程动态解的泰勒展开多项式中的系数,获得求取电力系统动态灵敏度的方程,解决了参数奇异点处的灵敏度计算问题。并进一步对方程的动态特性,特别是对电力系统控制器参数的灵敏度进行了讨论。依据所提出的方法,以单机对无穷大系统与IEEE10机39节点系统为例,计算了IEEE-EA型励磁系统参数对系统动态过程的影响,并对其动态特征进行了分析。     

电压稳定裕度对于参数的灵敏度的直接计算方法

对于含参数的微分代数电力系统模型,鞍结分岔是静态分岔中最为普遍存在的一种分岔,往往导致电压振荡直至崩溃。而电压稳定裕度容易受到系统参数的影响,即所谓的稳定裕度对参数的灵敏度。为此给出一种解线性方程组直接求解电压稳定裕度对参数的灵敏度的新方法。该方法只需求解左端系数为扩展潮流Jacobi矩阵的线性方程组,避免了零特征值对应的左特征向量的迭代求解,计算量小,计算速度快,尤其适用于研究静态电压稳定性。IEEE标准的118母线检测系统仿真验证了该方法对于电力系统负荷裕度灵敏度计算的有效性。     

根据量测轨迹计算多机电力系统轨迹灵敏度的新方法

轨迹灵敏度是电力系统动态安全分析的重要工具。文中提出一种多机电力系统中基于轨迹计算轨迹灵敏度的新方法。基于多机电力系统模型,构建了多机电力系统中轨迹和轨迹灵敏度之间的数学关系,提出了基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法,仅基于轨迹之间的相互卷积即可直接计算多机系统轨迹对元件参数的灵敏度。对New England 10机39节点系统进行了仿真分析,结果验证了该方法的有效性。基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法揭示了电力系统中轨迹灵敏度与轨迹之间的物理联系,可以避免仿真参数的误差对轨迹灵敏度计算的不利影响,为基于轨迹分析电力系统动态行为提供了新的途径。     

确定非均匀传输线网络时域灵敏度的伴随网络法

基于模量分析、特征值灵敏度和数值逆拉普拉斯变换技术,提出采用伴随网络法计算含有耦合均匀与非均匀传输线网络的时域灵敏度。通过求解原网络方程和伴随方程,可一次计算出任意输出对网络元件以及传输线电气参数的灵敏度,与扰动法相比效率更高。通过仿真实例与采用扰动法的计算结果进行比较,验证了所提方法和公式的正确性。     

基于Pade近似的时滞电力系统特征值计算方法

考虑广域反馈时滞后,电力系统的特征方程含有超越项,试图通过直接求解该方程得到系统的关键特征值变得非常困难。文中利用Pade近似有理多项式来逼近时滞环节,提出了一种计算时滞电力系统部分特征值的方法。将Pade近似有理多项式转化为状态空间表达式并进行平衡化处理,通过与无时滞电力系统和广域阻尼控制器相连接,建立时滞电力系统的线性化模型。根据系数矩阵的稀疏特性,可以利用稀疏特征值算法求解系统的部分特征值。该方法使得沿用常规电力系统小干扰稳定性的特征值分析方法理论和框架来分析时滞电力系统的小干扰稳定性和设计广域阻尼控制器成为可能。2区4机和新英格兰10机39节点算例系统的特征值及其对时滞的灵敏度计算结果表明,该方法能够较准确地求解与时滞系统中动态元件相关的部分特征值,正确求解与时滞环节相关的特征值个数和计算精度与有理多项式的阶数有关。     

基于快速解耦的电力系统连续潮流并行计算方法

为提高大型区域互联系统连续潮流的计算效率,提出一种改进的基于快速解耦电力系统连续潮流并行计算方法.通过在校正阶段采用快速解耦法求解潮流方程,根据系统的阻抗参数和功率增长方向构造修正方程组的系数矩阵,对潮流方程修正方程组进行预处理,并采用基于CPU-GPU混合架构加速的稳定双共轭梯度法进行求解.基于IEEE-118节点系...     

计及不确定性的电力系统时域仿真的区间算法

由于模型参数的近似处理和量测误差的存在，电力系统仿真模型参数的数值具有不确定性，特引入区间分析方法来处理电力系统仿真计算中的不确定性问题，并采用区间数来描述模型参数的不确定性，将方程变量取为区间变量。这样，计及不确定性的电力系统时域仿真计算变成了对区间微分方程组的求解，需要采用区间积分方法。文中采用区间泰勒级数法进行区间微分方程组的求解，提出和实现了计及不确定性的电力系统时域仿真的区间方法。该方法只需一次仿真计算，就可以严格分析单个或多个模型参数的不确定性对仿真结果的影响，相比于另一种进行不确定性分析的蒙特卡罗方法，具有计算时间节省的优点。采用WSCC 3机9节点算例系统的计算结果与传统时域仿真的点值法和蒙特卡罗方法的结果比较，也验证了方法的有效性和应用价值。 关键词：；；；；     

