EEAC解析灵敏度分析的研究

对非线性非自治运动系统,扩展等面积准则(EEAC)方法是目前惟一严格的稳定量化分析方法。对EEAC提供的稳定量化指标进行灵敏度分析具有重要意义。提出了不稳定情况下非线性非自治运动系统EEAC灵敏度分析的解析方法,首先以轨迹灵敏度分析为工具得出系统相点到达动态鞍点的时间tdsp对控制参数的解析灵敏度,进而求得EEAC稳定量化指标对控制参数的解析灵敏度。数值实例表明,所提出的EEAC解析灵敏度分析方法是正确的,丰富了EEAC灵敏度分析理论。

基于暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法

多直流送端系统内某一直流线路发生闭锁故障后,可以通过对其他非故障直流进行紧急功率支援(emergency DC power support,EDCPS)控制来提升系统受扰后的稳定性。如何有效量化EDCPS对系统稳定性的改善效果,从而提高安稳控制的效率,目前缺少相应的指标;现有研究也尚未解决如何利用EDCPS最大程度提升多直流综合送出能力的问题。应用扩展等面积法(extended equal area criterion,EEAC)定量分析了EDCPS提升多直流送端系统暂态稳定性的机理;以两送出直流系统为例,推导了基于EEAC的暂态稳定裕度η对EDCPS的灵敏度公式;在此基础上,提出一种在不增加相关设备投入的前提下利用系统中现有稳控措施并结合暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法,通过计算备选直流的暂态稳定裕度灵敏度,可以完整反映系统在遭受大扰动后的动态特性以及定量评估EDCPS对系统受扰后稳定性的改善效果,避免过去仅凭运行人员经验选取支援直流的问题,提高计算效率;最后,选取西北电网实际算例对所提出的多直流送出能力提升控制方法有效性进行仿真验证,以期为从事交直流混联电力系统稳定性分析与控制的学者和工程师们提供有益的参考。

计及快关和切机的集成EEAC

ＥＥＡＣ理论已证明，在多机积分精度的含义上，ＥＥＡＣ方法是严格的直接法。这一理论还被推广到任意多群失稳模式、多摆失稳模式以及任何复杂模型。在此基础上开发的集成ＥＥＡＣ（ＩＥＥＡＣ）软件，用智能的手段将ＥＥＡＣ和积分技术在多层次上集成。本文介绍了计及快关和切机的集成ＥＥＡＣ，并给出了仿真结果。这一软件在精度上大大优于动态ＥＥＡＣ（ＤＥＥＡＣ），并且保持了其快速性；同时还成功地解决了多摆问题，从而为在线刷新决策表的紧急控制决策方案提供了保证。

基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成

“在线计算、实时匹配”的紧急控制模式是降低控制策略失配风险的有效途径和技术发展趋势。为进一步提高在线紧急控制策略生成的快速性,提出了一种基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成方法。借助扩展等面积准则对暂态稳定性以及电网故障下轨迹时变程度的量化分析能力,综合利用电网暂态稳定轨迹特征和稳态潮流关键特征量,建立运行方式特征量匹配指标,在历史方式中匹配最接近方式,实现紧急控制策略的快速生成,通过校核验证后下发装置执行。最后,基于实际电网验证了所提方法的有效性。

动态EEAC的自适应分段映射

在完整的扩展等面积准则(EEAC)算法流程中,动态EEAC(DEEAC)是在解析的静态EEAC(SEEAC)与精确的集成EEAC(IEEAC)之间的桥梁环节。为了更好地综合IEEAC的精确性与SEEAC的快速性,文中研究了DEEAC的分段数对完整EEAC算法性能的影响规律。并在此基础上,融合因果分析及机器学习方法,在DEEAC中采用自适应分段的泰勒级数展开及降维映射,以替代在故障中及故障后的2分段展开方式。根据DEEAC与SEEAC所得稳定裕度之差,定义算例的时变度指标,并据此自动调整DEEAC环节的分段数。对36套中国区域和省级电力系统数据的3 272个算例,包括对称及不对称故障在内的仿真结果表明:自适应分段的DEEAC比固定分段的DEEAC的计算量平均增加4%,但显著提升了强时变算例的分析精度,减小了稳定分类器的降效性误判率。

