考虑系统一次频率响应特性与新能源不确定性的主动解列最优断面搜索方法

当发生严重故障时,电网状态急剧恶化,主动解列作为防止连锁故障和大范围停电的最重要控制措施之一,能够有效防止电网事故的扩大,而确定合理的解列断面是主动解列控制的核心。随着新能源的快速发展,需考虑其出力不确定性对电网解列后子系统频率稳定的影响。为此,提出一种考虑系统一次频率响应特性与新能源不确定性的主动解列最优断面搜索方法。首先,以总切机切负荷量和开断线路成本最小为目标,在孤岛连通性以及系统基本运行约束基础上,对解列后系统一次频率响应特性进行建模,结合频率变化率和频率最低点等频率稳定相关约束,来保证解列后系统运行的频率稳定。其次,引入负荷侧需求响应来有效减少解列后孤岛的源荷不平衡量,以支撑系统频率稳定;并且,为考虑新能源出力不确定性对解列后频率稳定的不利影响,建立了考虑新能源出力不确定性的主动解列断面搜索模型。最后,通过修改后的新英格兰39节点算例验证了所提出主动解列最优断面搜索方法的有效性。

考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索方法

解列是避免电力系统发生连锁故障及大范围停电的最后一道防线,而解列断面的确定对于解列后孤网系统的安全稳定至关重要。针对现有解列断面分析方法未考虑潮流冲击、电压稳定约束等问题,提出了一种考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索模型,以系统潮流冲击最小为目标,在满足机组同调分群约束和系统连通性等约束的基础上,通过建立频率稳定约束对解列后孤岛产生的不平衡功率大小进行限制以提高解列后孤岛频率的稳定性;同时引入电压稳定指标,通过推导得到该指标与切负荷变化之间的灵敏度矩阵,得到线性化的电压稳定约束以提高孤岛电压稳定裕度。最后,通过修改后的新英格兰39节点系统进行仿真分析,验证了该文所提出的主动解列最优断面搜索方法的有效性。

基于子网络收缩的输电断面搜索方法

输电断面的强弱对整个电网的安全稳定性具有重要的影响。离线计算分析中主要采用人工分析的方式,而在线稳定评估系统应用中则需要能够自动识别系统的输电断面,以自动适应电网运行方式的变化。从实际电网输电断面的特点出发,针对高电压等级非电磁环网断面和电磁环网断面,提出了基于子网络自动收缩的输电断面搜索方法。首先,将整个网络按照厂站和供电区域进行简化。其次,以合并子网络所有送出线路为起点,关联子网络自动收缩,在所有功率送出线路中搜索高电压等级非电磁环网断面。以供电区域中的合并厂站功率送出高电压等级线路为起点,关联厂站自动收缩,在所有高电压等级功率送出线路中搜索电磁环网高电压等级线路。最后,采用华北-华中电网实际系统算例验证了方法的有效性。输电断面自动搜索是电力系统安全稳定状态在线自动分析的重要基础,具有重要的实际应用价值。

考虑同调机组的电力系统主动解列断面搜索方法

将电力系统解列断面搜索问题转化为单目标多约束优化问题,提出了一种考虑同调机组的解列断面搜索新方法。节点间电抗值的大小反映了其电气连接强弱程度。首先以节点间线路电抗值为线路权值,利用Dijkstra算法计算同调机群中发电机之间最小电抗连接线路,得到同调机组连通图,之后用prim算法得到同调机组连通图的最小生成树,并将其等值为一个节点,从而保证电力孤岛内机组连通性。最后利用Dinic算法求得非同调机群间最小潮流割集,得到最优解列断面。对经典IEEE-39节点系统进行算例仿真,验证了文中所提出方法能够快速准确定位解列断面。

基于改进聚类算法的关键输电断面搜索方法

为了有效避免切除故障或过载线路后连锁跳闸事故的发生,提出一种基于改进模糊C均值聚类算法的关键输电断面搜索方法。该方法首先采用改进粒子群算法更新聚类中心,解决聚类算法对初始聚类中心敏感的问题,然后基于改进的聚类算法得到初始输电断面;其次运用Floyd算法搜索含断开线路的最短回路和次短回路,补充漏选的线路到初始输电断面内,构成候选输电断面;最后利用提出的复合因子判据筛选候选输电断面,进而确定关键输电断面。以IEEE 14节点和IEEE 118节点标准系统为例,所提方法可精准搜索得到系统内受切除线路影响较大且可能存在连锁跳闸风险的线路,即关键输电断面。结果表明采用该方法得到的关键输电断面更具有实用性和工程指导价值。

