NOVEL SIMPLIFIED APPROACH TO COMPUTE VOLTAGE STABILITY MARGIN

ＮＯＶＥＬＳＩＭＰＬＩＦＩＥＤＡＰＰＲＯＡＣＨＴＯＣＯＭＰＵＴＥＶＯＬＴＡＧＥＳＴＡＢＩＬＩＴＹＭＡＲＧＩＮ＊ＣｈｅｎｇＨａｏｚｈｏｎｇ（程浩忠）ＣｈｅｎＺｈａｎｇｃｈａｏ（陈章潮）（Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓ...

Identification of the Worst-case Static Voltage Stability Margin Interval of AC/DC Power System Considering Uncertainty of Renewables

Calculation of static voltage stability margin(SVSM)of AC/DC power systems with lots of renewable energy sources(RESs)integration requires consideration of uncertain load growth and renewable energy generation output.This paper presents a bi-level optimal power flow(BLOPF)model to identify the worst-case SVSM of an AC/DC power system with line commutation converter-based HVDC and multi-terminal voltage sourced converter-based HVDC transmission lines.Constraints of uncertain load growth’s hypercone model and control mode switching of DC converter stations are considered in the BLOPF model.Moreover,uncertain RES output fluctuations are described as intervals,and two three-level optimal power flow(TLOPF)models are established to identify interval bounds of the system worst-case SVSM.The two TLOPF models are both transformed into max–min bi-level optimization models according to independent characteristics of different uncertain variables.Then,transforming the inner level model into its dual form,max–min BLOPF models are simplified to single-level optimization models for direct solution.Calculation results on the modified IEEE-39 bus AC/DC case and an actual large-scale AC/DC case in China indicate correctness and efficiency of the proposed identification method.

Chaos quantum particle swarm optimization for reactive power optimization considering voltage stability

The reactive power optimization considering voltage stability is an effective method to improve voltage stablity margin and decrease network losses,but it is a complex combinatorial optimization problem involving nonlinear functions having multiple local minima and nonlinear and discontinuous constraints. To deal with the problem,quantum particle swarm optimization (QPSO) is firstly introduced in this paper,and according to QPSO,chaotic quantum particle swarm optimization (CQPSO) is presented,which makes use of the randomness,regularity and ergodicity of chaotic variables to improve the quantum particle swarm optimization algorithm. When the swarm is trapped in local minima,a smaller searching space chaos optimization is used to guide the swarm jumping out the local minima. So it can avoid the premature phenomenon and to trap in a local minima of QPSO. The feasibility and efficiency of the proposed algorithm are verified by the results of calculation and simulation for IEEE 14-buses and IEEE 30-buses systems.

Study on Impact of Wind Turbines on Static Voltage Stability of Power System

The static voltage stability of the power system integrating wind farms adopting different kinds of wind turbines is analyzed. Through the simulation of one certain local power grid in Xinjiang Uygur Autonomous Region, the PV curves at the point of common coupling (PCC), key buses and important substations are plotted; the variation of voltage as well as the limit and margin of static stability are analyzed. It is resulted from the simulation that the limit of static voltage at weak nodes is lower, and the static voltage of the power system with wind farms adopting doubly-fed induction generators (DFIG) is more stable than that with wind farms adopting common asynchronous generators.

基于电气转矩法的VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性评估

文章采用电气转矩法分析了VSC-HVDC系统的直流电压振荡稳定性。首先,基于电压源型换流器的平均值模型,分别研究了基于功率控制的换流器及基于电压控制的换流器的动态响应特征以得到适用于电气转矩法的并网换流器模型。基于提出的评估模型,建立了双端VSC-HVDC系统的Phillips-Heffron模型并推导出系统的阻尼系数和同步系数。经典电气转矩法指出:电力系统稳定性与系统阻尼系数高度相关。因此,基于电气转矩法推导出的稳定条件揭示了系统直流电压振荡失稳机理,量化了直流网络动态及换流器控制动态对直流电压振荡稳定性的影响。当由基于电压控制的换流器及直流网络提供的正阻尼无法抵消由基于功率控制的换流器产生的负阻尼时,系统直流电压振荡稳定性将无法得到保证。此外,合理设置电压控制器的比例增益能够使系统获得足够的稳定裕度。最后,通过仿真验证了电气转矩法在分析VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性问题时的可行性及所得稳定条件的正确性。

