再论暂态能量函数和临界能量

在多机系统中严格的能量型李雅普诺夫函数是不存在的。不管是认为全部暂态 能量还是认为某特定的子集应该对暂态稳定负责，都有物理概念上的漏洞。 本文是题为《不可积项和临界能量--关于暂态能量函数的几个注释》一文的续篇。本文进一步澄清了一些观点，并且指出一般认为是强假设的EEAC法的PCOA两机等值实际上与所谓的动能校正是一致的，并可从后者的假设条件中推演出来。 不断提高各种直接法的精度是重要的研究方向，但是要求一个启发式的方法在任何情况下都保持高精度是不现实的。本文介绍一种已获成功的新思路，即把大误差的算例检测出来。下一步将是对检测出的算例进行误差修正。     

暂态能量函数的动力学机制

本文分析了全阶Ｐａｒｋ模型下同步发电机机电暂态能量转换机制，为暂态能量函数法成功地应用于详细模型下多机电力系统暂态稳定分析之中奠定了物理基础。同时也阐明了用参变量法构造暂态能量函数的局限性。     

详细模型下的暂态能量函数法研究

基于同步发电机机电暂态能量转换机制，本文系统构造了适应于不同详细模型的暂态能量函数，并拓展了ＰＥＢＳ法，使之有效地分析详细模型下多机电力系统的暂态稳定性。     

暂态能量较正和临界识别——三论暂态能量函数直接法

当前流行的直接法都采用了基于两群模式的暂态能量函数，认为多机系统的暂态稳定性仅取决于该特定扰动下的两个互补机群间的相对运动，并据此对群内的能量进行了校正。显然，校正中的不一致性将会引入误差。另一方面，群际能量并不是封闭的，它和群内能量之间的互相转换是这类直接法的一个重要差源。当同一群的各机动态响应相差甚远时，这种情况可能变得十分严峻。本文综合分析了暂态能量的校正问题，并介绍了在保持EEAC言简意赅特点的前提下尽量少此类误差方面所取得的最新成果。 在所有针对群内动能或势能进行校正的直接法中，临界群和余下群的速度或功角对暂态能量的作用是相反的。正确识别临界群是直接法的速度优势。这个长期困扰着直接法的问题最近也被出色地解决了。本文对有关的成果和下一步需要解决的问题进行了讨论。     

基于改进能量函数法的暂态稳定评估应用研究

电力系统暂态稳定评估（TSA）关系到电力系统安全稳定运行,传统的TSA分析方法——能量函数法虽然可靠有效,但仍存在问题。本文通过分析能量函数法所涉及的模型的建立、能量函数的构造、临界能量的确定,指出存在的问题,提出改进建议。     

电力系统微分代数模型的奇异性和多能量函数面

研究了电力系统微分代数模型的奇异性和定义在约束流形上的能量函数面等,将抽象的概念在简单的2机单负荷3节点系统中以图形形象地说明,考察了该系统在恒功率负荷模型和一种动态负荷模型下的代数约束曲面、奇异点、多能量函数面、平衡点等随系统负载的变化情况。采用小扰动稳定性分析法、结构保持能量函数法和时域仿真法证实了该小系统在恒功率负荷模型下存在非正常运行点的稳定平衡点,并解释了一般时域仿真法不能处理该平衡点的原因。所得研究成果揭示了微分代数模型与奇异扰动模型的本质区别、奇异性与系统模型和系统负载的联系、结构保持能量函数法可能具有的内在保守性等,这对深入理解电力系统微分代数方程模型的拓扑结构、结构保持能量函数法和暂态电压稳定及其与功角稳定的关系具有一定的价值。     

暂态能量校正和临界群识别：三论暂态能量函数直接法

当前流行的直接法都采用了基于两群模式的暂态能量函数,认为多机系统的暂态稳定性仅取决于该特定扰动下的两个互补机群间的相对运动,并据此对群内的能量进行了校正。显然,校正中的不一致性将会引入误差。另一方面,群际能量并不是封闭的,它和群内能量之间的互相转换是这类直接法的又一个重要误差源。当同一群内的各机动态响应相差甚远时,这种情况可能变得十分严峻。本文综合分析了暂态能量的校正问题,并介绍了在保持EEAC言简意赅特点的前提下尽量减少此类误差方面所取得的最新成果。 在所有针对群内动能或势能进行校正的直接法中,临界群和余下群的速度或功角对暂态能量的作用是相反的。正确识别临界群是直接法成功的基本前提,而有效地推荐候选的临界群,使需要试探的候选群数目尽量减少则关系到直接法的速度优势。这个长期困扰着直接法的问题最近也被出色地解决了。本文对有关的成果和下一步需要解决的问题进行了讨论。     

