基于电压相量时序轨迹特征的电网静态稳定态势在线评估指标

电网运行环境复杂性、随机性的不断加剧,使得实现电网静态稳定态势的在线评估具有重要工程意义。首先对电网演进趋势与节点电压相量偏移轨迹特征间的相关性进行了分析,并利用熵理论构建了电压相量偏移指标,以实时衡量节点在电网运动进程中的主导性强弱;从"源–网–荷"统一角度构建了电网电磁功率传递与节点电压相量各分量属性的联系,进而提出了利用差分稳定系数指标来评估电网能量稳定态势;然后融合两种指标并提出了基于电压量测信息的电网静态稳定在线评估方法。最后通过对IEEE39节点系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

基于交替方向乘子法的电网电压相量轨迹拟合及暂态稳定评估指标构建

电力系统暂态稳定态势量化评估是大电网在线安全防御的主要部分，而如何针对电网动态轨迹信息构建暂态稳定预估指标是关键。电网电压相量轨迹信息蕴含更丰富的稳定行为特征。文章以双机系统为例，首先从轨迹几何角度分析了发电机暂态能量转化与电压相轨迹之间演变规律；继而在扩展等面积准则(extended equal area criteria, EEAC)的基础上推理验证了其在多机系统下的普适性；为实现暂态稳定快速预估，提出了一种基于交替方向乘子法的轨迹拟合方法，该方法在拟合精度与速度上具有明显优势；在此基础上，以电压相量轨迹拟合曲线的弧长距离为数据支撑，构建了一种暂态稳定快速预估指标。最后，以新英格兰10机39节点系统与某省级电网的仿真数据为例，验证了该方法评估有效性。     

基于电压相量轨迹的失步振荡中心特性解析及解列断面预判

利用电压相量轨迹信息解析电网失步振荡中心分布特性并实时预判解列断面，能够为主动解列控制提供决策依据。首先针对两机失步模型，证明了沿线各节点的电压相量轨迹是圆，其圆心坐标、半径大小与两侧电势及节点位置有关，依据失步振荡中心的电压过零这一特征，推导出失步振荡中心分布特性是圆或直线的解析方程；其次，针对理想两群摇摆，提出了无需等值参数辨识的失步振荡中心精准定位方法，针对实际电网环境下的失步振荡，利用失步振荡中心所在线路端点的电压相量轨迹与坐标原点的位置关系，构建失步振荡中心所在线路的预判指标，指标存在固定临界值零；最后，提出了失步解列断面预判方法，仅依据线路端点量测即可实现实时预判。500kV两机系统、IEEE-118节点系统和实际交直流混联电网算例验证了方法的有效性，方法计算简单、适用性强、时效性好，具有较高的工程应用价值。     

基于短时电压相量轨迹的同调机群快速预估方法

利用广域量测信息提出一种基于短时电压相量轨迹的同调机群快速预估方法。首先,针对两机失步振荡模型,分析节点电压相量轨迹的几何特征,提取轨迹分类特性,据此特性提出同调机群辨识方法;其次,基于电压相量轨迹的变化趋势预估机组同调性,并利用扩展等面积法则(extended equal area criteria,EEAC)进一步验证分群结果;最后,为应对失步振荡初期机组同调关系尚不明显的问题,提出基于滑动时窗的同调机群预估方案,通过多次分群和验证的方式,实现对机组同调性的持续监测和实时校核。IEEE-9、IEEE-39和IEEE-118节点系统算例验证了方法有效性。     

基于电压矢量矢端轨线的电网主动解列断面快速定位方法

随着电网运行环境的复杂性、随机性日益加剧,实现信息驱动的电网主动解列断面快速定位具有重要的现实意义。首先,针对节点电压矢量的矢端轨线,基于3种向量距离定义,构建表征向量时序变化属性的特征空间;其次,基于IEEE-9系统分析系统稳定、失稳2种场景下电压矢量矢端的轨线变化,提取失步振荡时节点电压矢量的时序演进规律,并通过两机等值系统解释其合理性;最后,提出基于轨迹距离聚类的矢端轨线相似性评估方法,依据群簇扩展及功率平衡约束在线精准定位解列断面,并通过参数自适应调节及滑动时窗实时跟踪断面的迁移情况。IEEE-39系统和实际电网算例验证了该文方法的有效性,该方法无需复杂计算、耗时短、断面连通性强,具有一定的工程实践价值。     

