交直流电力系统暂态安全稳定在线紧急控制策略并行算法

针对在线策略优化约束和控制措施考虑不足以及计算速度无法满足在线要求等问题,基于参与因子、综合电气距离、无功电压灵敏度及安全稳定裕度,提出了直流系统功率紧急调制、切机、切负荷和局部电网解列的量化控制性能指标和两阶段在线策略优化集群计算方法。在各阶段计算中,依据控制措施性能指标进行措施组合,形成计算任务,按控制代价对计算任务排序形成调度队列,提交集群系统进行并行计算。首先计算暂态功角稳定紧急控制策略,实现直流紧急调制与切机和匹配切负荷的协调;然后,在暂态功角稳定策略的基础上,进行暂态电压和频率安全稳定策略的计算,实现暂态功角稳定控制与暂态电压和频率安全稳定控制的协调。仿真实例验证了算法的有效性。     

直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略

为应对多直流馈入受端电网直流闭锁故障导致的暂态电压和暂态频率稳定问题,提出一种综合考虑直流功率紧急提升、调相机紧急控制和切负荷的紧急协调控制策略。首先,采用了基于多二元表的暂态稳定裕度指标,分析了直流功率紧急提升和调相机紧急控制对受端电网暂态电压稳定的影响,提出了受端电网多控制手段紧急协调控制方案。其次,基于该控制方案,计及暂态电压和暂态频率稳定约束,以控制代价最小为目标,建立了多控制手段下受端电网紧急协调控制优化模型。然后,采用灵敏度法将模型线性化,考虑了直流功率紧急提升对暂态电压稳定的负面影响,并采用逐次线性规划方法求解。最后,通过华东电网实际案例结果验证了所提控制策略的有效性。     

直流受端电网暂态稳定协调优化控制方法

针对大容量直流闭锁故障导致的直流受端电网暂态频率和电压稳定问题,提出一种结合提升直流功率、交流滤波器投切、调相机强励磁以及切除负荷的多控制手段并行协调优化控制策略.应用轨迹灵敏度方法、结合PSD-BPA软件时域仿真结果计算暂态稳定裕度对各控制变量的灵敏度.根据直流有功功率与交流滤波器无功功率联锁关系推导了单一化函数约束表达式,以最小控制成本为目标、系统暂态稳定裕度为约束,考虑各控制变量控制成本差异和权重优先级,建立优化控制模型.基于C++平台设计实现了并行仿真计算与优化模型求解.以华东电网为例进行算例分析,验证了所提模型算法有效性.     

基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制

针对交直流受端系统暂态电压调控能力不足的现状,提出一种基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制方法。构建以最优无功补偿容量和紧急控制成本最小为目标函数的两阶段暂态电压控制模型。借助摄动法求取暂态电压稳定裕度对控制量的轨迹灵敏度,将非线性暂态电压控制模型转化为二次规划模型来提高暂态电压控制效率。为避免故障期间交直流受端系统暂态电压的大幅跌落,实施静止同步补偿器和新一代调相机协同的预防控制,充分发挥无功补偿装置在暂态电压不同跌落程度下的动态无功支撑优势。针对实施暂态电压预防控制后恢复阶段的低电压延时恢复问题,实施包含基于电压源换流器的高压直流和传统调压措施的紧急控制来加快暂态电压恢复速度。修改后的IEEE 39节点系统和实际系统算例结果验证了所提暂态电压控制方法的准确性和有效性。     

基于轨迹灵敏度的紧急切负荷优化算法

超/特高压直流远距离、大容量输电使受端电网发生大功率缺额的概率增加。为防御失去大电源导致的电网安全稳定破坏,提出了一种兼顾暂态安全性和经济性的紧急切负荷优化模型,并设计了高效求解方法。优化模型以总切负荷代价最小为目标,计及暂态电压安全、暂态频率安全和切负荷量约束。暂态安全性均基于时域轨迹严格评估,是带时域参数约束的大规模非线性规划问题。分析了问题最优解的特征,针对带时域参量约束的非线性规划无法直接求解的问题,利用轨迹灵敏度将安全约束线性化,将问题转化为线性规划求解,并通过逐次迭代保证解的一致性。以实际省级电网为例进行仿真分析,验证了算法的有效性。     

基于临界机组对的暂态稳定紧急控制策略

为使暂态稳定紧急情况得到有效控制,从临界机组对信息入手,提出一种基于临界机组对稳定性指标灵敏度的切机切负荷控制策略。首先推导了临界机组对稳定性指标对控制量的灵敏度表达式,将其用于构造暂态稳定约束条件,进而借助优化算法获得紧急控制所需的切机切负荷量及控制地点。该方法只需部分发电机信息,计算简单,且基于临界机组对稳定性指标的灵敏度可表达控制量对每一失稳机组的控制能力,物理概念更清晰。仿真算例证明了该方法较基于全系统稳定裕度的灵敏度方法切除量要小。     