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

不同锁相环对LCC-HVDC控制回路稳定性的影响

该文研究了电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统逆变侧采用不同锁相环时,锁相环控制回路比例–积分(proportional integral,PI)参数变化对直流控制回路稳定性的影响。首先,分别建立了逆变侧锁相环采用滑动平均滤波(mo ving average filter,MAF)和级联延时消去滤波(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)的LCC-HVDC小干扰动态模型,并通过电磁暂态仿真验证了该模型的正确性。其次,基于拉普拉斯变换获得系统定电压控制回路的传递函数,利用奈奎斯特稳定判据以及稳定裕度指标分析不同锁相环对定电压控制回路稳定性的影响,并进行了机理分析,同时在PSCAD/EMTDC的电磁暂态模型上进行了验证。最后,进一步在LCC-HVDC工程模型上对该文所得结论的普适性进行了仿真验证。

阻抗模裕度指标在新能源多馈入系统静态电压稳定评估的适应性分析

集中送出的新能源场站大多位于电网末端,随着其有功出力的增加,易出现静态电压失稳。该文将传统的阻抗模指标的应用对象由负荷推广至新能源场站,丰富了该指标在静态电压稳定评估方面的适用性场景,包括含无功补偿的新能源系统、新能源集群馈入系统、以及新能源多机多馈入系统。具体地,首先,分析新能源单馈入系统的临界静态电压稳定条件,并据此给出用于评估新能源场站静态电压稳定性的阻抗模裕度指标及稳定判据;其次,通过将无功补偿设备并入系统阻抗,分析无功补偿对于指标的影响;再次,证明在新能源的集群馈入系统中,公共耦合点(point of common coupling,PCC)的电压失稳将发生在单个新能源场站之前,并据此确定PCC点作为指标的计算节点;之后,为考虑多机多馈入系统中不同新能源场站间的影响,在指标的计算过程中,保留待评估的关键新能源场站,将其他新能源场站等值为阻抗,并入节点阻抗矩阵中,实现方法在多机多馈入系统中的扩展应用。最后,基于PSD-BPA中建立的单机单馈入系统、多机多馈入系统、以及某省实际大电网算例验证指标的有效性。

新能源高占比系统储能与无功补偿装置协调调压控制策略

针对新能源高占比系统新能源不确定性易引起电压越限甚至崩溃问题,提出储能与无功补偿装置协调调压控制策略。首先,采用基于多二元表的暂态电压稳定裕度指标,对扰动后系统各电压监测节点电压稳定裕度进行量化,设置稳定裕度门槛值判别电压稳定危险节点;其次,分别采用考虑泄流效应的无功补偿装置选取方法、基于节点电压灵敏度的储能电站选取方法及计及无功响应速度的紧急调压设备选取方法,对参与调压设备进行选择;然后,分别以最小化协调调压成本和最大化暂态电压稳定裕度为目标,建立匹配两类节点的经济和紧急协调调压控制模型;最后,设计基于改进10机39节点电力系统的仿真算例,验证所提调压策略对提升暂态电压的有效性。

基于全纯嵌入及帕德近似零极点侦测的电压稳定裕度评估算法

针对电力系统电压稳定裕度评估问题,在预测校正框架下,提出了基于全纯嵌入方法以及帕德近似零极点侦测的电压稳定裕度快速计算方法。算法主要步骤包括预测、步长选择、校正、帕德近似及其零极点计算。在预测和步长选择步骤,采用变步长可拓展全纯嵌入法实现其他运行工况下的电压值预测,并基于预测误差分析选择合适步长。在校正步骤,当预测电压达到设定误差限值后采用灵活全纯嵌入对电压进行校正,提升算法的收敛性;最后求取电压幂级数的帕德近似的最小零极点,以实现快速的电压稳定裕度计算。此外,通过预测步骤获得的发电机无功出力的幂级数,可预判发电机无功出力越限,实现节点类型的快速转换。在多个IEEE标准算例中进行测验并与常用的连续潮流方法进行对比,验证了算法的准确性及计算快速性。

考虑参数化特征值灵敏度的含风电电力系统VSM计算

风电场接入对电力系统的电压稳定裕度(Voltage Stability Margin,VSM)有一定的影响。通常使用的VSM计算方法是连续潮流法,但是该方法有一定的乐观性,即系统达到电压稳定极限点之前往往已出现振荡或不稳定,因而提出了一种考虑参数化特征值灵敏度的方法计算VSM。该方法在延拓潮流空间中,将负荷参数作为系统状态矩阵的自变量,在各个负荷水平下计算系统特征值及特征值对负荷参数的灵敏度,通过参数化的特征值灵敏度找到特征值随负荷水平的变化规律,以此考察系统在电压崩溃点之前是否出现振荡或不稳定的情况,从而修正系统VSM。对改进的IEEE-14节点算例进行仿真计算,显示考虑参数化特征值灵敏度的电压稳定裕度计算方法能得到较准确的VSM,该算法对系统安全稳定分析计算及系统规划设计有一定参考。

