基于预想故障信息的矿山电网可靠性评估

随着煤矿安全和生产对电网稳定性依赖程度的不断提高,准确地评估煤矿供电系统的安全水平变得日益重要。一般电网评估策略常利用平均状态水平来表征系统的安全性,其忽略了电网中极端个体元件对于整个系统的影响,因此不能准确地描述煤矿供电系统的安全水平。结合煤矿电网实际运行特点,提出了一种基于预想故障信息的可靠性评估策略。该策略通过分析系统整体与个体的综合评估方法来评判系统的安全等级;与此同时,在权衡效益与安全的前提条件下,提出了可靠性成本与停电损失成本两个经济性指标,并利用最小二乘算法对系统历史数据进行曲线拟合,得到系统经济和安全的特征权重以及用来描述系统安全性与经济性的关系曲线图,从而获取系统的最优运行方式。最后通过实际算例验证了所提评估策略的可行性。

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μPMU的智能配电网预想故障集组合筛选方法

智能配电网预想故障集筛选是系统安全态势评估的重要基础。为了全面精准感知智能配电网的安全风险,引入具有实时性、同步性、准确性和量测数据全面性的微型同步相量测量单元(μPMU),提出一种基于其高密集采样数据的融合类内与类间距离的加权K-means聚类方法(KICIC)和云理论的预想故障集组合筛选排序方法。首先遍历智能配电网各节点发生各故障类型的场景构建故障数据集;然后采用KICIC算法进行故障数据集聚类分析,进而基于云模型的云数字特征客观量化评估故障类严重度不确定性的危害并输出预想故障集;最后算例结果表明:融合KICIC聚类和云模型的预想故障集组合筛选排序方法从数据挖掘层面实现高风险预想故障集的可靠筛选。

在线多预想故障静态电压崩溃预防控制

提出在线多预想故障静态电压崩溃预防控制问题的数学模型及相应的数值计算方法。该模型以最小控制代价为目标,综合考虑了预防控制后正常运行点的可行性及多预想故障条件下的静态电压稳定裕度要求。对于多预想故障静态电压崩溃预防控制问题的求解,借鉴规划领域积极约束集策略的思想,在裕度扫描的基础上确定关键预想故障集,根据关键预想故障集计算预防控制策略,而后对预防控制后的电网进行裕度扫描,确定新的关键预想故障集,循环执行直至所有预想故障条件下的静态电压稳定裕度都得到满足。通过福建电网的数字仿真验证了模型的正确性及算法的有效性。

基于故障影响域的多重预想故障集筛选方法

针对省级电网静态安全分析中多重预想故障数量庞大以及由此带来的计算效率低下、耗时过长等问题,研究并实现了一种基于故障影响域的多重预想故障集自动筛选方法。首先,利用转移系数表示某设备在其他设备开断前后的有功潮流变化;随后,根据转移系数将开断后潮流明显增大且接近短时过载能力的设备划归为此开断设备的故障影响域;最后,根据分析不同预想开断的故障影响域之间的关系确定需要重点关注的N-2多重故障集。此方法原理简单,容易编程实现。通过在IEEE 39节点系统和省级电网中的成功应用证明了此方法的可靠性和实用性。

综合考虑负荷增长和多预想故障的静态电压失稳预防控制策略

提出的综合的静态电压失稳预防控制策略以最小控制代价为目标,综合考虑了负荷增长方式和多预想故障条件下的静态电压稳定裕度约束对系统静态电压稳定性的影响。该策略分2步进行:首先考虑负荷增长的影响,若系统在未来运行点不满足静稳指标,则找出系统的薄弱区域和负荷最安全变化方向,在此方向进行合理的无功补偿;其次考虑多预想故障条件下系统的静态电压稳定裕度约束,并引入关键故障集的概念求解计算优化策略,施加控制措施后再进行扫描确定新的关键故障集,循环直至对所有故障都满足裕度要求。IEEE-39节点算例证明了该综合预防控制策略的有效性。

基于并行模式的多预想故障静态电压稳定辅助决策

提出一种基于并行模式的多预想故障静态电压稳定辅助决策方法用于提高系统静态电压稳定性。根据灵敏度与经济成本计算控制措施性能代价比指标并实施分群控制。根据电压模态分析结果进行无功功率调整,不达控制目标时再计算有功综合灵敏度补充有功功率调整。若多预想故障的综合控制措施引起正常运行方式母线电压越上限,则求解无功综合灵敏度后调整无功。基于并行平台形成包含故障信息、控制对象、控制总量及分配方式的多个控制方案,并根据迭代结果快速缩小搜索空间。通过对浙江电网某实时断面的仿真分析,验证了所述方法的有效性和实用性。

