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 。

基于实用动态安全域的输电系统概率动态安全评估

提出一种基于实用动态安全域的输电系统概率动态安全评估模型。该模型计及了负荷和发电节点注入功率的不确定性、预想事故的不确定性、事故发生地点、故障切除时间及负荷中感应电动机负荷比例的不确定性。安全域的数学描述使注入功率不确定性和电动机负荷比例不确定性的计及变得简便。概率安全性评估的结果能够指导运行人员进行预防控制。以NewEngland10机39节点系统为例验证了所提出的数学模型,并用Monte-Carlo方法加以检验。

基于实用动态安全域的紧急控制策略

研究了考虑紧急控制措施的扩展实用动态安全域临界面的迁移规律,并用紧急控制措施所引起的实用动态安全域临界面沿其外法线方向的迁移距离来表示紧急控制措施的有效性,给出了切机和切负荷以及二者配合操作的控制有效性的定量表示方法。据此提出了一种新的电力系统暂态稳定紧急控制方法,该方法通过选择不同的措施控制安全域临界面的推移,使扩展后的实用动态安全域能涵盖当前系统运行点,保证系统不会发生暂态失稳现象。在此基础上,通过把控制措施量化为一成本指标,建立了暂态稳定紧急控制的数学模型,并基于控制有效性灵敏度指标给出了该问题的优化策略。在10机39节点新英格兰系统上的测试结果表明了这种方法的有效性。

基于实用动态安全域的电力系统安全性综合控制

基于实用动态安全域(PDSR)的边界可用超平面表示的事实及扩展实用动态安全域临界面的迁移规律,给出了一种最优安全性综合控制的新方法。该方法以综合控制总成本为目标函数,以超平面形式的不等式为暂态稳定约束,将安全性综合控制问题归结成一个最优化问题。针对该优化问题的特点,提出了一种“积极约束松弛法”的优化策略,它能将预想事故集分解成使控制总成本最小的2个子集,并分别由预防控制和紧急控制保证其中事故的安全性。在新英格兰10机39节点系统上的仿真算例验证了文中所提优化策略的有效性,也表明综合控制方案远比纯预防控制方案和纯紧急控制方案经济。

复功率注入空间中电力系统的实用动态安全域

为研究复功率注入空间中实用动态安全域的边界性质,针对多个典型电力系统,通过大量的仿真研究表明,在网络中不同位置发生持续不同时间的短路事故时,复功率注入空间中暂态稳定的临界点的集合可以使用一个或极少数几个超平面来近似描述．在包含暂态电压失稳现象的稳定问题研究中,复功率空间中的实用动态安全域具有更好的精度．文中详细讨论了这些近似描述与真实边界之间的差异并发现了实用动态安全域边界的迁移规律,上述研究大大拓宽了实用动态安全域适用的范围．最后通过对某电力大系统实用动态安全域的研究,验证了上述结论．

交直流并联输电系统实用动态安全域研究

通过改变发电机节点有功功率、电压幅值以及负荷节点有功功率、无功功率可得到满足暂态功角稳定性的临界点。在给定事故、直流功率及控制方式下,交直流并联输电系统的保证暂态功角稳定性的实用动态安全域边界,由描述各节点有功功率及无功功率或电压幅值(对应于发电机节点)上、下限的垂直于坐标轴的平面和极少数几个分别对应于不同失稳模式的临界点的超平面(简称为临界面)围成。在相同故障、失稳模式、直流控制方式下,分别对应于不同直流功率的临界面间具有近似平行性,并且它们的空间几何距离与直流功率的改变量成正比。因此直流功率可以作为临界面方程的一个有功功率变量。通过观察拟合得到的临界面方程系数可以看出,临界群中各节点的有功功率、发电机节点的电压幅值的变化将显著影响系统的暂态功角稳定性,而负荷节点的无功功率变化对系统的暂态功角稳定性影响很小。

基于相轨迹分析的实用动态安全域构建方法

随着广域量测系统的广泛应用,出现了基于相轨迹分析的暂态稳定性判别方法,由此提出了一种基于相轨迹的实用动态安全域（practical dynamic security region,PDSR）快速构建技术。以单机无穷大系统为例展示了相轨迹灵敏度比传统功角灵敏度具有更好的线性拟合效果,并将其推广应用于多机系统。基于相轨迹的判稳分界函数,通过分析注入空间参数改变时发电机功角与角速度的变化情况,识别影响系统稳定性的主导失稳机组。进而,根据判稳分界函数和注入空间参数改变量之间的灵敏度关系,围绕主导失稳临界点构建实用动态安全域。文中提出方法的有效性在新英格兰10机39节点系统中得到了验证,分析表明该方法利用功角和角速度组成的相轨迹数据,在计算的快速性、适用性等方面具有良好的应用前景。

