电力系统动态安全域的实用解法

近年来，电力系统动态安全域（DSR)已越来越为人所接受，它可以提供更为丰富的安全信息，有着广阔的在线应用前景。该文基于暂态能量函数分析，推导出一种新的求取实用动态安全域(PDSR)的方法。通过大量的数值仿真计算表明，实用动态安全域(PDSR)可由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。基于此事实，该文给出了一种快速计算对应于临界暂态稳定的边界超平面的直接法。这种方法是将溢出点处的暂态稳定域边界法矢量近似为常数，并通过线性化把事故后系统轨迹的切向量表示为注入功率的线性函数，然后依据在临界注入下两者之间的正交性，推导出了超平面型式PDSR边界的解析表达式。在新英格兰10机39节点系统上的测试结果表明了这种方法与数值仿真方法的一致性。     

电力系统动态安全分析的ANN动态安全域

采用人工神经网络(ANN)多维空间的强拟合特性，能够较精确地拟合动态安全域，减少了临界点以及稳定点和非稳定点的误判，克服了超平面理论近似拟合电力系统动态安全域误差较大的不足。同时，对于某个具体的故障，采用临界切除时间ter建立ANN稳定裕度拟合器，确定电力系统中运行点的稳定裕度。通过PSASP中的3机9节点模型验证了此理论的正确性，而且准确性优于采用超平面理论拟合的动态安全域。     

电力系统动态安全分析的ANN动态安全域

采用人工神经网络（ANN）多维空间的强拟合特性，能够较精确地拟合动态安全域，减少了临界点以及稳定点和非稳定点的误判，克服了超平面理论近似拟合电力系统动态安全域误差较大的不足。同时，对于某个具体的故障，采用临界切除时间tcr建立ANN稳定裕度拟合器，确定电力系统中运行点的稳定裕度。通过PSASP中的3机9节点模型验证了此理论的正确性，而且准确性优于采用超平面理论拟合的动态安全域。     

失稳模态识别方法及其在动态安全域中的运用

提出了一种快速识别初始运行点附近失稳模态的方法,该方法基于大量计算观察到的初始运行点附近不同运行点注入下模型的可达性格纳姆矩阵元素近乎不变的性质,将基于K-中心点算法的同调识别和初加速度法相结合,快速识别初始运行点附近的失稳模态,为实用动态安全域(PDSR)直接法提供了临界点搜索建议,改善了PDSR法。该方法的有效性在New England 10机39节点系统得到了验证。     

电力大系统实用动态安全域

通过对一个实际电力大系统的研究表明,在一些重要的预想事故下,保证暂态功角稳定性的实用动态安全域(PDSR)边界,可在注入功率空间上由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。实用动态安全域边界超平面是针对实际电力大系统,利用数值仿真法搜索大量的临界点,并通过最小二乘法拟合得到的,因而它表征了真实系统的安全稳定特性,其误差可以满足工程应用的要求。同时对于复杂电力大系统可以利用关键节点来降维表示,其实用动态安全域易于表达、使用和可视化。在线应用时不仅可以确定在给定的注入下发生相应的事故后,系统是否可以保证暂态稳定,而且可以通过解析计算或观察得出注入功率空间各个方向上的稳定裕度,为电力系统暂态稳定性监控和电力市场提供有效信息。     

基于改进解析法的小范围动态安全域搜索方法

由于目前动态安全域搜索方法用于概率安全指标计算结果会存在一定的误差,基于正态分布函数的快速衰减特性,提出了动态安全域(DSR)的小范围搜索方法。首先搜索DSR边界超平面的估计值,据此确定一个搜索的小范围,然后在这个小范围内利用改进解析法计算DSR边界的近似超平面。新英格兰10机39节点系统上的算例误差为4.5%,说明所提方法是合理可行的。     

动态电压振荡型失稳边界分析与算法研究

提出了全参数空间下的最近动态电压振荡型失稳边界的计算方法。在每次迭代中,采用逐步增长负荷的迭代方式找到振荡型失稳边界,求取失稳边界的超平面法向量。将该法向量作为新的负荷增长方式寻找下一步失稳边界,最终找到系统发生电压振荡型失稳的最近边界及其对应的最危险负荷增长方向。相对于摄动方法而言,该方法将各种因素对于电压稳定域的影响考虑在内,且不需要求取控制参数的海森矩阵,具有计算速度快、精度高的特点。选取系统有功负荷作为控制参数,研究了负荷的不同增长方式对系统振荡失稳边界的影响,并根据超平面的法向量求解出系统发生振荡型失稳的最近边界以及所对应的最危险的负荷增长方向。提出2类电压稳定指标,所提指标有助于综合评估系统动态电压稳定裕度。采用3节点和IEEE 14节点仿真系统对算法的有效性进行了验证。     

