基于电压相量轨迹的失步振荡中心特性解析及解列断面预判

利用电压相量轨迹信息解析电网失步振荡中心分布特性并实时预判解列断面,能够为主动解列控制提供决策依据。首先针对两机失步模型,证明了沿线各节点的电压相量轨迹是圆,其圆心坐标、半径大小与两侧电势及节点位置有关,依据失步振荡中心的电压过零这一特征,推导出失步振荡中心分布特性是圆或直线的解析方程;其次,针对理想两群摇摆,提出了无需等值参数辨识的失步振荡中心精准定位方法,针对实际电网环境下的失步振荡,利用失步振荡中心所在线路端点的电压相量轨迹与坐标原点的位置关系,构建失步振荡中心所在线路的预判指标,指标存在固定临界值零;最后,提出了失步解列断面预判方法,仅依据线路端点量测即可实现实时预判。500kV两机系统、IEEE-118节点系统和实际交直流混联电网算例验证了方法的有效性,方法计算简单、适用性强、时效性好,具有较高的工程应用价值。

基于无功功率捕捉失步解列断面的理论研究

就等值双机系统在失步振荡过程中失步断面联络线的电气量进行了研究分析。当多机电力系统失步成2组同调机群,失步断面通常是由考虑到解列后子系统的同步运行并可以将系统解列成2个同调子系统的一组联络线组成。这组联络线的电气量的共同特征主要是:失步断面联络线上有功功率周期性过零振荡;失步断面联络线上有一点(失步中心),其电压幅值的变化幅度明显大于联络线的其他地方,且距离失步中心越远,幅值变化越小,即在失步振荡过程中,失步断面联络线存在明显的电压梯度;失步过程中,无功功率由失步断面两侧流向失步断面中。利用有功过零判断振荡周期并在该周期内对无功功率进行积分,该积分值能够反映出失步断面的这些特征。基于此,提出了基于无功功率寻找失步解列断面的方法。

基于半监督谱聚类的最优主动解列断面搜索

主动解列最优断面搜索是依据广域测量信息,在大电网遭受大扰动失步崩溃之前,依据实时工况和运行方式,快速准确求取电力孤岛划分的紧急策略。然而,在实际大系统的求解中,计算复杂度呈几何指数增长,是一个NP难题。提出了一种半监督谱聚类算法,首先采用最小复合有功潮流冲击的目标函数和机组同调/分离等相关约束构建详细解列断面搜索模型,然后将最优断面搜索的优化求解过程,映射为约束谱聚类对静态图分割的松弛解求取过程,最后通过改进的PAM聚类算法选择最优主动解列断面。上述过程,在不丢失全网信息前提下,降低了时间复杂度,IEEE 118标准算例和四川电网实际系统的仿真验证,证明了该算法的正确性、有效性和快速性。

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。

考虑柔性直流落点约束的最优主动解列断面搜索算法

当电力系统遭受严重扰动后,主动解列策略是防止灾害性大停电事故积极而有效的手段,其核心内容是搜索最优解列断面,通常理解为是一种含约束的组合优化问题。提出了一种基于谱聚类的考虑柔性直流落点约束的最优主动解列断面搜索算法,该方法通过谱聚类算法将电力系统的最优解列断面搜索问题映射为图的分割问题进行求解,直接求取最优解且计算速度较快;以最小有功潮流冲击为目标函数,最小化解列后系统潮流的改变提高了孤岛系统的暂态稳定性;考虑了基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)的终端落点作为约束条件,将VSC-HVDC的终端置于不同孤岛内可实现孤岛间功率的交换,降低了系统整体恢复稳定的成本。最后通过IEEE 10机39节点系统以及厦门系统实际算例的仿真验证,证明了该方法的有效性和快速性。