基于犹豫模糊决策法的电网脆弱性综合评估

电网脆弱性评估对预防连锁故障具有重要意义。综合考虑系统潮流分布、系统电压稳定性以及电网拓扑特性等因素构建了电网脆弱性评估模型。最小奇异值可定量表示系统电压与电压静稳临界点的距离,表征节点电压稳定状态;改进潮流熵综合了网架结构完整度和系统平均负载率,提高了信息熵表征电网潮流分布的准确性;最小奇异值灵敏度熵反映了系统所面临负荷冲击的风险。综合以上因素利用犹豫模糊决策方法综合评估系统的脆弱节点。仿真算例评估了新英格兰39节点系统和河北南网实际系统的脆弱性,验证了模型的有效性。     

基于电压相量空间的电网失步中心特性解析及精准定位方法

利用电网广域相量信息,挖掘电网振荡特性并识别失步中心位置,为电网解列控制提供决策依据,对大电网在线暂态稳定主动防御具有重要的工程应用价值。首先,基于简单两机系统,在两机不同电势及系统阻抗分布情况下,探讨了两机相角差递增时各观测点的电压幅值、相角及电压相量的轨迹特征,表明失步中心相量轨迹为过零的圆;其次,基于电压相量图,在阻抗坐标空间内,推导并证明了失步中心所在位置阻抗分布为圆或直线的解析方程,该方程与两机电势及系统阻抗大小具有关联关系;进而,可实现失步振荡中心在线精准定位。简单两机系统和IEEE-9算例,验证了所提方法的有效性。     

基于相量测量的电压稳定裕度在线评估

超高压、大容量、远距离电能的传输和电力市场化等因素使电压稳定问题成为严重威胁电力系统安全稳定的主要隐患之一,研究一种快速、可靠的电压稳定裕度在线评估方法是十分必要的。提出了一种基于相量测量装置的电压稳定裕度在线评估策略,该方法根据电力系统在重负荷情况下网损增长率特性确定电压稳定裕度评估指标,利用相量测量装置提供的节点相量信息可以快速实现电压稳定裕度的在线评估。IEEE 39节点算例仿真验证了该方法的正确性和有效性。在相量测量装置不断推广的情况下,该方法对实现电压稳定的在线监控具有一定的现实意义。     

面向暂态电压控制的大电网区域划分方法

暂态电压稳定控制越来越受到重视,实现分区控制是提高大电网运行稳定性的有效手段。文章提出了基于节点暂态电压特征的区域划分方法。根据节点暂态电压时序信息构建节点的向量型暂态电压特征,引入余弦相似度评价节点间暂态电压特征的相似性作为电气距离的衡量,采用仿射传播聚类算法对暂态电压行为特征相似的节点进行聚合,并利用轮廓系数进行分区方案的评价以获取最佳分区方案,实现了暂态电压控制区域的构建;基于此可进一步实现动态无功补偿规划以及暂态电压分区控制。在NE 39节点上进行算例分析,验证了所提方案的有效性。     

基于卷积神经网络的暂态电压稳定快速评估

随着特高压直流输电的发展和负荷构成及特性的变化,暂态电压问题严重威胁系统的安全稳定运行。基于卷积神经网络(CNN),提出一种交直流受端电网分区暂态电压稳定快速评估方法。计及系统快速动态响应元件影响,基于暂态电压时序信息构建暂态电压跌落面积矩阵,利用基于t分布的随机近邻嵌入(t-SNE)算法将其映射到二维平面,对受端电网进行分区。依据节点相对距离选择各分区稳态潮流特征。构建线路故障严重度指标,据其对故障线路号进行编码,将编码结果与故障线路号共同作为故障特征。采用粒子群优化算法确定各分区CNN最优卷积核大小和数量,提升CNN性能。实际多馈入交直流电网的仿真结果表明了方法的有效性。     