求解电力系统动态安全域的改进解析法

电力系统动态安全域是电力系统安全性研究的重要方面,其解析法求解速度很快,但误差较大。大量计算发现,解析法求得的安全域边界超平面系数和传统的拟合法求得的系数之间有较强的相关性,据此提出了求解电力系统动态安全域的改进解析法。首先在一个临界注入点处通过解析法计算得到一组平面系数,然后根据相关性和其它临界注入点的安全性信息,得到该组系数与真实值之间的偏移值,最后得到该系数的改进值。该方法在保留解析法快速性特点的基础上,显著减小了计算误差。用新英格兰10机39节点系统算例进行验证,最大误差由改进前的4.08%减小到0.50%,表明所提方法是有效的。     

电力系统实用动态安全域的降维与还原

提出了一种在注入功率空间中求取电力系统实用动态安全域(PDSR)的超平面形式的临界稳定边界的新方法。通过对电力系统进行数值仿真搜索到大量临界点,并通过最小二乘法拟合得到临界超平面的方法精确但费时,难以实际应用。为了在重要的预想事故下快速、准确地求取电力系统的临界超平面,文中提出首先将高维的电力系统通过基于相关的动态等值化简为低维的等值系统,再对其进行数值仿真,拟合出等值系统的临界超平面,然后根据动态等值逆过程推导出超平面还原的解析表达式,最后修正还原得到超平面的系数,使所得到的超平面通过一个由对原系统的详细模型进行仿真得到的临界点,可以在一定程度上改善临界超平面的精度。算例结果证明这种方法兼顾了临界超平面求取的速度与精度,使PDSR在实时安全性分析中的应用更易实现。     

基于动态安全域的电力系统暂态稳定性分析方法探究

稳定性是电力系统规划、设计、运行与控制中必须考虑的基本问题,也是电力市场发展的基础条件。传统的暂态稳定性分析采用“逐点法”的构想,计算量大;由于元件参数、运行条件及干扰方式均已给定,结果无法计及诸如扰动、系统负荷和参数取值等不确定因素,可信度低。针对这一问题,动态安全域（DSR）的概念被提出并应用于电力系统暂态稳定性的概率分析。动态安全域能够提供丰富的安全信息,而且其定义在注入空间上也更符合运行人员进行控制的需要,可以进行离线计算和在线分析,有着广阔的应用前景。文章针对动态安全域边界点的超平面特性,介绍了实用动态安全域（PDSR）的超平面拟合方法,对概率指标的超平面近似平行性进行了分析,并针对不同概率因素影响下的超平面平行性进行了研究与探讨。     

初值优化的电力系统戴维南等值跟踪算法研究

在电力系统分析计算时,需要对电网进行等值处理。戴维南等值是常用的等值手段,它能够反应系统运行状况并且具有模型清晰、简单快速的特点。针对现有方法求取戴维南等值参数时,存在参数漂移和参数跟踪问题,提出基于初值优化的偏差校正跟踪算法,利用相邻运行点的戴维南等值电压幅值不变、相角变化,进而获取等值跟踪初值,采用偏差校正方式进行跟踪电网运行点的变化。初值优化算法与偏差校正方法相结合能够快速跟踪等值参数,又能够避免参数数值计算不稳定。通过跟踪性能测试和四机两区域系统仿真算例,证明了所提算法的可靠性、准确性与有效性,能够快速跟踪实际电网运行方式。     

电力系统动态安全域线性近似方法比较

分析比较了网络约化模型下电力系统动态安全域的3种线性近似方法的综合效能,分别为：基于稳定域二次近似的动态安全域线性近似（Q线性近似）、基于稳定域线性近似的动态安全域线性近似（L线性近似）和基于稳定域边界法向量恒定假设的动态安全域近似（L0线性近似）。其共同之处为在事先搜索而得的处于动态安全域边界的临界点处应用相应的近似刻画方法。文中以最小二乘拟合搜索得到的临界点所获得的线性近似为基准,分析比较了上述3种线性近似对安全域边界刻画的准确程度;特别是对于低雏的动态安全域,以搜索获得的真实动态安全域为基准,采用图示方法直接比较不同线性近似的近似程度。仿真分析表明：在具有事先搜索的临界点时,3种线性近似方法均能准确地近似动态安全域的局部边界;同时,L0线性近似和L线性近似计算量小,更适用于大型电力系统。     

