考虑极限诱导分岔的静态电压稳定域

随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用,可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战,电力系统静态电压稳定域(static voltage stability region,SVSR)可以全面分析和监测电力系统电压稳定性,其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题,提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型,根据边界连续且光滑的性质,由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法,构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。

含混合多端直流的电力系统静态电压稳定域构建

针对含混合多端直流输电(Hybrid-MTDC)的交直流系统静态电压稳定域(SVSR)构建难题,提出一种含Hybrid-MTDC的交直流系统静态电压稳定域边界(SVSRB)快速搜索的预测-校正方法.计及多类型换流站的控制策略切换特性和站间控制策略协同,构建含Hybrid-MTDC的交直流系统连续潮流模型,搜索SVSRB上的首个临界点.借助获取的首个临界点信息,根据SVSRB拓扑特性,通过所提预测-校正模型实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSRB上相邻临界点的快速、准确获取,进而构建出含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR.通过含Hybrid-MTDC的IEEE 5节点和IEEE 118节点测试系统对所提方法进行分析验证,结果表明所提方法可实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR高效、准确构建.

电力系统静态电压稳定域边界近似的空间切向量法

针对电力系统静态电压稳定域边界(staticvoltage stability region boundary,SVSRB)近似解析表达式的构建问题,该文提出一种SVSRB近似的空间切向量法。首先采用SVSRB搜索的预测–校正算法搜索静态电压稳定域(static voltagestabilityregion,SVSR)临界点,然后基于该临界点处空间切向量的空间角与最大空间角阈值的关系,对SVSRB进行初始分段近似,以SVSR临界点到初始近似边界的距离与最大距离误差阈值的关系为依据,对初始近似边界进行二次近似,计及SVSRB曲率的变化,得到更为精确的SVSR分段超平面近似边界,实现SVSRB近似解析表达式的构建,该方法可有效提高SVSRB近似精度,增强电力系统电压稳定的态势感知能力。最后,将所提方法应用于WECC3机9节点测试系统和欧洲电网13659节点测试系统,结果表明,所提方法可有效实现SVSRB精确近似解析表达和准确构建。

基于割集功率空间上的静态电压稳定域局部可视化方法

提出了一种新型快速的割集功率空间上电压稳定域边界局部近似算法,以用于实现静态电压稳定域的可视化。该算法首先在电力系统状态空间上推导出求解电压稳定域边界局部的线性方程组,利用该方程组可快速地求解出状态空间上的一组近似电压稳定域边界点;然后通过潮流方程将边界映射到割集功率空间上,解决了电压稳定域可视化的降维问题。在此基础上,可利用最小二乘法拟合出割集功率空间上的一个超平面,用以近似地表达电压稳定域边界。IEEE118节点系统算例结果表明,该方法能在割集功率空间上以较小的误差快速地近似表达出电压稳定域边界的局部;算法 对于实现电压稳定域的在线计算及可视化具有一定的实用价值。

静态电压稳定域局部边界的快速搜索新方法

可再生能源的波动性、随机性和需求响应的不确定性对电力系统的静态电压稳定评估带来全新挑战,静态电压稳定域（static voltage stability region,SVSR）是分析和评估含随机性和不确定性因素影响的电力系统电压稳定性的重要工具。传统基于连续潮流的SVSR构建方法虽可保证构建精度,但计算效率较低。为提升高精度SVSR的构建效率,提出一种快速搜索SVSR边界的新方法。该方法基于SVSR边界的拓扑特性,根据SVSR边界上相邻临界点之间的关联关系,构造SVSR边界快速搜索的通用数学模型。针对该模型,首先采用连续潮流确定初始SVSR边界点,然后采用预测–校正方法求解所提模型,实现SVSR边界上所有边界点的快速搜索,进而构建出SVSR边界。最后,通过WSCC 3机9节点系统和IEEE-300节点系统对所提方法的正确性和有效性进行校验,结果表明,所提方法可实现高精度SVSR边界的快速搜索。

静态电压稳定域边界的非线性近似解析表达

在电力系统控制决策与运行分析中,对系统稳定运行区域的边界面几何形状的认识具有重要的意义。文中对注入功率空间中静态电压稳定域边界面(即潮流可解域边界)的二次特性进行了深入的探讨。通过对潮流方程雅可比矩阵的行列式在临界点附近进行泰勒级数展开并保留二次项,得到了计及非线性项的边界近似解析表达式。在计算过程中应用了潮流方程特征值和特征向量灵敏度系数的计算。该方法的优点是算法本身不涉及任何非线性方程的迭代求解,且所提出的非线性解析表达式能在大范围内较好地逼近真实稳定域边界。通过IEEE系统的算例对所提出的方法的精确性进行了验证。