基于受扰电压轨迹的电力系统暂态失稳判别（一）机理与方法

随着相量测量单元/广域测量系统技术的广泛应用,基于实际响应的安全稳定控制技术成为研究热点。文中首先分析了振荡中心电压与系统暂态稳定性的关系,进而提出一种基于受扰电压轨迹的暂态失稳实时判别方法。根据扰动后电压轨迹进行复合积分运算,由系统振荡中心的电压映射区域发电机群的相对运动信息,实时量化评估全网的暂态稳定性。与基于扰动后功角轨迹的判别技术不同,所提方法无需进行发电机快速分群,不需要计算系统惯量中心,可用于功角多摆稳定性评估,具备计算量小、容错性高的特点。     

面向同步相量轨迹簇规则的电力系统暂态稳定实时评估

设计同步相量测量条件下,面向发电机节点电压同步相量复平面轨迹规则的暂稳实时评估算法.利用K均值和模糊C均值组合算法在线识别扰动后若干周波内轨迹簇同调与聚类偏移特征,采用分类与回归树抽取所定义特征量规则,以实时轨迹簇的相对位置组合特征值规则而非轨迹状态(如幅值大小)本身来评估未来暂稳状态.实践表明,算法能在8～20周波内不依赖模型地高精度预估未来4s系统是否稳定及临界机、受扰程度等重要信息,且不依赖于既定扰动模式,侧重于系统对大扰动的泛化响应模式挖掘,回避了主导失稳模式判别,且避免了针对不同故障的多套规则存储.新英格兰10机39节点系统算例验证了方法的有效性.     

基于扰动传播时空相关性的电网扰动事件快速定位方法

广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)为快速准确地定位扰动事件提供了量测信息和数据基础。然而,由于电网中有限的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点以及通讯堵塞、硬件故障、GPS信号丢失和网络攻击等原因带来的数据质量问题,使得量测信息呈现不冗余性,给定位带来额外的挑战。该文提出一种适用于PMU量测信息不冗余场景下的电网扰动事件快速定位方法。利用主站电压相角量测数据生成Hankel矩阵,提出一种基于奇异值分解的扰动响应时间检测方法。基于电网子拓扑中的PMU测点以及网络拓扑连接关系,分别从时间和空间维度提取了表征扰动传播的时间差特征和空间距离差特征。进而,通过扰动传播的波速,耦合扰动传播空间距离差特征,提出基于时空相关性的自适应电网扰动事件定位方法。通过扰动传播过程的时空约束特性,实现了电网量测信息在时间维度不冗余的情况下,快速定位扰动事件的功能。基于IEEE 10机39节点系统和中国某西部实际电网,验证了所提方法的有效性和鲁棒性。     

基于电压抗干扰因子与综合影响因子的电网关键节点辨识

针对现有节点辨识方法存在的评价角度单一、指标权重选取过于片面的问题,从抗干扰能力与综合影响力两方面出发,提出一种多层次多角度的电网关键节点辨识方法。基于运行可靠性理论,构建支路停运下的节点电压抗干扰因子,克服了传统节点抗干扰能力评估仅考虑负荷波动的不足;基于电气介数与潮流冲击熵,构建考虑节点社会属性的拓扑结构影响因子与考虑支路容量裕度的运行状态影响因子,综合表征节点影响力;采用灰色关联投影评价模型进行多指标综合,得到了兼顾主观专家偏好与客观数据信息的节点关键度排序。IEEE 30节点系统及某地区实际电网的仿真结果验证了所提方法的全面性和科学性。     

基于同步相量和相对电距离的电压静态稳定性评价

论述了负荷特性对相对电距离指标的影响,并与电压稳定性负荷节点指标进行了比较,论证了两种方法的等价性。提出利用从相量测量装置获得的电压和电流相量,并基于静态等值的思想,通过相对电距离指标对各负荷节点的静态电压稳定性进行排序,从而可对关键节点进行监测和控制。多机系统的仿真结果表明了该方法的有效性。     