基于改进LFM算法的主动解列断面搜索方法

针对传统解列断面算法复杂度高的问题,提出一种基于改进LFM算法的解列断面搜索方式。首先,基于节点间电气联系和能量转移分布熵完成电网加权复杂网络建模;其次,基于主动解列断面约束条件,对LFM算法做适应性改良;最后,通过改进LFM算法得到解列断面,并在IEEE39节点系统中验证了算法有效性。仿真结果表明,改进LFM算法可充分考虑传统解列断面的约束条件,在算法具有较低复杂度的同时对系统运行状态更强的适应性。

失步解列装置信号检测点及解列断面的选取

准确地检测失步信号并确定最佳的解列断面是终止电力系统振荡的关键。分析单机无穷大系统失稳时网络中不同部位支路相角差的变化特点,提出利用支路两端相角差作为失步解列原理的判据。对于多机系统,基于网络参数,确定了失步解列装置在系统中的信号检测点,并对解列断面的选取进行了探索性的分析。结果表明:失步解列装置应在网络结构脆弱、最易导致系统失稳的失步断面处检测信号;解列断面应在失稳的群间联络线对应的多个割集中选取潮流较小、构成割集的支路数较少的断面进行解列。对New England 10机系统进行了仿真分析,确定了失步解列装置的信号检测点和解列断面。

基于电压矢量矢端轨线的电网主动解列断面快速定位方法

随着电网运行环境的复杂性、随机性日益加剧,实现信息驱动的电网主动解列断面快速定位具有重要的现实意义。首先,针对节点电压矢量的矢端轨线,基于3种向量距离定义,构建表征向量时序变化属性的特征空间;其次,基于IEEE-9系统分析系统稳定、失稳2种场景下电压矢量矢端的轨线变化,提取失步振荡时节点电压矢量的时序演进规律,并通过两机等值系统解释其合理性;最后,提出基于轨迹距离聚类的矢端轨线相似性评估方法,依据群簇扩展及功率平衡约束在线精准定位解列断面,并通过参数自适应调节及滑动时窗实时跟踪断面的迁移情况。IEEE-39系统和实际电网算例验证了该文方法的有效性,该方法无需复杂计算、耗时短、断面连通性强,具有一定的工程实践价值。

基于拓扑连通性约束遗传算法的主动解列断面搜索

随着大规模新能源互联电网的发展,电力系统发生连锁故障的风险越来越高,适当的主动解列可以阻止故障的传播。为解决主动解列断面求解过程中的系统拓扑连通性和计算复杂度高的问题,提出了一种含拓扑连通性约束遗传算法的主动解列断面搜索方法。该方法首先构建了解列断面搜索的数学模型,然后基于图论知识提出了一种系统拓扑连通性约束,并加入到遗传算法中。同时提出了一种系统拓扑简化和预处理方法。最后将简化后的系统拓扑和数据输入到含拓扑连通性约束的遗传算法中进行主动解列断面的求解。IEEE 118节点系统算例表明,所提算法能够保证求解出的主动解列断面具有拓扑连通性且有功功率基本平衡,系统拓扑简化和预处理方法能够有效提高算法的运行效率。

基于标签传播算法的电网主动解列断面快速定位方法

传统的失步解列控制无法适应多变的运行方式和复杂的失稳模式,实现数据驱动的电网主动解列断面快速定位具有重要意义。为此,结合复杂网络社团检测理论和电气距离,提出一种基于标签传播算法的主动解列断面快速定位方法。基于等值两机系统联络断面电气距离对振荡中心位置有主要影响的机理,依据支路导纳建立图数据的相似性权重矩阵。根据同调机群在线辨识的分群结果标注同步发电机节点的类别标签。使用基于调和函数的标签传播算法对未标注节点进行半监督节点分类,不同类节点之间的边即所定位的解列断面。通过IEEE 118节点系统算例和东北电网实际系统的仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。该方法的计算速度非常快,具有较好的工程实用价值。

基于受扰轨迹的主动解列断面初筛方法研究

主动解列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。为了给基于实时受扰信息的主动解列策略的制定奠定基础,提出了一种基于时域仿真的主动解列断面初筛方法。首先基于EEAC(扩展等面积准则)分群方法确定不同失稳故障下的系统互补群,然后聚类得到该系统在当前运行方式下所有可能被激发的机组分群组合的集合,最后结合网络拓扑结构给出初始的解列断面。基于浙江电网的算例分析表明,该方法不仅物理意义清晰,而且操作简便。