基于连续潮流模型的直流配电网负荷裕度分析

直流配电网由于能灵活接纳分布式电源和直流负荷,是未来智能配电网的发展趋势。随着直流配电网中负荷需求的不断增加,系统会由于静态电压失稳而崩溃。因此,研究直流配电网的负荷裕度对保障系统安全可靠运行至关重要。文中建立直流配电网的潮流模型,并将含双有源桥DC-DC变换器的潮流模型嵌入到直流配电网潮流模型中,提出了基于连续潮流法的直流配电网负荷裕度计算方法。通过两类典型的拓扑结构的直流配电网仿真,结果表明直流配电网在减小网络损耗和提高供电能力方面明显优于交流配电网,而且DC-DC变换器变比增加有助于负荷裕度提升。

基于累积贡献率和可解释人工智能的静态电压稳定裕度估计特征量筛选方法

利用海量量测数据估计大规模互联电网静态电压稳定裕度时,合理地选择输入量测信号和裕度估计算法是实现高质量裕度估计的基础。提出了一种基于累积贡献率和可解释人工智能的关键特征量筛选方法。给出了基于沙普利值加性解释理论可解释模型的输入特征贡献值量化方法,并依据贡献值大小对特征降序排列;采用基于累积贡献率增量的循环优化过程剔除冗余特征,形成关键特征子集;在系统关键特征优选的基础上,采用轻量梯度提升机算法实现静态电压稳定裕度在线估计。所提方法在保证估计精度的同时,大幅降低初始样本维度,解决特征过拟合问题,有效提升静态电压稳定裕度估计在线性能。基于WECC 3机9节点系统、IEEE 10机39节点系统以及IEEE 300节点系统的仿真分析验证了所提关键特征量筛选方法在电力系统静态电压稳定裕度估计中的有效性。

高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估

新能源的随机性、波动性及弱调节特性给电力系统静态电压的安全及稳定性带来了挑战。针对此问题,提出一种考虑源荷双侧不确定性的高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估方法。首先,基于新能源无功调节特性与传统机组的差异,分析了大量新能源替代传统机组对稳定裕度的影响。然后,分析了新能源出力不确定性对稳定裕度分布范围的影响,并建立源荷不确定性模型以生成典型场景。最后,为了应对新能源快速波动性给稳定裕度带来的影响,提出基于优化ELM-KDE的稳定裕度在线概率评估方法。利用优化极限学习机(extreme learning machine,ELM)预测典型场景稳定裕度并通过核密度估计(kernel density estimation,KDE)准确获得其概率分布函数。构建了静态电压稳定期望裕度和静态电压稳定风险度两个指标对结果进行表征。分别在New England 39和IEEE300节点系统进行了仿真测试,并将结果与传统蒙特卡洛方法计算结果对比,验证了所提方法的有效性。

基于XGBOOST-PSO提高受端电网电压暂态稳定的发电机无功优化方法

考虑发电机稳态输出无功对其支撑暂态电压恢复稳定能力的影响,基于机器学习研究优化发电机稳态输出无功提高电压对故障扰动保持暂态稳定能力的预防控制方法。该方法采用加权多二元表暂态稳定裕度指标量化母线暂态电压对不同预想故障扰动的综合稳定裕度,并基于指标排序确定稳定裕度薄弱母线。同时基于发电机无功调节对预想故障下各薄弱母线电压暂态稳定裕度综合作用灵敏度排序,选择作用灵敏发电机。在利用XGBoost建立根据系统稳态特征向量预测薄弱母线暂态电压稳定的分类模型基础上,以系统对预想故障扰动保持暂态电压稳定为约束、以减小发电机稳态无功调节对网损产生影响为目标,基于潮流计算寻优灵敏发电机稳态输出无功,以提高薄弱母线的暂态电压稳定性。最后采用雅湖直流接入江西电网的PSASP计算模型验证了所提方法的有效性。