负荷模型对基于能量函数的扰动源溯源的影响研究

电力系统规划、运行、控制、设计都依赖仿真完成.仿真的准确度关系到电力系统的安金稳定运行,负荷模型对仿真结果的影响更是不容小视.针对基于能量函数的共振型低频振荡扰动源溯源方法,在仿真软件PSS_E环境下,选取了几种具有代表性的负荷模型,验证了能量函数法在不同负荷模型下的溯源效果,分析并讨论了负荷模型对基于能量函数的共振型低频振荡扰动源溯源的影响.     

暂态能量函数方法的新近进展

综述了暂态能量函数方法在电力系统动态安全评定方面在国内外的新近进展,也包括著者所在研究组的工 作,主要内容涉及暂态能量函数中的位能修正、 位能边界曲面(PEBS)判据在网络结构保持模型下的拓广、稳 定域边界上的主导不稳定平衡点(BCU)的有效解法,以及在网络结构保持模型下用灵敏度方法预测稳定极限 的方法。并提出一种综合直接法,它是以故障点是否发生在机端为标记,综合运用PEBS法与BCU法分别求取 临界能量以及用灵敏度技术分析稳定裕度变化和结合连续潮流技术求取稳定极限     

端口能量及其在风电系统暂态稳定分析中的应用

大规模风电接入后,研究计及风电的能量函数法有助于提高稳定评估的计算速度,并为稳定控制提供灵敏度信息。在结构保留能量函数的启发下,提出端口能量的概念,证明了采用端口能量的系统总能量是系统的能量函数;证明了端口能量的能量聚集效应;分析了采用端口能量计算对象系统的暂态能量给暂态稳定评估带来误差的原因;基于端口能量,提出了包含风电的暂态稳定能量函数分析方法。不同场景下的临界切除时间对比分析验证了所提能量函数法的有效性。在精度方面,各个场景下所提能量函数法比时域仿真法保守0~0.02s,在速度方面,所提能量函数法比基于时域仿真的二分法和逐步法快3~26倍。     

暂态能量函数方法的新近进展

综述了暂态能量函数方法在电力系统动态安全评定方面在国内外的新近进展,也包括著者所在研究组的工作,主要内容涉及暂态能量函数中的位能修正,位能边界曲面（ＰＥＢＳ）判据在网络结构保持模型下的拓广,稳定域边界上的主导不稳定平衡点（ＢＣＵ）的有效解法,以及在网络结构保持模型下用灵敏度方法预测稳定极限的方法,并提出了一种综合直接法,它是以故障点是否发生在机端的标记,综合运用ＰＥＢＳ法与ＢＣＵ法分别求取临界能量     

快速计算电力系统暂态稳定极限

能量函数法是分析电力系统暂态稳定问题的一个非常有效的方法。本文首次推导了严格的单 机能量函数灵敏度分析的全套解析公式。然后,利用能量函数法中已有的假设条件,提出了一 套快速算法,使在运行能量函数法的同时,只需增加极少的计算量,便可进行灵敏度分析和快 速计算系统暂态稳定极限。     

交直流混联系统的能量函数构造方法综述与探究

能量函数法是对电力系统进行暂态稳定分析的有效方法。如何运用能量函数法对交直流混联系统进行暂态稳定分析一直是一个重要研究方向。交直流系统能量函数的构造是应用该方法的关键。该文从交直流系统模型与能量函数构造方法两个角度出发,综述近年来在交直流系统能量函数构造方面的研究成果,针对现有能量函数无法准确反映交流系统与直流系统之间交互动态的不足,说明需要构造考虑直流动态且计及换流母线交流电压变化的交直流系统结构保持能量函数。进一步,基于变量拟合法探究交直流系统能量函数的构造方法,并阐明构造过程中的技术瓶颈。     