基于凸优化理论的电力系统主动解列最优断面搜索研究

针对电力系统主动解列最优断面搜索过程中计算复杂度高与在线决策需要快速求解相矛盾的问题，该文提出基于凸优化的主动解列最优断面搜索方法。该方法以解列后系统有功不平衡功率最小为目标函数，将求解过程拆解为两阶段进行：第一阶段通过离线运算将系统解列的目标函数及约束转化为一系列满足凸优化条件的方程组；第二阶段在线将发电机及负荷的信息作为参数代入方程，采用内点法结合分支定界进行快速求解。并通过IEEE39节点算例验证方法的正确性、快速性与有效性。

考虑无功功率的大电网主动解列最优断面搜索策略

主动解列是指当大电网遭受大扰动失去同步时,主动断开一系列线路将电网切割为多个电力孤岛以防止事故进一步扩大的一种控制方式。本文提出一种考虑无功平衡的大电网主动解列最优断面搜索策略。该策略容许在不对电网进行化简的前提下,搜索同时满足电网有功与无功平衡的最优解列断面。并通过对华中电网算例仿真及波兰电网算例验证该策略的有效性以及正确性。

热稳定薄弱断面搜索及限额制定的在线算法

为解决离线断面及限额不能实时匹配系统运行方式的问题,针对热稳定断面构成元件搜索、限额制定提出了一套在线算法。采用直流法计算支路开断、有功元件跳闸、母线跳闸3类故障的潮流转移,提出了将母线跳闸转化为虚拟短线开断的方法,使潮流转移关系得以显性表达。归纳得出了3类故障潮流转移通用线性表达式,为制定断面限额奠定了基础。提出了基于“风险支路+威胁元件”构成法的热稳断面构成元件搜索方法,基于潮流转移通用表达式提出了风险加权的断面监控指标构造方法及断面限额制定方法。对于涉及并联支路的相近断面给出了合并方法,对并联支路构成的断面给出了监控指标的化简方法。为保证求解速度和计算精度,采用直流法搜索与交流法校验修正相结合的计算策略。应用于实际案例,搜索的断面将离线断面所反映的热稳风险全面覆盖,计算限额与离线限额的一致性较好,验证了方法的有效性;每一轮计算耗时约3.6 min,满足在线应用要求。

大电网互联格局下的解列断面双阶段搜索方法

针对大区互联电网受扰失稳后应及时进行解列的问题,提出了一种解列断面双阶段搜索方法。首先,基于有功对相角的灵敏度计算各母线节点之间的电气距离,利用K-medoids算法对互联电网进行预分区,再将子区域进行聚合,得到互联电网的初始简化结构图;然后,构建主动解列断面搜索的数学模型,设置有功不平衡功率最小的目标函数及约束条件;最后,利用改进的蚁群算法求解最优解列断面。结果表明所提出的双阶段解列断面搜索方法在不丢失可行解的情况下可将IEEE 118节点算例和某实际大电网算例分别简化为20节点与310节点的系统,并在不平衡功率分别为1.01 MW和189.1 MW搜索到了解列断面,总过程耗时分别为0.21 s与4.35 s,满足了解列搜索过程所要求的快速性与有效性。

考虑同调约束的电力系统主动解列断面的搜索方法

电力系统主动解列是避免发生大停电事故和系统崩溃的有效保护措施,需要及时、准确地确定解列方案。文中提出一种考虑发电机同调约束的最佳解列断面的搜索方法。首先基于故障后广域测量系统(WAMS)提供的实时动态响应信息,利用改进拉普拉斯特征映射算法在线识别同调机群,利用发电机同调虚拟节点聚合同调机群,减小解列断面的搜索空间,然后利用加权拉普拉斯分群策略得到初始的解列断面。最后考虑断面有功功率的方向,利用启发式变邻域搜索算法确定最佳的解列断面,使得解列后各孤岛的净不平衡功率最小。文中方法能充分考虑不同故障模式所带来的同调行为的差异性,使得主动解列控制具有选择性和鲁棒性。通过新英格兰39节点系统验证了所述方法的有效性和适应性。

基于复杂网络理论的电网分区及断面搜索方法

首先,为了解决传统边介数理论中电网潮流传输仅走最短路径的缺点,提出了加权极大边介数的概念,该指标在一定程度上结合了电网拓扑和当前运行方式对分区的影响,使得分区方法更适用于实际电网;进一步,提出了分区终止判据,有效地利用了关键支路,在减少了计算量的同时防止了孤立节点单独成区的现象发生;最后,在电网分区的基础上搜索割集得出断面。在某实际电网中的应用验证了该算法在关键断面搜索中的可行性。与现有的断面搜索方法相比,该算法能搜索出更薄弱的断面,并且不依赖于过载支路的选取,也不要求计算网络的所有割集,更适用于实际电网。