相角-电压空间上的实用动态安全域

电力系统中的相量测量单元(PMU)可以实现电网部分相量(如节点的电压相量)的实时异地同步测量与传输。为充分发挥含PMU的广域量测系统(W AM S/PMU)在电力系统安全预警、保护与控制中的作用,研究了节点相角-电压空间上保证暂态稳定的动态安全域的边界性质。研究表明,对于既定的事故和事故前、后系统图形,相角-电压空间上实用动态安全域的临界边界同样可以用一个或极少数几个超平面近似描述。节点相角-电压空间中的实用动态安全域边界的拟合具有非常好的精度。基于这样一个安全域和W AM S/PMU提供的节点信息,可以很方便地计算出相角-电压空间的任一增长方向上的稳定裕度。也可以通过可视化,在线观察目前运行点距既定预想事故下稳定边界各个方向上的距离。

电力系统实用动态安全域及其搜索方法的改进

电力系统动态安全域(DSR)可为电力系统提供更为丰富的安全信息,实现电力系统的在线安全性评估与优化。经过大量的仿真实验发现,应用现有的搜索动态安全域临界超平面方法所得到的结果与理论分析得到的结果存在着很多差异。为此,分析了某些情况下应用现有实用动态安全域搜索程序所得结果存在偏差的原因,给出其理论上的解释,并通过增加非独立节点(一般选取平衡节点作为非独立节点)约束条件和改进相应的搜索方法解决了出现的偏差问题,完善了实用动态安全域(PDSR)的方法。并在CEPRI-36节点交直流混合系统和太平洋联络线交直流并联输电系统算例上进行了验证,得到了满意的结果。改进后的实用动态安全域及其搜索方法使动态安全域超平面的搜索更加精确,对实际系统更具有指导意义。

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。

基于实用动态安全域的多小水电群送出能力协调优化

为提高多个小水电群的协调送出能力,提出了一种基于实用动态安全域的多小水电群送出能力协调优化方法。该方法将多小水电群送出能力协调优化问题描述为临界超平面约束条件下的小水电群机组有功功率注入增量最优的线性规划问题,并提出了临界超平面方程系数的改进求解方法以及临界超平面方程空间的降维方法以简化问题的求解。将该方法应用到云南电网滇西地区的保山、怒江和迪庆小水电群中,计算结果证明了该方法的可行性及有效性。

安全域的方法学及实用性结果

简要介绍了安全域的方法学,列举了其优越性,定义了注入空间上保证暂态稳定的实用动态安全域(PDSR)和割集功率空间上保证静态电压稳定的安全域(CVSR),给出了关于它们的临界面可用超平面描述的两个重要事实,同时解释了这些超平面形式的安全域边界可以大大降低概率的安全性评估计算量的原因和可使一大类电力系统调度最优化问题中暂态稳定约束和静态电压稳定约束难以处理这一棘手的问题变得十分简易的原因.

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。

基于安全域的电力系统有功及无功优化(英文)

提出了一种同时计及电力系统有功及无功的新型优化潮流模型与算法。在构建优化潮流(OPF)的数学模型时借助了3种电力系统安全域的概念与方法,它们分别是:满足系统潮流约束(母线电压约束、支路热稳定极限以及发电机出力限制)的“静态安全域”、“静态电压稳定域”以及针对既定的网络结构和既定的网络结构变化过程的保证系统暂态稳定性的“动态安全域”。在此基础上,利用电力系统的有功功率与支路角之间、无功功率与节点电压幅值之间的仿射关系,建立了通过二次规划来求解优化潮流(OPF)的算法。文中最后在新英格兰10机39节点系统中演示了所提出算法的有效性。