基于最优控制原理的电力系统紧急控制及应用

基于时域方法仿真得到系统受扰轨迹,并结合实际电网安全稳定控制系统的配置情况和运行要求,给出了暂态稳定下最优紧急控制模型。采用了启发式故障后轨迹相对功角最大值小于门槛值作为暂态稳定约束条件,通过引入变分原理,推导了暂态稳定约束条件对控制量的灵敏度。通过建立线性规划模型,把微分代数方程所描述的电力系统紧急控制转化为以切机切负荷为控制量的最优控制问题。文中提出的暂态稳定紧急控制模型与时域仿真方法具有同等的适应性。广东电网的计算结果表明,文中方法对紧急控制策略灵敏度的确定高效且实用,对保证电网安全稳定运行有重要意义。     

协调经济性及电压稳定性的受端系统紧急负荷控制优化方法

特高压直流逆变站闭锁后,应在确保受端系统安全稳定的前提下尽量减小紧急控制的经济代价,同时,为了使逆变器尽快恢复正常运行,控制后的系统还需要提供足够的无功支撑,为此提出了一种协调经济性及电压稳定性的受端系统紧急负荷控制优化方法。首先,讨论了事故发生后受端系统的动态响应,提出根据电压薄弱性指标识别受端系统的若干电压薄弱节点,将其电压跌落量的平方和作为电压稳定性指标;然后,计算控制方案对应的负荷损失及事故罚款,将两者之和作为经济指标。为克服分段优化问题的求解困难,首先将分段的事故罚款曲线进行了近似光滑处理;然后,在考虑频率、电压及潮流等约束条件的基础上,以经济性、电压稳定性指标的加权和最小为目标,构建紧急负荷控制优化问题的数学模型,并应用原对偶内点法快速求解;最后,以含高压直流输电的IEEE 10机39节点系统为例,对算法进行了验证。结果表明,协调经济性及电压稳定性的优化控制可在不增加经济代价的前提下,改善控制后系统的电压稳定性,有助于逆变站恢复运行。     

协调经济性及事故评级的紧急减负荷控制优化方法

系统失去大功率电源后,要保持暂态稳定并过渡到新的稳态运行点,此时有可能需要补充一定量的减负荷控制,以消除断面超供、备用不足、频率偏低等问题。为降低减负荷控制的经济代价,同时使各负荷中心事故评级尽量均衡,提出了协调经济性及事故评级的紧急减负荷控制优化方法。首先,进行计及电网频率变化的增广潮流计算,并据此分析减负荷控制对系统静态运行点、频率及备用水平的影响;接着,以归一化的经济代价及减负荷率均衡性指标的加权和为目标函数,在考虑电压、支路潮流、频率偏移等约束的基础上,构建紧急减负荷控制优化问题的数学模型;然后,引入罚函数,将其转化为仅含潮流等式约束的优化问题,并应用改进粒子群算法求出最优减负荷率;最后,以IEEE 10机39节点系统为例,分析了失去大功率电源后受端系统的减负荷协调优化控制。结果表明,与常见的最小经济代价及等切负荷率控制方案相比,协调优化控制不仅经济代价较小,且事故评级相对均衡,具有较好的综合性能。     

暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并推导出负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗模型时切负荷控制的表示方法.提出暂态电压安全紧急控制优化的数学模型:暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复两个方面,目标函数为控制费用最小,控制变量为切负荷比例.采用轨迹灵敏度描述暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为线性整数规划模型.并采用一种启发式优化算法求得模型的近似最优解.对IEEE 39节点系统的仿真计算验证了所提出模型和算法的正确有效性.     

暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并推导出负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗模型时切负荷控制的表示方法。提出暂态电压安全紧急控制优化的数学模型：暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复两个方面,目标函数为控制费用最小,控制变量为切负荷比例。采用轨迹灵敏度描述暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为线性整数规划模型。并采用一种启发式优化算法求得模型的近似最优解。对IEEE 39节点系统的仿真计算验证了所提出模型和算法的正确有效性。     

考虑暂态稳定指标的负荷经济分配新算法

基于最大可调裕度和暂态安全代价的概念,给出了考虑暂态稳定性的负荷经济分配模型及其算法。该方法用高阶泰勒级数快速仿真故障轨迹,在求得暂态能量的同时计算暂态稳定裕度对控制变量的灵敏度,并用于负荷分配。试验算例证实了该方法的有效性。由于暂态稳定问题的非线性,如何处理多故障场景和合理分摊暂态安全费用有待进一步研究。     