考虑电压约束裕度的无功优化及其内点解法

常规无功优化算法的目标函数一般为满足电压限制下的有功损耗最小,这将使优化后个别母线的电压非常接近其合格范围的上限,使电压合格率下降,成为系统安全运行的隐患。根据实际运行中对这一安全裕度的方法仍存在一些问题。根据实际运行中对这一安全裕度的模糊要求,该文提出了在常规算法中引入模糊约束以解决这一问题。采用原-对偶内点算法详细地推导了带有模糊安全约束裕度的逐次二次规划数学模型。算例的结果表明：带有模糊约束的逐次二次规划内点法可以实现在满足电压安全约束下的网损最小,其网损的损失很小,而优化后的电压合格裕度却有较大的增加。     

基于局部曲线拟合的电压失稳预防控制算法

为了快速获得预想失稳故障下的电压稳定预防控制方案,提出了一种基于局部曲线拟合的电压失稳预防控制算法。在深入研究电压稳定鞍结分岔点特性的基础上,利用局部曲线拟合方程式推导了一种无需分岔点处雅可比矩阵零特征值所对应左特征向量即可快速计算负荷裕度灵敏度的方法。根据所求得的灵敏度建立失稳故障的预防控制模型,给出了预防电压失稳的控制方案。对IEEE-57节点系统的仿真结果表明,所提方法能够快速、准确地计算系统负荷裕度灵敏度,并且能够有效地将系统运行点拉回电压稳定安全域。     

电压源变换器接入电网的小扰动稳定机理分析

研究了基于矢量控制的电压源变换器(VSC)接入电网的小扰动稳定问题。基于VSC接入无穷大系统的详细模型,针对不同控制模式,分别对平衡点的存在性、稳定性进行了分析,系统地总结了VSC小扰动失稳的不同机理。系统中发生鞍结点分岔会导致平衡点消失而失稳,且存在以下几种机理：输出电流过大会导致锁相环(PLL)失去平衡点,对应PLL失去同步,单独的PLL失去同步可能发生在切除外环控制、采用内环定电流控制的情况下;输出有功过大会导致功率外环失去平衡点,当无功外环采用定无功功率、定交流电压控制时,分别对应电网的静态电压、功角失稳,而且失稳后电流增大一般也会引发PLL失去同步。在平衡点存在的情况下,系统振荡模式中包含低频振荡模式和次同步振荡模式,系统也可能发生Hopf分岔而出现振荡失稳。低频振荡模式主要由外环控制主导,次同步振荡模式则由PLL、电流环和线路动态主导。平衡点的存在性不受VSC控制参数的影响,只受网络参数、VSC工况的影响,而平衡点的稳定性和VSC控制参数有关。     

计及电网结构参数变化的有功静态安全域快速构建方法

注入功率空间有功静态安全域(APSSR)表征了在给定网络结构下电力系统安全稳定运行的注入功率可行域,有助于电网在线安全评估和预防控制。随着以可控串联补偿器(TCSC)、统一潮流控制器为代表的柔性交流输电装置的接入,电网结构参数连续可调。传统的APSSR构建方法基于固定结构参数得到,电网结构参数频繁调整时计算速度受限于高维导纳矩阵的求逆运算,难以满足在线应用的需要。为此,以TCSC为例进行研究,将电网结构参数变化对潮流分布的影响转化为修正节点注入功率,构建了计及电网结构参数的APSSR超平面边界系数矩阵的显式表达式,为APSSR的快速构建和在线应用提供了一种可行思路。进一步,针对APSSR安全裕度评估对电力系统预防控制和结构参数优化两方面的指导作用进行了分析。最后,基于多个不同规模、不同数量TCSC的IEEE算例,验证了所提方法的正确性和在计算效率方面的优越性,并以某省级电网500 kV输电线路为例进一步对所提方法的应用价值进行说明。     

Neural-net based tangent hypersurfaces for transient security assessment of electric power systems

In this paper a new direct method for transient security assessment of multimachine power systems is presented. A local approximation of the stability boundary is made by tangent hypersurfaces which are developed from Taylor series expansion of the transient energy function in the state space near a certain class of unstable equilibrium points (UEP). Two approaches for an estimation of the stability region are proposed: by taking into account the second order coefficients or alternatively, the second and third order coefficients of the hypersurfaces. Results for two representative power systems are described and a comparison is made with the hyperplane method, demonstrating the superiority of the proposed approach and its potential in real power system applications. Neural-nets are used to determine the unknown coefficients of the hypersurfaces independently of operating conditions.     

基于静态安全域的交直流混联大电网关键线路辨识

特高压直流输电系统的相继投运导致电力系统运行特性改变,交直流混联大电网的薄弱环节将出现变化。为辨识出交直流混联电网中的关键线路,避免大停电事故的发生,提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电力系统的静态安全域,考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据,结合支路潮流模型,提出适用于交直流混联电力系统的静态安全裕度计算方法。以静态安全裕度为指标,给出交直流混联电力系统的关键线路辨识流程。最后使用江西电网实际电力系统进行仿真分析,结果验证了所提方法的合理性和有效性。