雷电引起的电压暂降严重程度自学习评估方法

雷击故障是造成电网电压暂降的主要原因之一,准确评估雷电造成的电压暂降严重程度可以为制定最优治理方案和敏感用户选址提供依据。文中提出一种数据驱动的电压暂降严重程度自学习评估方法。首先,基于雷电造成的电压暂降机理,结合雷电定位系统和电能质量监测系统中的监测信息选取参与挖掘的参数;其次,减少离散化结果对规则准确性的影响,使用离散化评价系数确定不同参数的离散区间数目;然后,针对电网数据库动态变化时挖掘算法效率过低的问题,使用基于增量式学习的关联规则挖掘算法持续更新挖掘规则,从而赋予其自学习的能力;最后,提出基于综合赋权法的加权欧氏距离评估实际场景的电压暂降严重程度。通过某地区电网的监测数据和IEEE 30节点系统仿真数据进行实证分析,结果证明文中方法能在实际应用中准确挖掘有价值规则,实现关注节点的电压暂降严重程度评估。     

保留电压可观节点降阶的系统受扰轨迹快速预测

为充分利用相量测量单元(PMU)的节点电压和支路电流量测量,提出了保留电压可观节点进行降阶以实现系统轨迹预测的方法。给出了电压可观节点的定义,阐述了准确跟踪系统网络拓扑的方法,在系统受扰后先根据网络拓扑进行节点电压可观性分析以确定保留节点,然后在边界节点引入等效动态元件来反映原系统的动态特性,等效元件的类型由降阶前动态元件的分布情况确定。在得到降阶后系统各元件参数后,引入PMU量测量作为初值,实现多机系统受扰轨迹预测。理论分析和仿真结果表明,所述方法能够取得良好的预测效果。     

基于同步相量和相对电距离的电压静态稳定性评价

论述了负荷特性对相对电距离指标的影响,并与电压稳定性负荷节点指标进行了比较,论证了两种方法的等价性.提出利用从相量测量装置获得的电压和电流相量,并基于静态等值的思想,通过相对电距离指标对各负荷节点的静态电压稳定性进行排序,从而可对关键节点进行监测和控制.多机系统的仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于状态量测的电网拓扑结构反向识别方法研究

针对大电网状态变化轨迹,反向识别电网拓扑结构,对实现数据驱动的大电网运行态势感知与智能控制具有重要意义。该文直接根据电网节点支路潮流信息,提出一种基于状态量测的电网拓扑结构反向识别方法。首先从状态量到节点关联的全新角度,将电网拓扑结构反向识别归结为节点进线与出线间全局最优组合问题。然后根据全网支路功率、电流流通特性,建立电网拓扑结构反向识别数学模型;根据电网潮流特性,生成接近电网真实拓扑的初始解,为加快求解速度对解空间进行了优化。其次基于电网量测单时间断面数据,采用遗传智能算法对该模型进行求解,引入支路电流、电压差值率克服电网拓扑结构反向识别不唯一问题。理论上,当全网有功损耗等于量测损耗、有功电流差值等于量测差值,且电压差值率为零时,即得到电网唯一拓扑。最后利用IEEE39、IEEE 118节点系统进行测试,验证了所提方法的有效性。     

综合考虑系统与设备侧的节点电压暂降评估

针对从供需两侧评估电网节点电压暂降水平的需求,提出考虑系统和设备侧的节点电压暂降严重程度评估方法。首先,根据系统与设备评估重点构建指标:基于累积/互补累积分布函数、严重性指标及暂降统计表定义节点平均电压暂降影响度指标,与电压暂降频度指标共同构建系统侧指标集;由节点综合电压耐受曲线及能量损失公式构造节点综合故障率作为设备侧指标,再形成兼顾系统和设备侧的综合评价指标集。其次,对指标集赋权,并采用基于马氏距离的逼近理想点(TOPSIS)法刻画节点电压暂降严重程度,在IEEE 30节点系统仿真,并使用所提方法评估节点电压暂降严重程度,实现了电压暂降薄弱节点的辨识。最后,通过模糊C均值聚类方法对不同组合指标进行评估合理性分析,结果证明文中所提方法能解决单一指标评价片面的问题。