强联系电网失步解列断面的捕捉方法研究

在两机等值系统的基础上,对在失步过程中失步断面联络线上的视在阻抗、测量电压、无功功率等电气量的变化规律进行分析。基于测量阻抗或测量电压最小值的解列断面捕捉方法虽能够反映解列装置到失步中心的距离,但不能识别出失步中心的方向。与电压之间存在强耦合关系的无功功率不仅可以反映出电压的特征,而且还具有流动的方向性。对华东电网安徽机组失稳模式下的失步断面进行仿真分析。

应用临界失稳模式预测判断电力系统解列面的新方法

为故障后临界失稳的电力系统确定解列断面以平息系统振荡可以防止系统完全崩溃。文章首先在基于流形变换的方法预测电力系统临界失稳模式的基础上,用预测到的临界失稳模式对系统中的发电机进行分群;然后将系统接线图转化为节点带权的无向图,用图论的方法寻找应切除的支路集合,使得每个机群的不平衡功率最小,从而构成系统的解列面:最后采用新英格兰10机39节点系统作为算例,用预测到的临界失稳模式搜索、判断系统故障后的解列面。后续仿真表明,按上述方案解列系统能够尽快平息各机群的振荡。

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。

基于支路势能函数失步判据的华中电网失步解列策略

现有的失步解列装置缺乏信息共享,失步断面各支路常常不能同时解列,进而导致振荡中心迁移,无法正确解列。为了保证失步解列装置能准确解列失步断面,按照省间调度分区和省内同调分群的思路,提出首先通过离线数字仿真确定系统断面解列方案策略表,然后以支路暂态势能指标作为断面两端系统失步的实时判据,在线查询系统断面解列方案策略表,从而确定系统解列方案,并对华中电网典型解列算例进行了仿真分析。仿真结果表明:支路势能函数作为解列判据能够有效识别系统失步断面,利用所提出的失步解列策略能够有效避免同一断面不同回路就地解列判据动作不一致造成的振荡中心迁移问题,也能保证振荡中心落在省内时解列装置正确动作。研究结果可为电网失步解列提供参考。

电力系统在线主动解列控制算法

对在线主动解列策略的判定及控制框架进行简要介绍,提出电力系统在线主动解列算法:借助机组分群情况确定各个孤岛的主要电源,按照发电机和负荷的功率分配关系,研究负荷分群算法和设计解列断面搜索算法,实现负荷分群;考虑孤岛中功率调节特性,计算各个孤岛的不平衡功率情况,确定进一步切机、切负荷控制措施;在IEEE标准系统及实际电力系统上对在线主动解列控制算法进行验证,分析其可行性和有效性。

考虑振荡中心漂移的解列新方案

研究了系统失步时两侧电势幅值不相等及系统运行方式变化对振荡中心和失步中心的影响,构造了振荡中心位置函数,提出一种新的解列方案。该方案利用ucos?配合振荡中心位置函数的变化率启动解列装置,综合振荡中心的漂移特点、失步中心的位置和解列后孤岛不平衡度来搜索解列断面,能有效区分同步振荡和失步振荡,捕捉振荡中心的变化轨迹和失步中心的位置,不受系统运行方式变化和结构改变的影响。MATLAB仿真验证了所提方案的有效性。

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。

数据驱动的同调机组分群及主动解列技术

新型电力系统发生区域性故障时系统的安全稳定性问题日益突出,主动解列作为防止故障扩散的有效手段在系统稳定研究中逐渐获得关注。从同调机组分群技术和解列断面搜索技术两个方面对主动解列开展研究,结合时频分析、特征提取和图论等方法,提出基于改进聚类算法的同调机组分群技术和基于多层图分割的解列断面搜索技术,并在IEEE-39节点标准测试系统中验证了所提方法的适用性。