基于综合灵敏度的交直流多预想故障下静态电压稳定控制

针对大型交直流混联系统预想故障集规模大的特点,考虑直流系统控制量调制,协调交流系统和直流系统的各控制量,提出一种实现静态电压稳定增强控制的启发式算法。首先根据曲线拟合技术,在考虑直流系统限值的情况下,快速扫描系统的预想故障集并求出负荷裕度对控制参数的灵敏度信息,得到严重预想故障集。采用灵敏度方法将直流系统控制加入到系统静态电压稳定控制措施集当中。计及控制措施可行性、有效性和经济性的综合灵敏度对各控制措施进行排序,并以此指导系统进行两阶段负荷裕度增强控制;第1阶段根据综合灵敏度由高到低的顺序对系统进行控制,直到各故障场景下的负荷裕度均满足要求为止;第2阶段根据综合灵敏度由低到高的顺序检验去除各控制措施后负荷裕度是否达标,以此筛除冗余的控制措施。利用改造后的IEEE 118节点系统的数值仿真验证所提算法的有效性。

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统(配电网CPS),信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。

电力系统预想故障分析GPU并行和图并行计算的比较研究

为保障电力系统安全运行,考虑预想故障的静态安全分析在调度运行中被广泛采用。随着系统规模不断扩大和预想故障集的不断增加,对在线实时预想故障分析的要求越来越高,高性能计算是实现在线实时预想故障分析的关键。图形处理器(graphics processing unit,GPU)和图计算高效的并行特性为实现大规模电网实时预想故障分析提供了解决方案。文中从计算架构、计算方法和计算效率等方面对基于GPU和基于图计算的预想故障并行分析进行了比较研究和分析计算,计算结果表明,图并行计算方法在实现方式和计算效率上更具优势。

计及风险指标的可靠性预想故障集筛选方法研究

为了弥补解析法较难应用到大规模电网的不足,提出一种计及风险指标的可靠性预想故障集筛选方法。文中在已有系统风险理论基础上,建立计及元件故障概率重要度、结构重要度的预想故障风险指标,并以此形成系统的事故链集合,再利用此事故链集合分别构建不同故障阶数下的具有截止发生概率性质的系统故障状态,实现预想故障的筛选,形成系统可靠性评估的状态空间。最后以IEEE-RTS79可靠性测试系统为例进行分析,并与传统的状态枚举法进行了对比,验证本文所提方法的真实有效性。

基于IRBFNN和PCA的电网预想故障安全运行评估方法研究

为了更快速直观地监视、分析和评估故障后电网的安全运行状态,提出了基于径向基函数(radical basis function,RBF)神经网络和主成分分析法(principal component analysis,PCA)的评估模型。利用带衰减因子的吸引力传播(affinity propagation,AP)聚类算法选择RBF神经网络中心和隐含层节点数,同时提出了扩展的电网运行状态安全评估指标,利用越限指标权重和指数阶数避免了安全评估的遮蔽现象,利用主成分分析选取RBF神经网络的输入矢量特征,最后通过IEEE-30节点仿真算例验证了所提模型的有效性。

基于预想故障集迭代的停电计划二次规划模型

综合停电管理是电网运行方式安排的重要工作。停电计划的优化需要考虑电网运行约束,当考虑N-1预想故障后,急剧增加了该优化问题的求解复杂度。对此,提出基于预想故障集迭代的停电计划优化方法。通过增加备选开断支路首端节点电压相角作为状态变量,将电网非线性运行约束转化为线性约束,以考虑重复停电、尽量满足初始计划、发电成本等实际工程关心的因素为目标函数,构建停电计划的混合整数线性二次规划模型;同时构建迭代补充预想故障集的框架,缩减问题的计算规模,并确保最终计划满足N-1准则。通过对IEEE 14节点与南方某局部简化的电网13节点系统进行仿真分析。仿真结果表明:所提方法能高效实现停电计划的优化调整。

预想故障隔离的变位开关识别

电网运行风险评估中,设置预想故障后,故障隔离包括两步:一是识别需要断开的开关,即变位开关;二是断开变位开关。该文提出了一种计及厂站拓扑结构和复杂电网接线方式的预想故障隔离的变位开关识别方法,填补了研究空白,为电网运行风险评估的实用化奠定了基础。首先,从故障隔离引起停运结果的角度,将故障元件分为独立元件和元件组;其次,根据元件组的结构特点,分析得到元件组及其组成元件;然后,针对各类故障元件,分别建立故障隔离的变位开关识别方法;最后,将该方法应用于实际电网的典型故障场景,验证了其有效性。

基于预想故障序列的安全稳定软件研究

针对当前进行电网安全稳定研究时事故预演方式效率低下、人因影响大的问题,提出了基于预想故障序列的自动化安稳软件的开发方案,介绍了该方案的原理和主要功能,并通过实际案例仿真,验证了该软件的高效性和准确性,提高了工作效率。