电力系统安全域方法研究述评

简明地综述了天津大学关于电力系统安全域方法学研究的成果.首先给出了电力系统安全域研究的推动力以及各种安全域的定义和概念.进而给出了3种实用的安全域,分别是:事故前系统注入功率空间上保证暂态稳定的实用动态安全域(PDSR)、割集功率空间上保证静态电压稳定的安全域(CVSR)和注入功率空间上保证不出现Hopf分岔的实用小扰动稳定安全域.它们是基于如下事实提出的:在工程关心的范围内,其稳定边界可用一个或少数几个超平面近似描述.这种形式的数学描述具有如下优点:便于开发计算安全域的快速方法,便于实现安全域的可视化,大大降低了计及节电注入功率不确定性时电力系统概率安全性评估的计算量,同时可使一大类电力系统最优化问题中稳定约束处理难的问题变得十分简易.基于PDSR和CVSR的研究成果,天津大学已成功地开发了综合安全域的可视化系统和电力系统概率安全监视系统,并在基于安全域的电力系统优化潮流、安全性综合控制、风险评估与优化、以及安全性定价等方面取得了令人鼓舞的成果.

一种暂态稳定紧急控制策略筛选法

针对电力系统紧急控制优化决策中遇到的候选控制措施数目过于庞大,影响在线搜索速度的问题,利用电力系统实用动态安全域的基本性质和紧急控制的基本规律,提出了一种候选控制措施筛选法。该方法首先精确计算几个基本控制措施的有效性指标,然后利用基本控制措施的有效性指标对其它候选控制措施的有效性进行线性估计,并利用估计值来筛选候选控制措施集,排除掉大量无效控制措施,减小候选控制措施集的规模,再对剩余的有效控制措施进行优选,得出最优措施。在新英格兰系统上的应用,证明了该筛选法可以有效减小候选控制措施的数目,特别是在考虑多个节点多级控制措施复合操作的情况下,搜索速度显著提高。

考虑暂态稳定约束的临界割集功率传输极限和发电经济调度

保证暂态功角稳定性的实用动态安全域 (PDSR)边界 ,可由注入功率空间上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 1个或少数几个超平面围成。后者所包含的每个超平面对应着 1个且相异的临界割集。计算PDSR时可以计及系统元件的复杂模型。文中在PDSR的基础上推导出临界割集功率传输极限 (PTLCC)的表达式 ;通过理论和实例分析表明 ,PTLCC不是常数而是在一定范围内变化 ;并且提出了精确计算最大PTLCC(即可用传输容量 )的数学模型和考虑暂态稳定约束的发电经济调度模型 ,它们皆为线性规划问题 ,易于求解。求取最大PTLCC的算法简单、实用 ,可在线使用 ,并且被优先选择的节点的有功变化对系统稳定性的影响较小 ,这为运行人员提供了有用的信息。

输电系统动态安全风险评估与优化

提出一种基于实用动态安全域的输电系统动态安全风险评估和优化模型.在动态安全风险评估模型中计及了综合安全控制措施的成本和节点注入功率不确定性的影响.应用实用动态安全域可以比较方便地计及暂态稳定约束和节点注入功率的不确定性.给出了确定和划分预想事故集合的方法,并以系统动态不安全风险最小为目标,针对给出的主导预想事故集建立了一种风险控制的最优化模型.通过对预防控制和紧急控制措施的优化以及预想控制集合的优化分解,得到了系统动态不安全风险的最优解.最后以New England 10机39节点系统为例验证了所提出的数学模型的有效性.

风险指标在提高传输功率极限中的应用

针对现有风险模型考虑系统稳定性过于简单的缺点,在实用动态安全域的基础上提出了一种新的风险指标并将它应用到提高输电线路传输功率极限的计算中,综合考虑超极限运行的经济效益和故障后的紧急控制成本,确定系统最佳运行点。该指标采用事故发生的概率来考虑其不确定性,利用紧急控制成本来衡量失稳事故的严重性。以江苏电网为例的验算结果表明,采用该风险指标确定的系统运行点能有效协调系统运行的安全性与经济性要求,经济、社会效益可观。

风电场对电力系统运行成本和市场价格的影响

将基于安全域的电力系统有功定价模型用于拟并网的风电场装机容量和风电场位置的论证中。采用按小时的平均日发电曲线表示风电场的运行约束,并通过比例因子来反映负荷随时间的变化。由于模型中计及了线路热稳定约束和暂态稳定约束,使风电场装机容量和风电场位置对市场价格、发电成本和安全成本影响的分析结果更符合实际。新英格兰10机39节点系统的示例表明,所得的影响分析结果可辅助电网规划人员就风电上网问题做出科学的评估。