基于数值积分法灵敏度的快速切负荷算法

快速切除负荷是电力系统在故障后保障稳定的一种常用措施，作者以工程上普遍采用的发电机组最大相对摇摆角小于某一给定值的暂态稳定约束函数。然后基于数值积分法给出了暂态稳定约束函数相对于切负荷控制量的灵敏度计算公式，并在基础上提出一种新的切负荷算法。由于求解1次所有控制量灵敏度的计算量只相当于计算2次暂态稳定。该算法能快速地计算出使系统保持稳定的切负荷量。此外，该算法还具有原理简单，不存在收敛性问题、控制效果好等特点。     

交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。     

最优切负荷控制问题的并行模式搜索算法

针对含暂态稳定约束的最优切负荷控制问题,采用并行模式搜索算法进行有效求解。该方法是一种无梯度优化方法,避免了复杂模型下暂态稳定约束关于控制量的灵敏度或梯度计算困难的问题,算法实现简便,基本没有收敛性问题。对于要反复进行的暂态稳定计算,调用电力系统仿真软件(PSS/E)进行动态仿真,实现了优化算法与现有成熟商业软件的结合,提高了仿真模型和方法的灵活性,增加了结果的可信度。同时,并行模式搜索的框架实现了暂态稳定计算任务的合理分配,提高了算法搜索的效率。算法在3个不同规模的算例上进行了测试,测试结果表明,该算法可以可靠地给出切负荷控制策略。     

异步联网送端系统紧急切机控制方法

在异步联网运行方式下,送、受端系统间相互支援能力弱,因直流紧急降功率所导致的送端系统频率稳定问题不容忽视。在分析系统频率特性的基础上,提出了具有预测性的送端系统紧急切机控制方法。该方法将依据B样条拟合曲面预测得到的系统暂态频率最大偏差作为紧急控制启动判据,实现在系统功率出现不平衡的前期就能准确启动切机控制,避免系统进入紧急状态;根据功率平衡控制原理和预测所得的暂态频率最大偏差求出紧急控制所需切机量,并依据电气距离确定机组切除顺序。以实际暂态频率最大偏差、频率到达稳态时间以及直流频率限制控制器(FLC)恢复至额定状态的时间为指标,与系统采用高频切机控制进行对比。通过算例验证了所提方法的有效性。     

考虑分布式电源影响的分层分区精细化切负荷方法

直流输电故障或失去大电源时,需要快速切除部分负荷以保持受端系统稳定。传统紧急切负荷策略比较粗放,同时受端系统可能存在大量分布式电源,不恰当的切负荷控制会引起配电网过电压导致分布式电源脱网,从而引起更大停电风险。提出了一种分层分区的紧急切负荷系统架构,将待切负荷配电网划分成若干个分区。针对每个分区,通过本地测量辨识外网等值的模型参数,并建立考虑外网等值的切负荷优化模型。利用二阶锥松弛技术将该模型转化为可被有效求解的二阶锥规划模型。     

基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制

为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制方法.首先,构建以控制实施代价和电压预测偏差为暂态过电压控制模型的目标函数,为解决暂态过电压非线性控制模型效率低的不足,借助暂态过电压和恢复阶段电压对控制量的轨迹灵敏度,将非线性控制模型转换成以控制量增量为独立控制变量的二次规划模型,提高暂态过电压的优化控制效率.然后,针对暂态过电压失稳场景,在故障发生前求解暂态过电压预防控制的控制量变化值,并实施暂态过电压预防控制,避免严重的暂态过电压危害,若控制实施后恢复阶段电压不安全,则求解恢复阶段电压控制的控制量变化值,调节控制量直至恢复阶段电压运行在安全范围内,所提控制方法可在抑制直流送端系统暂态过电压的同时,保证暂态过电压恢复过程的安全性,可为调度人员的暂态过电压稳定控制提供参考.最后,通过修改后IEEE 39节点系统的仿真分析验证所提控制方法的有效性.     

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

特高压直流闭锁后的交直流混联受端电网最优切负荷方案

交直流混联受端电网中大容量特高压直流(UHVDC)输电线路发生直流闭锁故障后,电网会产生巨大功率缺额,引起潮流大幅度转移和频率跌落,可能会造成交流通道过载,引发连锁故障。针对这一问题提出了一种交直流混联受端电网最优切负荷方案计算方法。该方法基于广域测量技术,利用直流闭锁后瞬间量测数据,建立闭锁后稳态时交流通道传输功率和电网频率的估算模型,考虑交流通道传输功率极限、电网频率安全约束及可切负荷的重要性差异,以负荷综合损失最小为目标,建立最优切负荷方案的优化模型。通过改进的粒子群优化(PSO)算法求解得到电网最优切负荷点及其对应的最优切负荷量,保证了直流通道闭锁之后,交直流混联受端电网的安全稳定运行。最后在机电暂态软件PSS/E中以IEEE 39节点改进系统为例,通过仿真分析对所提方法进行对比验证,证明了该方法的正确性和有效性。