基于能量函数法的含虚拟惯性控制直驱风电场内部暂态同步稳定性分析

直驱风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,锁相环同步失稳易引发风电场大规模脱网。为此提出一种基于能量函数法的直驱风电场内部暂态同步稳定性定量分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特性的影响,对直驱风机并网控制系统进行降阶。然后,在降阶控制系统的基础上,推导出计及惯性控制和外环控制影响的直驱风机广义摇摆方程。基于广义摇摆方程,利用首次积分法建立机组级风机暂态能量函数,在直驱风电场等效线路模型的基础上进一步推导出多风机暂态能量函数,并采用势能界面法确定系统临界能量值。最后,在直驱风电场四机系统中进行仿真分析,证明了该能量函数的有效性和准确性,并进一步分析了惯性控制参数对同步稳定性的影响。     

一种基于故障轨迹的暂态能量裕度计算方法

基于系统故障轨迹求取系统暂态能量裕度可以解决暂态能量函数法的模型适应性问题,在电力系统暂态稳定评估中具有重要意义。深入研究了去掉线性路径假设导致的部分区间内无法沿故障轨迹计算暂态势能的问题,并提出以故障清除时刻为暂态势能参考点和补偿裕度的概念,给出了一种沿故障轨迹的暂态能量裕度计算方法。仿真计算表明了该方法的有效性。     

一种基于故障轨迹的暂态能量裕度计算方法

基于系统故障轨迹求取系统暂态能量裕度可以解决暂态能量函数法的模型适应性问题,在电力系统暂态稳定评估中具有重要意义.深入研究了去掉线性路径假设导致的部分区间内无法沿故障轨迹计算暂态势能的问题,并提出以故障清除时刻为暂态势能参考点和补偿裕度的概念,给出了一种沿故障轨迹的暂态能量裕度计算方法.仿真计算表明了该方法的有效性.     

基于能量函数高阶Taylor级数展开技术的直接法

本文提出了一种基于能量函数高阶Ｔａｙｌｏｒ级数展开技术的电力系统暂态稳定性直接法。该方法首先推导出动能、势能和总能量的各阶导数，然后形成动能、势能和总能量的高阶Ｔａｙｌｏｒ级数展开式，并在此基础上快速求取临界故障切除时间。实例分析表明，本文方法具有准确度高、速度快的特点，可以用于电力系统暂态稳定性的快速分析。     

暂态能量函数的动力学意义思考

本文从动力学角度分析暂态能量函数的由来及物理机制。在此基础上,论证了相对于故障前稳定平衡点的暂态能量函数的合理性;指出功能转换及守恒关系不仅对于全系统,而且对于任何发电机都成立,发电机间、机群间都不存在着暂态能量的交换;分析了多机系统的临界能量点与相关不稳定平衡点不重合的原因;认为临界受扰轨迹和临界能量点的恰当处理是进一步提高暂态能量函数法暂态稳定性分析精度的关键。     

用于电力系统电压稳定研究的能量函数法

根据潮流方程的多解性和分歧现象，将启发式能量函数法引入电力系统电 压稳定性分析，从能量的角度对电压稳定进行诠释，提出了考虑能量对负荷灵 敏度分析的ΔV m判据，提高了判别准确度，为系统中电压稳定薄弱区域的识别和不同 规模系统间电压静态稳定性的比较提供了良好的依据。     

修正的暂态能量裕度评估策略

验证了修正的暂态能量函数可应用于部分恒阻抗、部分恒功率的电力系统模型，并在此基础上提出一种新的暂态能量函数评估策略。应用这种策略可以高效大量地滤除对系统稳定性无危害的故障，确定对系统有危害或有危害的故障并分析其修正的暂态能量裕度，更重要的是，这种分析策略可以和系统分析的商业软件如BPA电力系统分析软件等结合使用，以评定系统的稳定指标。为了便于比较不同的故障对系统安全的危害程度，还将修正的能量裕度转化为裕度。文章最后报道了新英格兰10发电机39节点系统及国内华北电网上的验算结果，以说明该分析策略的高效性。