电力系统静态电压稳定域边界快速搜索的优化模型

电力系统静态电压稳定域(SVSR)是分析、评估含随机性和不确定性因素影响的电力系统静态电压稳定性的重要工具。连续潮流虽可构建高精度的SVSR,但其计算效率低;超平面近似可提高SVSR构建效率,但其构建的SVSR保守性较强。为提升高精度SVSR构建效率,提出一种SVSR边界快速搜索的优化模型。该优化模型基于电力系统SVSR边界拓扑特性,实现高精度SVSR边界的快速搜索。该优化模型首先采用传统优化潮流模型确定初始SVSR边界点,然后以已求SVSR边界点为初始点,采用所提优化模型搜索下一个SVSR边界点,实现SVSR边界上所有SNB点的快速搜索,进而构建出高精度SVSR边界。最后,通过WECC 3机9节点测试系统、IEEE-118节点测试系统和1354节点欧洲大陆互联电网,对该方法的有效性和实用性进行分析和验证,结果表明,该方法可实现高精度SVSR边界的快速搜索。

含多端柔性直流的交直流电力系统静态电压稳定域构建方法

针对高比例可再生能源并网给交直流电力系统静态电压稳定评估带来的挑战,提出一种含多端柔性直流(VSC-MTDC)的交直流电力系统静态电压稳定域(SVSR)构建方法。该方法根据含VSC-MTDC的交直流电力系统静态电压稳定域边界(SVSRB)的拓扑特性,计及SVSRB搜索过程中换流站控制策略的转换,构建含VSC-MTDC的交直流电力系统SVSRB快速求解的预测-校正模型。首先,该模型借助连续潮流求取出交直流电力系统SVSRB上的初始临界点;然后,根据交直流系统SVSRB上相邻临界点之间的关联,以上一个已求SVSRB临界点为初值,通过所提预测-校正算法求解下一个SVSRB临界点,在此过程中,计及换流站运行参数越限带来的控制策略转换问题,实现SVSRB临界点的准确求解,以提升SVSR的构建精度和效率,增强交直流电力系统的电压稳定态势感知能力;最后,将所提方法应用于含VSC-MTDC的IEEE 5节点测试系统和IEEE 118节点测试系统中进行分析。结果表明,所提方法可实现交直流电力系统SVSR的准确、高效构建。

静态电压稳定域边界的二次近似分析

提出基于隐函数求导法的注入空间静态电压稳定域和实用静态电压稳定域边界的二次近似算法。与现有的电压稳定域边界的线性近似方法相比,该方法能在大范围内更加精确地逼近稳定域边界,并能确定电压稳定域边界的凸凹性。进一步,利用状态变量对于参数变量的二次偏导数,给出线路空间中稳定域边界二次近似的解析表达式,进而得到割集空间中电压稳定域边界二次近似的解析表达式。据此可实现静态电压稳定域的可视化,并可指导电力系统的安全运行。IEEE-9和IEEE-39节点系统仿真验证了所提出算法的有效性。

基于CPU-GPU异构的电力系统静态电压稳定域边界并行计算方法

为提升区域互联电力系统静态电压稳定域边界(SVSRB)的构建效率,该文以直接法为基础,提出一种基于CPU-GPU异构的静态电压稳定域边界并行计算方法。该方法首先依据SVSRB拓扑特性,基于边界追踪算法实现直接法求解鞍结分岔(SNB)点时初值的高效选取,克服直接法对初值敏感这一瓶颈;然后结合CPU-GPU异构平台,将直接法求解SNB点计算量较大、计算耗时占比高的修正量求解部分由GPU完成,其他逻辑性强但计算量较低的部分由CPU完成,以实现SNB点的并行求解,降低直接法计算量大、计算复杂度高的不足,从而提升SVSRB的搜索效率;最后以WECC3机9节点测试系统,波兰电网2737节点和3120节点测试系统,欧洲电网7092节点、9241节点、11624节点和13659节点测试系统算例对该文所提方法进行了分析与验证,结果表明所提并行计算方法可实现电力系统静态电压稳定域边界的快速、准确搜索。

静态电压稳定域边界的切平面分析

提出了基于全参数空间的静态电压稳定域的2种切平面计算方法:特征向量法和隐函数求导法。2种方法均可考虑各种因素对于电压稳定域的影响。其中隐函数求导法还能够计算状态变量对于独立参数变量的偏导数。在此基础上,建立了从功率注入空间到线路传输功率空间的映射关系,可以解析求出割集功率空间电压稳定域的超平面近似表达式,从而避免了现有数据拟合算法的局限性,提高了计算速度。此外,文中考虑电力系统运行限制对于电压稳定的影响,提出了实用电压稳定域的概念,并计算了相应的切平面。进一步在电压静态稳定域切平面分析的基础上,提出了3类电压稳定指标,有利于综合评估系统电压稳定水平。IEEE9和IEEE39节点系统的仿真分析表明,所提出的电压静态稳定域的切平面分析法可准确评估系统的电压稳定水平,为电力系统的安全运行提供了决策依据。