基于广义多项式混沌法的电力系统随机潮流

近年来,随着风、光电源的大量接入,系统运行的不确定性增大,考虑了系统运行随机因素的随机潮流受到更广泛的关注。提出了一种基于广义多项式混沌法的电力系统随机潮流计算方法。该方法利用广义多项式混沌法的正交多项式逼近思想,将系统的随机性分离至正交多项式基,并利用直角坐标潮流方程的二次性避免非线性潮流方程展开的高阶截断误差,进而利用随机Galerkin法,将随机潮流方程转换为一组确定性方程,通过此方程的求解获得随机潮流状态变量的正交多项式逼近系数,由此系数可获得相关变量的期望和方差,并可结合蒙特卡洛仿真,获得变量的概率密度。IEEE 9节点系统的算例表明,该方法的计算误差大致随多项式逼近阶数的上升而指数下降,通常条件下三阶逼近即可获得较高的精度,具有比蒙特卡洛仿真法更高的计算效率。     

电力系统稳定计算中的快速解网方法：伪牛顿法

为了解决电力系统稳定计算中网络方程求解费时过多的问题,本文在牛顿一拉夫逊法潮流计算的基础上导出了网络方程求解的新方法——伪牛顿法。该方法考虑了发电机的凸极效应及负荷的综合特性,由于在一定时间段内不修正或少修正雅可比矩阵中的元素及采用三角分解等矩阵运算,从而节约了大量的机时,提高了效率。该方法具有较好的收敛性并已用于电力系统中期动态模拟中。     

Constructing numerically stable Kalman filter‐based algorithms for gradient‐based adaptive filtering

This paper addresses the numerical aspects of adaptive filtering (AF) techniques for simultaneous state and parameters estimation arising in the design of dynamic positioning systems in many areas of research. The AF schemes consist of a recursive optimization procedure to identify the uncertain system parameters by minimizing an appropriate defined performance index and the application of the Kalman filter (KF) for dynamic positioning purpose. The use of gradient‐based optimization methods in the AF computational schemes yields to a set of the filter sensitivity equations and a set of matrix Riccati‐type sensitivity equations. The filter sensitivities evaluation is usually carried out by the conventional KF, which is known to be numerically unstable, and its derivatives with respect to unknown system parameters. Recently, a novel square‐root approach for the gradient‐based AF by the method of the maximum likelihood has been proposed. In this paper, we show that various square‐root AF schemes can be derived from only two main theoretical results. This elegant and simple computational technique replaces the standard methodology based on direct differentiation of the conventional KF equations (with their inherent numerical instability) by advanced square‐root filters (and its derivatives as well). As a result, it improves the robustness of the computations against round off errors and leads to accurate variants of the gradient‐based AFs. Additionally, such methods are ideal for simultaneous state estimation and parameter identification because all values are computed in parallel. The numerical experiments are given. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于轨迹灵敏度的动态等值模型参数分类优化方法

电力系统动态等值模型必然存在一定误差,边界联络线功率对等值模型参数的轨迹灵敏度揭示了等值模型误差与模型参数之间的量化联系,可据此优化等值模型参数。为此,提出了基于轨迹灵敏度的动态等值模型参数分类优化方法。首先,介绍了轨迹灵敏度及其计算方法;然后,讨论了考虑综合负荷的电力系统动态等值模型的一般结构,根据不同参数轨迹灵敏度的特点,将模型主导参数划分为静态、动态主导参数进行分类优化;最后,将算法应用于IEEE10机39母线算例系统,对等值模型中的虚拟阻抗、惯性时间常数、定子电抗及转子电阻等参数进行了优化。仿真结果表明,该方法能有效提高等值模型精度,且所需计算量小,优化速度快,具有良好的应用前景。     

配电网区间线性三相潮流的非迭代仿射求逆计算方法

现有配电网区间潮流计算大多是以迭代法为基础扩展得到的,需要进行多次区间迭代以获取收敛的潮流解,因而存在收敛性和计算效率低下问题。为此,文中将线性三相潮流算法与仿射求逆方法相结合,提出了一种配电网区间线性三相潮流的非迭代仿射求逆计算方法。所提方法采用仿射数描述区间变量间的相关性,将潮流方程转化为仿射线性潮流方程,并引入仿射矩阵求逆方法对其进行求解。该方法无须迭代,不存在收敛性问题。最后采用多个三相不平衡系统作为算例,通过与其他3种方法的分析比较,验证了所提算法的性能。结果表明,所提算法兼具高效性和低保守性优点,且性能稳定。     

