利用网络等值进行图降维的图注意力暂态功角稳定评估模型

省级以上实际大电网节点众多,用于电网暂态稳定评估的深度学习模型输入特征空间面临维数灾,训练成本高且泛化能力难以保证,成为该类方法难以应用于实际大系统的一个瓶颈。针对这一问题,提出了一种面向稳控校核、利用网络等值进行图降维的图注意力深度学习暂态功角稳定评估模型。首先,建立全网发电机图,基于转子惯量等决定暂态功角稳定的关键参数构建其节点相似度,并利用节点相似度改进发电机图的边权重;作为一种领域知识嵌入方式,借鉴电网动态等值思路,对待研究稳控系统所涉及区域以外的网络部分,基于发电机图和分层聚类算法进行分区,将所形成分区对应成等效节点形成降维发电机图,并建立原图到降维图节点、边权重参数的映射,实现对原输入空间的降维。最后,以降维图作为输入建立图注意力深度学习模型,实现对复杂网络的暂态功角稳定评估。在南方电网某实际稳控系统算例上进行对比分析,验证了模型的有效性及准确性。

电化学储能参与电网暂态功角稳定控制研究

针对电网传统紧急控制资源的日益匮乏,利用电化学储能功率控制的快速性与双向控制能力,研究将其应用于电网暂态功角稳定控制。首先推导了计及电化学储能的双机等值模型,基于扩展等面积定则分析了储能改善电网暂态稳定裕度的原理。其次,提出了一种考虑设备保护与系统保护动作时序差异的储能电站有效工作时长计算方法,改善了紧急控制储能的工作效率。提出了计及储能的基于性能代价比多类措施协调控制策略制定方法,兼顾紧急控制的安全性与经济性,为电网暂态紧急控制提供在线辅助决策支撑。进一步提出了储能电站全景监控系统架构,为实现储能电站与电网紧急控制系统的交互提供了技术实践思路。最后西北电网实际算例验证了所提方法的有效性与合理性。研究结论可为规模化储能与高比例新能源电网第二道防线的扩展与建设提供理论参考。

考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法

当电网发生严重故障时,虚拟同步发电机(VSG)易发生功角失稳并导致故障电流越限,现有方法大多忽略功角失稳与故障过流之间的内在关联性而将二者单独处理,导致二者难以同时解决.为此,分析了VSG的暂态功角特性和故障电流特性,阐释了产生上述问题的原因及相互关系;基于相图理论分析了多影响因素下VSG的暂态功角稳定性,提出了一种考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法,该方法在自适应调节有功功率指令以保持功角稳定的基础上联合调节无功调压系数,并引入准静态近似虚拟阻抗,同时实现了故障期间VSG的暂态功角稳定和全故障限流.仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性.

基于量测数据时序谱分布特性的电力系统暂态功角稳定在线判别

基于响应信息的电力系统暂态稳定判别是实现“实时决策,实时控制”的基础。然而此类方法的准确性受限于场景匹配以及发电机分群等中间环节。为更有效地辨识系统的暂态稳定性,该文以随机矩阵理论为基础,提出一种基于量测数据时序谱分布特性的电力系统暂态功角稳定判别方法。首先根据电力系统的暂态响应特性构建数据模型,并在实时分离窗矩阵的基础上构建插入矩阵模型以降低冗余历史数据对谱分布特性的影响。然后结合谱分布理论和增广矩阵法获取表示数据相关性的最大特征值偏移度(maximum eigenvalue deviation,MED)差值轨迹,并以物理机理严格分析不同稳定模式下MED差值轨迹与暂态功角稳定间的映射关系,从数据相关性的角度制定暂态功角稳定判据,基于量测数据实现暂态响应特性分析和暂态功角稳定在线判别。