基于渐近数值法的静态电压稳定域边界高阶拟合方法

为实现静态电压稳定边界的快速准确计算,提出了一种基于渐近数值方法拟合静态电压稳定边界的算法。算法对电压崩溃点处的方程组进行分析,得到了静态电压稳定边界高阶偏导数的通式。基于渐近数值方法,分析了拟合误差与边界范围的关系。所提方法一方面避免了传统方法的多次潮流计算,耗时降低且有更高的精度;另一方面,计算高阶偏导数时可复用已有系数矩阵的因子表,计算量小。最后,给出了基于算法的相关应用,并将IEEE 118节点系统作为算例,验证了本算法的有效性。

考虑静态电压稳定约束并计及负荷和发电机出力不确定性因素的概率最大输电能力快速计算

针对电压稳定约束条件下的概率最大输电能力(TTC)进行了研究,考虑了负荷和发电机出力分配不确定性因素对TTC的影响,提出了一种将MonteCarlo仿真和静态电压稳定域方法相结合的概率TTC快速计算方法。文中推导出全注入空间中静态电压稳定域边界的局部切平面表达式,结合聚类分析,采用多个切平面描述静态电压稳定域边界,经验证,该方法计算速度远远快于传统方法,并且具有较高精度,能够满足工程上概率ATC在线计算的需要。

考虑静态电压稳定约束并计及设备故障概率的TTC快速计算

提出一种基于MonteCarlo仿真和静态电压稳定域方法的概率最大输电能力(TTC)分层计算模型,实现了综合考虑负荷、发电机出力和设备故障不确定性因素的概率TTC快速计算。针对设备故障引起的电压稳定域边界的改变,利用阻尼牛顿法从故障前稳定域边界点直接计算得到故障后稳定域边界点,用切平面描述故障后稳定域的局部从而快速得到该故障情况下的TTC。

基于随机优化的割集空间电压稳定域可视化

电压稳定域可视化能够方便调度人员监视电力系统的电压安全裕度,为其决策提供依据。为克服现有算法不能给出概率意义可信度的不足,分别提出了基于理想模型(独立正态分布)的随机优化算法和基于一般模型(非独立正态分布)的数据拟合Monte Carlo算法,以实现割集空间电压稳定域的可视化。其中,基于理想模型的随机优化算法不需要产生大量的随机数,计算过程简洁、高效,且可得到割集空间电压稳定域边界超平面近似的方程。进一步,为了评价利用该超平面方程判断电压稳定的可信度,提出用随机优化的目标函数——正确率作为置信度指标。基于该指标选择割集功率,可显著提高电压稳定评估的正确率。此外,文中将割集空间概念推广到拟割集空间,使电压稳定域的可视化更准确,更易于工程实现。IEEE39节点系统的仿真分析验证了所述算法的有效性。

输电系统静态电压概率安全分析

介绍了一种基于随机潮流和静态电压稳定域的输电系统静态电压稳定概率模型。该模型能够计及节点注入功率和元件故障的不确定性。采用随机潮流确定输电系统关键割集中线路的潮流概率分布,利用半不变量法和Gram-Charlier级数,得到割集静态电压稳定域中线路潮流的线性组合随机变量的概率分布函数;根据超平面形式的静态电压稳定域计算出静态电压不稳定概率;通过对所得概率指标进行分析,能够找到对系统静态电压不稳定概率影响最大的预想事故,分析结果可以帮助运行人员进行预防控制决策;以10机39节点New England系统为例验证了所提算法的有效性。

基于安全域的电网最小切负荷计算方法

提出一种基于安全域的电网紧急控制最小切负荷计算方法,将系统紧急控制的问题划分为恢复电压稳定和排除系统支路越限2个子问题。分别利用割集电压稳定域和有功静态安全域描述这2个子问题的约束,进而提出一种快速确定最小切负荷方案的节点对集的方法,其计算速度优于传统线性规划方法。该方法通过安全域边界的超平面描述确定对某条越限支路控制最有效的负荷节点和发电节点对,针对该节点对能计算出排除该线路越限的最小切负荷量。排除全部线路越限所需的节点对共同构成节点对集。IEEE39节点系统和中国河南系统的算例都表明了所提方法的有效性。

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。

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.

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.