DEEAC的理论证明——四论暂态能量函数直接法

对于多机系统中理想的两群失稳模式来说,静态EEAC(SEEAC)提供了暂态稳定的充要条件,这已经逐渐被学术界所接受。本文进一步从理论上证明:在研究首摆稳定性时,只要以足够小的步长,按实际的多机运动轨迹动态地修正EEAC的等值两机系统的功率曲线参数或数值映象,就可以任意逼近积分法的计算精度。这个证明是独立于实际失稳模式和模型的复杂程度的。也就是说在复杂的多群模式或群内同调性很差时,动态EEAC(DEEAC)在多机泰勒级数多步展开精度的含义上仍然是稳定的充要条件。这个结论也适合于复杂模型,从而为DEEAC的进一步发展奠定了坚实的理论基础。

用EEAC法实现快关和切机

将扩展等面积法(EEAC)推广到直接评估快关和切机对暂态稳定的影响,阐明了许多问题的物理概念,并提出了解决的方法。这一进展使得紧急控制决策表可以根据实际的运行工况在线地定期刷新,不再需要离线预先计算大量无关的运行工况,从而大大地减小了决策表的规模,使紧急控制决策更为准确和有效,大量的仿真计算证实了这些重大进展。

一种扩展的Drucker-Prager准则及数值应用

已有Mohr-Coulomb(M-C)准则的匹配圆Drucker-Prager(D-P)准则只能在有限的应力点与M-C准则等效,且不具备应力角效应,在工程数值分析中受到限制.因此,对D-P准则设置了角隅函数来反映应力角效应,采用与M-C准则在π平面上面积等效的方法构建了等面积扩展D-P准则,进一步对等面积扩展D-P准则在中主应力影响下的强度特性进行了分析,最后通过三个算例比较了不同等效D-P强度准则在岩土工程分析中的适用性.结果表明:等面积扩展D-P准则相比其它D-P准则和M-C准则的强度离差更小,整体上在和M-C准则的等效性上表现更佳;数值模拟算例表明等面积扩展D-P准则能够适应各种应力状态,在数值模拟结果上和M-C准则具有更好的等效性,且在计算收敛性上还具有较好的表现,可作为M-C准则的替代.

电力系统暂态稳定实时紧急控制的研究

提出了一种新的实时控制紧急方案: 在相量测量系统(PMU)和光纤通信的基础上,假设发电机的功角、转速及功率能够实测且可近乎实时地传输到控制中心,利用这些信息和扩展等面积准则(EEAC)的思想快速进行暂态稳定预测和分析,并纳入广义预测控制理论的思想框架;指出暂态稳定实时控制的实质是对电力系统进行闭环的滚动控制。该方案可应用于任意复杂的故障场景和任意细节的电力系统元件模型,能够克服某些预想不到的事故造成的不匹配及带来的连锁反应。仿真结果表明该方案具有良好的应用前景。

风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究

风火打捆交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握风火打捆交直流外送系统的稳定特性及其机理。文章分析了不同风电比例和不同直流控制方式下系统的暂态功角稳定特性,探讨了风电、火电和直流系统间的交互作用,并基于扩展等面积(extendedequal-area criterion,EEAC)理论分析了送受端机组惯量对系统功角暂态稳定性的影响机理。结果表明:在受端电网为无穷大系统的场景下,系统暂态功角稳定性随风电比例增加而改善;在送受端机组惯量可比场景下,存在最优风电与火电配置比例,使得系统暂态功角稳定性最好。

基于WAMS动态轨迹的电力系统功角失稳判据

分析了广域测量系统(WAMS)实时动态轨迹应用扩展等面积法则(EEAC)方法时所遇到的一些问题;在选取合适观察断面的同时,提出了一种通过构造综合功角来进行分群的新方法。该方法计入了功角曲线的历史信息和未来走势信息,在一定程度上有助于快速准确分群。还根据P-δ轨迹穿越动态鞍点(DSP)时的斜率和功角,提出了一种综合判据以判别当轨迹遇到DSP时是否会真正失稳。仿真结果验证了该判据的有效性,它可以在系统的失稳特征尚不明显时,就及时判别出系统的稳定性,以便于尽早采取解列等控制措施。

风电比例对风火打捆外送系统功角暂态稳定性影响

目前风火打捆交直流混联外送系统作为一种新型输电方式,其稳定特性研究值得重视。文中基于扩展等面积准则(EEAC),研究了风电比例对风火打捆交直流混联外送系统的功角暂态稳定性的影响。将风电场机械功率和注入电网功率等值为临界群机械功率的增量,推导出系统功角加速度随风电比例变化时的函数,提出该函数为凸函数时应满足的条件。若余下群相对临界群等值惯量为无穷大时,两者相对功角首摆稳定性随风电比例增加而提高;反之,则随风电比例增加先提高后降低。仿真结果表明了文中分析的正确性。