考虑新能源不确定波动的交直流混联电网静态电压稳定裕度区间计算

随着新能源发电技术与直流输电技术在大电网中的广泛应用,需要提出含新能源的交直流混联电网静态电压稳定分析方法。为此,该文针对含常规直流输电和多端柔性直流输电的交直流混联电网,采用区间数描述新能源电站出力的不确定波动,建立了交直流混联电网静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)区间计算的2个双层最优潮流模型,即计算SVSM区间上界的min-min模型和计算SVSM区间下界的max-min模型。计算区间SVSM上界的min-min双层优化模型可直接合并为单层优化模型求解。计算SVSM区间下界的max-min模型需要先通过二阶锥松弛和凸包络松弛等方法将内层模型转化为凸规划模型,并通过对偶优化理论得到内层凸规划模型的对偶规划模型,进而转化为单层优化模型求解。通过对修改后的IEEE-39节点系统和南方电网2个交直流混联电网算例的计算分析,并与蒙特卡洛抽样法和拉丁超立方抽样法的计算结果比较,验证了所提出方法的正确性与高效性。

地磁暴影响下特高压交流电网电压稳定性量化评估方法

地磁暴时,地磁感应电流(GIC)流经变压器会产生大量无功损耗,引起电网电压波动。随着我国特高压交流电网规模的扩大,地磁暴给特高压交流电网电压稳定带来的威胁越来越大。为了准确评估地磁暴对电力系统电压稳定的影响,该文建立了适用于地磁暴期间衍生无功扰动影响电压稳定的分析模型,通过对线路的等效变换,适应于多电压等级电网的多进线节点电压稳定分析。该文将地磁暴造成的无功扰动加入电压稳定分析模型得出地磁暴影响下的PV曲线解析式,并提出电压失稳指标,避免了连续潮流法预测校正过程中步长难以准确选取、计算复杂等问题,便于确定电网遭受地磁暴侵害时的电压稳定薄弱点和负荷裕度,并通过规划的华东特高压交流电网算例对该方法的有效性进行了验证。

暂态电压稳定薄弱区的厂站稳态无功协调方法

考虑协调发电机和变电站电容器稳态无功出力占比对系统暂态电压稳定性的影响,以及无功优化和电压稳定的区域调控特点,研究了基于厂站稳态无功协调提高系统暂态电压稳定裕度的预防控制方案决策方法。该方法在利用近邻传播(affinity propagation,AP)聚类算法和综合暂态电压稳定裕度确定稳定裕度薄弱区域的基础上,基于发电机无功调节对薄弱母线电压作用的加权平均灵敏度进行灵敏调节发电机选择。接着以薄弱区并联无功补偿和灵敏发电机无功出力作为控制变量,建立兼顾暂态电压稳定裕度和母线电压额定值偏移的厂站无功协调多目标优化模型,并结合暂态稳定计算,利用多目标优化算法(multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition,MOEA/D)和逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)求解系统对严重预想故障的多目标稳态无功协调方案。江西电网实际算例的仿真研究验证了该决策方法的有效性。

评估新能源多场站送出系统静态电压稳定的裕度比指标研究

风电、光伏等新能源场站远距离、大规模的并网,导致场站并网点电压稳定较弱,严重制约电力系统的安全稳定运行。为此,该文提出一种能够评估新能源多场站送出系统静态电压稳定性的裕度比(static voltage stability margin ratio,SVSMR)指标。该指标根据不同场站送出功率的分配对多场站送出系统进行电抗拆分,基于单点静态电压稳定极限公式,解析推导出多场站送出系统静态电压稳定功率极限,进而得到适应新能源多场站接入场景的SVSMR指标。该指标是多点静态电压稳定功率极限的解析表达,直观体现了短路容量、新能源功率和不同新能源间电气距离对静态电压稳定性的影响,同时能够反映系统不同功率增长方式下静稳极限的变化。最后,使用PSD-BPA对所提指标进行了时域仿真验证,算例结果表明SVSMR可以准确衡量新能源多场站送出系统的静态电压稳定性及稳定裕度变化。

基于随机森林法的含风电并网系统静态电压稳定态势评估

随着大规模风电等新能源接入电力系统,风电波动性与不确定性等因素降低了电网电压运行稳定性,传统的静态电压稳定性分析方法已无法满足大规模电力系统状态实时分析的要求。为提高含风电并网系统的电网电压运行稳定性、评估准确性与可靠性,提出采用基于随机森林算法的态势评估方法。首先,通过仿真得到连续潮流数据,根据有功功率裕度指标对所得的数据进行标签处理;然后,选择与静态电压稳定相关的特征信息,使用随机森林分类器把特征信息转化为稳定性问题,并对标签处理的数据进行分类;最后,根据随机森林分类器的结果,在数据中感知系统静态电压稳定行为信息,完成静态电压稳定性态势评估。仿真结果表明,搭建的随机森林分类模型对大规模风电接入系统的态势评估准确率高,为含风电系统进行的安全稳定性评估提供一定的理论参考。