基于深度学习的电力系统暂态电压与暂态功角稳定一体化超前评估

暂态电压稳定(transient voltage stability,TVS)与暂态功角稳定(transient angle stability,TAS)是电力系统安全运行的重要基础。随着新型电力系统的建设,电压与功角问题紧密耦合且频发,亟需高精度的一体化超前评估为紧急控制夯实基础。首先根据调研整合了表征功角稳定与电压稳定的综合特征,并根据极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)衡量特征贡献度,根据贡献度生成含差分特征的特征集作为评估模型的输入。其次,提出了融合挤压激励模块的多尺度卷积门控循环单元模型(a multi-scale convolution gated recurrent unit integrated with squeeze excitation,SE-CGRU)。该模型通过挤压激励(squeeze&excitation,SE)模块实现特征通道权重的自适应调整,并利用多尺度卷积融合细节特征与宏观特征,实现了暂态功角与暂态电压的高精度一体化评估。在线评估时无需已知故障切除时间即可给出预测结果并输出系统当前状态下的安全裕度。通过引入带时间约束的损失函数与动态权重训练的方式,在保持现有精度的基础上大大缩减了响应时间,实现超前评估。采用多判据融合策略进一步减少了漏判与误判,提高了模型评估的可靠性。以新英格兰10机39节点系统和国内某区域省级互联系统为例验证分析,结果表明所提方法可实现高精度的功角和电压稳定一体化超前评估。

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。

考虑暂态功角稳定和故障限流的并网逆变器下垂暂态控制策略

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性的影响以及暂态功角、短路电流与逆变器输出电压三者之间的关系。其次,以暂态功角稳定和故障限流为控制目标,通过在有功控制回路中引入暂态功角动态补偿项、在无功控制回路自适应调整电压参考指令值进行综合控制。最后,通过仿真实验验证了所提出控制策略不仅可以抑制故障过程中不平衡功率造成的功角持续增大和故障过电流,并一定程度上增加了故障期间无功功率,有利于故障电压恢复,从而实现下垂控制型逆变器在电网故障时的安全稳定运行。

基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警

大规模风电接入使得电力系统惯量水平降低,暂态功角失稳风险加剧,开展含风电电力系统故障前的暂态功角稳定在线预警对保障其安全稳定至关重要。提出了基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警方法。首先,通过理论分析得到风电场在故障清除后短时间的功率恢复过程不能忽略的推论,并建立等效外特性模型,进而基于扩展等面积定则构建了计及风电场多阶段外特性的暂稳数学模型。其次,定义了含风电系统暂态功角稳定的临界等效惯量,并通过匀加速分段等效提出了实用化的求解方法,进一步提出了暂态临界惯量指数,实现稳定裕度量化分析并给出风险等级。最后,以含风电接入的四机两区域系统和IEEE39节点系统为例,仿真验证了所提方法的有效性和适用性。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

N-2组合故障集的暂态功角稳定在线快速评估

大电网中N-2组合故障数目巨大,若对每个组合故障分别进行暂态功角稳定评估,难以满足在线评估的时间要求。基于N-2组合故障中第一个元件故障的暂态功角稳定在线评估结果(裕度和主导群发电机的参与因子),结合第一个元件故障的暂态功角稳定主导群中发电机的有功功率对第二个开断元件有功功率的灵敏度,计算出N-2组合故障的暂态功角稳定严重程度排序指标。通过优先对排序在前位的组合故障进行基于详细模型时域仿真的暂态功角稳定量化评估,直至排序号连续的多个组合故障的暂态功角稳定裕度都大于0,则直接判定排序在其后的所有组合故障均是暂态功角稳定的,从而满足N-2组合故障集暂态功角稳定在线评估对计算速度的要求。实际电网算例验证了该方法的有效性。

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。

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(二):影响因素分析

该文作为2篇系列文章的第2篇,重点分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入电力系统后影响系统暂态功角稳定性的关键因素。在第1篇文章理论分析的基础上,根据扩展等面积定则,讨论了同步机出力调整、风电渗透率和风电场选址等因素起主导作用时,电力系统暂态功角稳定性的变化。然后,从暂态功角稳定的角度出发,总结出风电接入情况下指导电力系统规划和调度的一般规律。最后,通过在双机互联系统上进行的数值仿真验证所提规律的正确性。结果表明,从本质上看,各种因素的变化如果有助于减小前向机群的有功出力,则有助于提高电力系统的暂态功角稳定水平。

基于典型故障集的暂态功角稳定近似判别方法

为适应特高压电网安全风险的新特征,需要研究考虑系统暂态功角稳定的风险评估评价方法。现有电力系统暂态功角稳定性判断方法计算量很大,无法满足特高压电网风险评估的计算要求。研究了影响系统故障后暂态功角稳定的因素,基于EEAC法推导了这些因素对于系统临界稳定性的灵敏度,进而设计了在已知典型故障临界稳定信息条件下近似判断边界条件变化后近似场景下暂态功角稳定性的方法。最后设计了考虑电力系统暂态功角稳定的风险评估流程,为特高压电网风险评估提供了新的思路。