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(一):理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。

基于静态和动态安全风险的输电规划 (二)计及注入功率的不确定性

与传统电力工业环境相比,市场环境下的输电规划面临的电源建设和需求变化因素更不确定。为了使未来的输电网具有更好的适应性,提出的输电规划模型不仅同时计及了系统静态和动态的安全风险,还考虑了注入功率的不确定性。对该模型给出了基于蒙特卡罗仿真和“先放松约束,再逐条扩展线路”的求解方法,仿真结果验证了其可行性。

解列后局部电网功角首摆失稳问题研究

基于EEAC理论,研究解列后局部电网功角首摆失稳问题。构建三区域互联电网,形成局部电网解列后等值模型。针对无故障解列和故障后解列两种情况,分析解列前后局部电网的等值单机无穷大母线(OMIB)系统的功角-功率特性曲线变化特点。结合解列后局部电网首摆功角稳定裕度计算,从对OMIB系统解列时刻的相对动能、解列扰动后的首摆加速面积以及最大减速面积的影响方面。分析影响首摆稳定性的因素。最后,基于电力系统安全稳定量化分析与优化决策软件FASTEST,在等值电网和实际大电网进行仿真验证。研究结论有助于采取有针对性的防控措施以提高解列后局部电网安全稳定水平。

基于拟哈密顿理论的随机电力系统暂态稳定性分析

蒙特卡洛法分析随机稳定性所需的计算量大,且难以同时考虑随机过程中发生的大量不确定性。基于拟哈密顿系统随机平均方法,提出随机电力系统暂态稳定性分析法。首先,根据扩展等面积法,将受扰多机系统动态映射为两群系统,建立其随机微分方程模型。忽略相关的非哈密顿因素,按哈密顿能量函数确定其安全区域。然后,考虑随机扰动、阻尼等的影响,对等效拟哈密顿系统进行随机平均,求出支配暂态能量转移的平均扩散方程,并基于扩散理论,根据系统条件可靠性分析切除时间、阻尼系数及激励强度等对随机电力系统暂态稳定性的影响。通过4机2区随机系统验证了该方法的有效性。

基于静态和动态安全风险的输电规划 (一)确定性的注入功率

按照概率性的N-1准则,采用考虑动态及静态安全风险的输电规划模型,提出“先放松约束,再逐条扩展线路”的优化策略。基于扩展等面积准则(EEAC)稳定性量化理论,评估规划方案的安全风险,根据失稳模式来指导线路的扩展。通过各个优化子问题之间的迭代,克服了多目标优化的困难,同时大大减少了计算量。仿真验证了该模型的合理性和求解方法的有效性。

远离故障点的机组失稳现象及其控制负效应

由于机组的初加速度与其到故障点的电气距离成反比,故失稳机群一般都在故障点附近。但在对互联大电网的仿真中却发现了远离故障点的机群失稳的实例,并进一步发现故障点附近的负荷变化不但可能改变临界群或失稳摆次,并且可能同时改变两者。用扩展等面积准则(EEAC)揭示其机理。仿真验证了切机等紧急控制措施对相邻摆次的影响相反,在临界群与在余下群中实施的效果相反。进一步证实,当主导映像上的等值机械功率接近于故障后电功率的非周期分量时,失稳模式很可能发生分岔。

交直流互联电网直流功率调制相关问题

研究了交直流互联电网直流功率调制相关问题,包括直流功率调制信号的选择、直流调制控制器的设计及其参数协调优化、负荷特性及低压限流单元对直流功率调制的影响等。针对大方式直流功率调制下,紧急功率支援的投、撤时间掌控问题,引入了最优时间控制理论;针对紧急功率支援的功率提升量、回降量、提升速率、回降速率、支援开始时间,引入了扩展等面积和遗传算法对以上参数进行优化,指出了有功调制有必要和无功调制相结合,最后提出了相关建议和展望。

线路故障位置对暂态稳定性的异常影响及其机理

发现稳定裕度除了随线路上的故障位置单调增加、单调减小、凸状变化外,还可能呈现凹状分布的形态。通过扩展等面积准则(EEAC)理论揭示其机理,以解析方式得到稳定裕度随故障位置凹状变化的条件,并在多机系统的仿真中验证了稳定裕度随故障位置的异常变化形式。该现象的发现和剖析不但有利于深入理解电力系统暂态稳定性的物理本质,也对工程分析提出了新的注意点。