基于卷积神经网络的关键输电断面故障诊断

关键输电断面是电网的薄弱环节,对关键断面状态监测、保障电力系统安全可靠与稳定运行有着重要作用。为避免大事故发生,通过卷积神经网络(CNN)故障识别进行“判面-判线-判相”。首先,以IEEE 14节点系统进行关键输电断面搜索,并用Matlab/Simulink批量获得输电断面故障样本数据,将样本数据归一化处理之后转化为灰度图;然后,通过不同层数网络结构及每层结构参数调试,用7种优化算法进行对比分析,选取充分适应电网故障诊断模型,并引入Dropout过拟合处理和Batch Normalization批标准化加速网络训练,利用选定好的卷积神经网络以交叉熵最小目标对故障样本数据的深层特征进行挖掘;最后,将获得的故障样本数据使用Anaconda平台实验,建立Keras框架设计卷积神经网络模型实现训练测试,并在实验中与AlexNet模型对比。结果表明该模型识别准确率分别提高了0.45%、0.8%、0.3%。

带连通性约束的蚁群优化算法主动解列断面求解策略

传统解列算法在实际系统断面搜索过程中面临两个难题:一是求解复杂度很高,属于NP难题;二是求解过程未考虑连通性,可能出现孤立发电机节点。因此,该文提出了一种带连通性约束的蚁群优化算法主动解列断面求解策略。该策略首先构建了主动解列的数学模型,然后将上述模型映射到具有单目标函数多约束条件的蚁群算法中,最后在充分保证连通性约束的基础上对该模型进行优化求解,获取具有最佳目标函数的解列断面。IEEE-118节点系统和某实际电网的仿真结果验证了文中所提方法的有效性与快速性。

一种考虑发电机同调分群的大电网快速主动解列策略

针对当前主动解列研究中的快速性难题,提出一种考虑发电机同调分群的大电网快速解列策略。该方法在构建大电网图论模型基础上,第一步采用SW(Stoer-Wagner)算法求解发电机动态连接图的最小割,获得发电机分群结果;第二步以最小潮流冲击为目标函数,通过改进的Dinic最大流算法快速搜索最优解列断面。这两个步骤的解列策略,无需对全网进行化简,能够在线获得全局最优解列断面。通过对IEEE 118节点系统和华中电网系统的仿真计算,验证了该方法的正确性、有效性和快速性。

考虑系统运行风险的风电穿透功率极限动态求解方法

风电对其并入电网的运行带来的负面影响,会反过来限制风电的并网规模。为此,考虑风电出力的随机性和波动性,基于风险约束理论,构建了一种计算风电穿透功率极限的动态模型,并提出相应的求解算法。提出了度量风电出力随机性影响的风险指标,将时间和机组组合作为决策变量,以风电的穿透功率极限为优化目标,构建了考虑系统运行风险的风电穿透功率极限的动态计算模型,同时,提出了基于Benders解耦和帝国竞争算法的模型求解方法。利用10机系统算例验证了论文所提模型和算法的正确性,仿真结果表明,系统的风电穿透功率极限与系统风险阀值λ负相关,与风速预测误差标准差σv正相关。

一种考虑风电场并网的大电网快速主动解列策略

针对高风电渗透率电力系统的快速主动解列问题,提出了一种两阶段高风电渗透率下大电网全时段快速主动解列策略。在第一阶段,通过修正系统的收缩导纳矩阵将风功率进行等值,离线计算出电机耦合程度的分类结果并对其功角拉普拉斯矩阵进行在线修正,进而在线获得当前的同调分群结果;在第二阶段,以图论为基础,通过约束谱聚类算法将解列断面搜索问题转换为广义特征值求解问题,并运用改进k-means算法快速求取实时的最优解列断面。最后通过IEEE 118节点系统仿真,验证了所提策略的正确性、有效性和快速性。

以维持重要负荷供电为目标的交直流系统自适应解列方法研究

解列控制作为电力系统三道防线中的最后一道,是在系统遭受严重故障后的一种紧急控制方法。传统的失步解列控制难以应对系统运行方式或失稳模式的改变;基于慢同调和振荡中心定位的自适应解列控制仅在同调分群明显或振荡中心相对固定的系统中取得了较好的效果。该文首先以同调分群不明显的广东电网为例,讨论常规的自适应解列控制方法在此类电网中搜索可行解列断面时面临的困难;然后,对解列控制的目标进行反思和讨论,提出在面对同调分群不明显的系统时,可以将维持重要负荷供电作为控制目标进行自适应解列。接着,基于该目标提出'解列断面预筛选-重点区域种子节点选取-节点扩充-解列断面校验'的四阶段自适应解列框架。最后,以广东电网为算例,验证以维持重要负荷供电为目标的自适应解列控制方法的可行性及有效性。