特征值灵敏度方法及其在电力系统小干扰稳定分析中的应用

随着电力系统的发展,特别是大区互联电网的出现和扩大,小干扰稳定性问题日益突出。为了满足小干扰稳定性分析的要求,介绍了3种特征值灵敏度——特征值对元件参数、传递函数和运行参数的灵敏度计算方法,并分析了其在电力系统小干扰稳定中的应用。这3种特征值灵敏度能够弥补现有分析方法的不足,有效地指导某些装置或系统的参数设计与选址,以及调整系统的运行方式,以改善小干扰稳定性,抑制低频振荡的发生。基于灵敏度的发电重新调度法,通过合理分配系统发电机出力,使事故下受小干扰稳定约束的电力传输最大化,是小干扰稳定问题的有效解决途径之一。因此在现有的小干扰稳定分析程序中增加特征值灵敏度的快速计算功能是十分必要和迫切的。     

根据量测轨迹计算轨迹灵敏度的卷积法

轨迹灵敏度刻画系统中某一参数、初始条件发生微小变化时系统动态轨迹的变化程度。轨迹灵敏度已应用于参数辨识、动态安全分析等电力系统研究领域。直接由定义计算轨迹灵敏度通常依赖于数值积分的方法,不仅计算费时,模型和参数的误差会影响轨迹灵敏度的计算结果,而且不能充分揭示轨迹灵敏度的物理本质。文中提出一种基于量测轨迹的轨迹灵敏度计算方法,可以克服上述缺点。将时域响应轨迹变换到复频域后,根据轨迹在复频域上的分析性质,证明了轨迹灵敏度可以表示为系统的阶跃响应轨迹与脉冲响应轨迹的卷积或它们的线性组合。电力系统算例表明所提出的方法简捷、有效、可行。     

Evaluating the impact of uncertain parameters in power system dynamic simulations

There are typically uncertain parameters in power system models. This paper presents a computational method for evaluating the effect of parameter uncertainty on the dynamic behaviors of power systems. The effect of parameter uncertainty is represented by system trajectory or performance bounds around nominal values. Based on the notion of optimal power flow with transient stability constraints, a set of nonlinear optimization problems is formulated to determine the upper and lower bounds of system trajectories. A successive linear programming approach is suggested to solve these nonlinear optimization problems. The proposed method is evaluated by several test systems. The results show that the proposed method is valid and potentially useful in quantifying the effect of parameter uncertainty in power system dynamic simulations.     

Application of dynamic rating to increase the available transfer capability

As the deregulated environment of power systems has spread worldwide, it is essential to operate power systems efficiently and economically. With the advance of communication technologies and sensors, so‐called dynamic rating is now to be realized. Dynamic rating is a method which determines accurate ratings by utilizing real‐time information such as conductor temperatures, ambient temperatures, and wind speeds. The dynamic rating is considered to increase the thermal capacities of overhead transmission lines and therefore take on importance in the deregulated electric power industry. The importance of the dynamic rating lies mainly in the area of Available Transfer Capability (ATC) improvement. In this paper, the validity of the proposed dynamic rating application is shown from the viewpoint of ATC, especially ATC with thermal constraints. In addition, the possibilities of ATC estimations using sensitivities are verified for the purpose of reducing calculation time, considering the importance of real‐time simulation of ATC. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(4): 40–47, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20537     

Loss sensitivity formulas by adjoint networks

This paper presents a new set of formulas for computing power system loss sensitivities with respect to power system parameters. They are derived in the context of Tellegen's theorem and the concept of adjoint networks. The formulas are explicit, showing the combination of the power network quantities and the adjoint networks quantities. The formulas deal with branch-related and node-related parameters with equal ease. Data and numerical results for the adjoint quantities and for the sensitivities are presented.     

直接计算动态电压稳定Hopf分岔点的方法

对于一个n维电力系统,若用直接法求解Hopf分岔点,需要解1个3n+2维的方程组,计算量大,易陷入维数灾。该文提出一种降阶求解动态电压稳定Hopf分岔点的新技术,其特点是将直接法的3n+2维牛顿迭代方程组降为n+2维线性方程组求解。与传统直接法相比,该方法计算量小,适用于大型电力系统动态电压稳定的分析计算。2个典型电力系统动态模型的算例验证了其可行性和高效性。     

A coherency based rescheduling method for dynamic security

For on-line dynamic security analysis, the preventive control or remedial action should be an integral part of the function if instability for a contingency is detected. Research done so far in on-line remedial action has been in rescheduling generation and most of the suggested methods for determining such preventive control use the sensitivities of the stability energy margin to the generator power injections. In this paper, a new coherency based sensitivity method is proposed for generation rescheduling. Different coherency indices have been defined and then compared by ranking the contingencies according to these indices as well as the energy margin index. Since the coherency indices are always functions of the rotor angles, the sensitivity trajectories of a coherency index, such as the most critical rotor angle, with respect to changes of generation can be calculated at every time step of the integration process. This paper suggests that these sensitivities calculated shortly after fault clearing be used for rescheduling the generation. The calculation of these sensitivities are obviously faster than the calculation of the energy margin sensitivities. This paper also shows, with test results using several different systems, that the rescheduling achieved by this method provides the necessary remedial action. It is also noted that this method is intuitively more direct as it uses the sensitivities of the worst affected generator angles for rescheduling