考虑初始风速与机端故障稳态电压跌落程度的直驱风机故障响应特性分类及其判别方法研究

对电力系统进行安全分析时,往往需要对各种预想场景进行仿真。随着风电的大量接入,对风电场提出适用于预想故障分析的等值建模方法变得十分重要,而根据风机故障后的动态特性对其进行分群则是等值建模的基础。各风机在故障后的动态响应特性不仅受其控制方式的影响,还受到运行风速和故障严重程度的影响,而一般情况下风机控制的响应速度较快,可以认为在故障持续期间风机能够运行至故障稳态。基于此,提出考虑初始风速及机端故障稳态电压跌落程度的风电机组故障响应特性分类及判别方法,以此作为风机分群的依据。首先针对永磁直驱风机(direct-driven permanent magnet synchronous generator,PMSG)故障过程中无功优先控制、故障恢复期间有功斜坡恢复的控制策略,分析其在不同风速条件下故障后所有可能的响应特性,将初始风速与故障稳态电压作为分类指标,从机理上找到直驱风机进入各类响应特性的边界条件;然后,提出利用预想故障信息的风机机端故障稳态电压计算方法,在此基础上提出适用于预想故障的直驱风机分群方法;最后,通过对风电场进行详细建模仿真,验证所提分群方法的正确性。

谈谈广播技术设备的故障预想

本文介绍了故障预想定义和实践意义以及故障预想应把握的原则,提出了实施故障预想的方法。

基于公式化限额和最小裕度最大化的电网热稳定限额计算

编制热稳定控制限额是电网调度控制中心的重要工作,也是保障电网安全运行的重要手段。针对新能源大规模并网后潮流不确定性大导致热稳定限额制定难度增大的问题,以预想故障分析为基础计算潮流转移关系并建立电网安全约束,进而提出了基于公式化限额和最小裕度最大化的三阶段电网热稳定限额计算方法,实现了热稳定限额的批量自动计算。第1阶段对输电通道限额进行初始化,第2阶段对故障后易过载的通道按照故障后不超瓶颈设备短时载流能力制定公式化限额要求,第3阶段对转移关系约束存在耦合的通道集合逐次按最小裕度最大化原则计算通道控制限额。对输电资源紧张的通道同时采用公式化限额和通道控制限额要求可以减小保守性,充分释放通道输电能力;对其余通道只采用通道控制限额要求,可减少并简化控制要求。以某区域电网2023年夏季高峰运行方式为例,限额自动计算结果与稳定规程的一致性较好,验证了所提方法的有效性。

安全约束最优潮流的实用模型及故障态约束缩减方法

针对大型电力系统安全约束最优潮流(SCOPF)问题具有的计算规模庞大、求解困难的特点,提出了基于潮流转移关系的SCOPF实用模型及故障态约束缩减方法。首先通过预想故障分析建立故障前后的有功潮流转移关系,将故障态支路有功潮流描述为基态支路有功潮流的函数,从而将故障态支路有功潮流约束描述为基态支路有功潮流的线性不等式约束;然后通过对并联线路或并列主变压器进行分组,利用组内支路的有功潮流分布关系减少需监视的支路规模;最后利用设备短时通流能力明显大于其长期通流能力的特征对故障态支路潮流约束进行过滤,以尽可能减小SCOPF问题的计算规模。IEEE 14节点测试系统和华东电网的仿真分析验证了所提模型及约束缩减方法的正确性和有效性。

基于生物体免疫机制的智能配电网故障恢复方法

随着配电网智能化的发展,配电网故障处理的要求也在提高,故障恢复如何做到快速精准有效引起了人们的重视。鉴于生物免疫系统应答迅速、准确、高效,与配电网故障恢复的要求相契合,该文将其与智能配电网相结合,建立基于生物体免疫机制的智能配电网故障恢复方法,为配电网故障后的供电恢复提供一种新思路。首先,该文建立配电网免疫识别模型,利用故障的“电子辞典”识别故障并进行免疫匹配;然后,配对成功的故障状态采用已有方案恢复供电,即二次免疫应答,否则通过初次免疫应答模型对故障进行处理,优化计算故障恢复的决策方案,并将该方案进行免疫记忆。同时,为了提高系统二次免疫应答的比例,提出通过免疫记忆模型去构建预想事故集,仿真建立高风险故障的预恢复方案,扩充免疫记忆细胞库。最后,针对一改造后的实际配电网,给出其预想事故集及决策集,对故障进行仿真匹配,给出不同时段故障后的恢复方案,并与采用传统恢复决策方法时的可靠性指标进行对比分析。