暂态功角稳定不稳定平衡点类型和临界割集数量的对应关系

电力系统暂态功角失稳模式同相关不稳定平衡点密切相关。鉴于电力系统失去暂态功角稳定时总是伴随着电力网络的某个或某些临界割集上支路角度急剧地、过大地增长,人们已经认识到电力网络中存在临界割集与系统模型中存在不稳定平衡点是等价的,并提出了用于电力系统暂态功角稳定分析的割集稳定准则。为了使人们能够放心地、正确地运用与临界割集相关的稳定准则,本文以电力系统结构保留模型为基础,从理论上推导出暂态功角稳定不稳定平衡点为i型的当且仅当事故后电力扩展网络中存在i个临界割集。利用上述结论,可以很容易地将割集稳定准则应用于多群失稳的情况,以消除原准则的保守性。

无功调控对暂态功角稳定性的影响

单机无穷大系统和实际电网的仿真算例表明,在发电机有功出力不变的情况下,通过增加临界群发电机组的无功出力可提高电力系统的暂态功角稳定性和输电功率极限。运用等面积法则对其机理进行详细分析并得出结论:增加发电机的无功出力对系统功角稳定的影响随故障切除时间的改变而改变,当在故障后的恢复曲线高于初始机械功率时,其对功角稳定的影响效果明显,并随着故障切除时间的延迟将逐渐增大,而切除时间很短时,增加发电机无功的初始出力对系统功角稳定的影响并不大。仿真结果证明了其正确性和合理性,从而为电力系统的稳定运行提供了一种灵活的控制手段。

发电机无功功率与机端电压对系统暂态功角稳定性的影响

阐述了系统暂态功角稳定的物理意义,运用扩展等面积法则(EEAC)理论详细分析了发电机的无功功率和机端电压水平对电力系统暂态功角稳定性的影响。指出提高领先群机组的无功出力和机端电压水平有利于电力系统的暂态功角稳定;而提高余下群机组的无功出力和电压水平则不利于电力系统的暂态功角稳定。通过安徽电网实例仿真计算对结论的正确性进行了论证。

考虑交互信息完备程度的跨国互联电网暂态功角稳定研究

为响应国家“一带一路”倡议,南方电网积极与周边国家实施电网互联互通,包括以交流形式进行电网的跨国同步互联。跨国互联电网的安全稳定运行事关国家形象及政治民生,且联网国的信息可能不完全共享,都增加了同步互联电网安全稳定运行的难度。本文详细分析了跨国同步互联电网的暂态功角稳定问题,基于多机系统暂态功角稳定机理揭示了交互信息完备程度对暂态功角稳定的影响。考虑不完备交互信息这一特殊情况,研究了仅基于部分关键动态特征信息的暂态功角失稳判别方法,进而提出了基于交互信息完备程度的暂态功角稳定自适应切换控制策略,为跨国互联电网的安全稳定运行提供技术支撑。

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。

基于支持向量机和长短期记忆网络的暂态功角稳定预测方法

为实现暂态功角稳定性及功角轨迹的预测,提出一种支持向量机(SVM)与长短期记忆(LSTM)网络相结合的预测方法。根据系统动态特性构造暂态特征变量,采用SVM训练暂态稳定性分类器,对暂态稳定进行初步评估;利用LSTM网络对分类器评估的失稳样本进行发电机功角轨迹预测,提前发现失稳机组,减少误判样本数。通过IEEE 10机39节点系统产生训练样本并对所提方法进行测试,结果验证了所提方法的快速性和精确性。

一种利用机端电压幅值轨迹MLE指标的暂态功角稳定在线辨识方法

在实时获取电网动态响应信息的基础上,为更有效地评估系统的暂态稳定性,文中从动态系统最大李雅普诺夫指数(maximum Lyapunov exponent,MLE)定义及其稳定分析机理出发,提出一种数据驱动的暂态功角稳定在线辨识方法。方法首先基于相空间重构理论、暂态功角稳定与机端节点电压幅值变化率-电压幅值偏差(Vmagcr-?Vmag)特性曲线的关系,将暂态功角稳定问题转变为受扰严重机组端节点?Vmag曲线的MLE轨迹分析问题;进而,利用递推最小二乘算法对MLE计算进行改进,并提出相关参数选取方法;最终,结合MLE曲线,给出了系统暂态稳定性的判断依据。方法无需对系统进行等值、简化及同调机组辨识,并克服了现有基于MLE暂态功角稳定评估方法需要预设MLE符号观测窗口的缺陷,具有较强的通用性与实用性。仿真算例验证了方法的正确性与有效性。