电力系统继电保护实验教学系统的研究

针对目前微机保护技术飞速发展的形势和国内高校微机保护实验的现状,介绍一套电力系统继电保护实验教学系统的总体设计思路,提出基于DSP、应用PC/104总线工控机以及利用集成开发环境VB6·0的软硬件结合的设计方案,并对系统的原理框图、主要硬件构成和软件的设计部分进行了详细的介绍。论述了其实现方法和其他关键技术。该系统能够承担《电力系统继电保护》和《电力系统微机保护》课程教学实验的任务。

基于WAMS动态轨迹的电力系统功角失稳判据

分析了广域测量系统(WAMS)实时动态轨迹应用扩展等面积法则(EEAC)方法时所遇到的一些问题;在选取合适观察断面的同时,提出了一种通过构造综合功角来进行分群的新方法。该方法计入了功角曲线的历史信息和未来走势信息,在一定程度上有助于快速准确分群。还根据P-δ轨迹穿越动态鞍点(DSP)时的斜率和功角,提出了一种综合判据以判别当轨迹遇到DSP时是否会真正失稳。仿真结果验证了该判据的有效性,它可以在系统的失稳特征尚不明显时,就及时判别出系统的稳定性,以便于尽早采取解列等控制措施。

电力系统动态仿真误差评定准则研究

电力系统仿真准确度直接影响到电网的安全经济运行,广域测量系统的广泛应用使评价电力系统仿真准确度成为可能,确定仿真误差是评价电力系统仿真准确度的前提。文中在分析电力系统动态变量基本特征的基础上,提出可用动态变量的特征信息来衡量变量的差异,并采取分时段研究的原则,针对不同时段分别提出了仿真误差的量化评价指标。所提出的误差评定准则不仅可以真实地反映出动态数据间的接近程度,还可提供与误差相关的系统动态信息,从而为进一步修正模型与参数奠定基础。通过对实测数据和仿真数据的误差量化计算,证实了所提出的误差准则的有效性。

基于广域测量系统的电力系统动态仿真验证策略

对后验仿真准确度的研究是电力系统仿真可信度研究的重要组成部分,但当仿真与实测有差异时,如何进行仿真验证工作成为一个难题。根据广域测量系统(WAMS)能够提供独立于模型和参数的动态过程同步数据的特点,提出了基于WAMS的电力系统分层分块的动态仿真验证策略。分层策略利用电网由不同电压等级所组成的特点将电网分层,在不同层次上进行仿真验证;分块策略则是利用电网结构按照元件和区域的思想将系统进行解耦来实现仿真验证。通过上述策略,将WAMS量测值作为电网数值仿真的动态等值输入,实现了仿真的解耦,缩小了定位引起仿真误差元件的区间。结合电力系统仿真软件PSS/E给出了基于WAMS的分层分块仿真验证策略的工程实现途径。

电力系统动态仿真的灵敏度分析

电力系统动态仿真既是电力系统动态安全分析与控制的基本工具,也是电网调度部门指导电力生产的主要依据,因此,动态仿真的准确程度直接关系到电力系统的安全经济运行。然而电力系统是高维、多变量的复杂非线性系统,影响其仿真可信度的因素众多,因此分析电力系统动态过程对参数、特别是对控制器参数的灵敏度尤为重要。文中通过比较任意摄动参数在微分代数方程动态解的泰勒展开多项式中的系数,获得求取电力系统动态灵敏度的方程,解决了参数奇异点处的灵敏度计算问题。并进一步对方程的动态特性,特别是对电力系统控制器参数的灵敏度进行了讨论。依据所提出的方法,以单机对无穷大系统与IEEE10机39节点系统为例,计算了IEEE-EA型励磁系统参数对系统动态过程的影响,并对其动态特征进行了分析。

WAMS中计及量测函数非线性项的电力系统自适应动态状态估计

提出两种在线辨识和修正模型误差协方差矩阵的自适应动态状态估计方法,并在这两种状态估计模型中引入量测函数的非线性项。这不仅在进行状态滤波的同时,利用观测数据提供的信息,在线辨识和估计系统中未知或不精确的噪声统计特性,而且由于计及了量测函数的非线性项,非线性系统在线性化过程中所产生的线性化误差完全得到补偿,极大地提高了算法在异常运行情况下的自适应性;并且在量测量中计入了相量测量单元(PMU)测量的电压幅值和相角,增加了系统的冗余量测,提高了滤波精度。仿真结果验证了所提方法在正常情况、负荷突变、存在坏数据、网络拓扑结构错误各种情况下具有较好的预测和滤波效果。

电力系统黑启动过程中线路继电保护的配置与整定

针对电力系统黑启动过程的特殊要求,提出了其继电保护配置的基本原则;研究了适用于黑启动初期单电源运行方式下以零序电流保护和距离保护为主的线路保护配置方案;在分析不同运行方式下零序故障电流特点的基础上,研究并提出了零序电流保护的整定方法。

电力系统时域仿真的动态一致性检验

电力系统中模型参数的辨识值常因优化算法、收敛区间、迭代次数等的差异而不同,此时常规的误差分析方法很难判断并选择合理的参数组。为解决这一问题,文中提出采用一种定量的不确定性分析方法——随机响应面法对仿真结果进行动态一致性检验的新观点,并提出了相应的检验标准。由于随机响应面法能克服传统的蒙特卡洛法仿真次数多、时间长的缺点,利用随机响应面法可快速计算出参数组中多个参数的联合不确定度,从而得到仿真结果的均值和置信区间,校验模型参数的有效性,为参数的合理选择提供参考依据。某大区电网的负荷实测记录验证了该方法的有效性。

基于径向基函数神经网络识别的电力系统动态参数获取新途径

借助计算机视觉替代人工进行巡视,通过图像识别获取的电网动态参数与门限值进行比较是评判电网运行状态的一种新途径。其中仪表图像的自动识别是获取动态参数的关键环节,该文提取了图像中颗粒目标的长度比、紧密性和简单度3个特征不变量,应用RBFNN实现了表盘关键元素的自动分类。通过对指针式仪表图像的识别实验,证明了输入RBFNN的特征不变量在仪表元素识别中是稳定的,对噪声不敏感,引入图像识别技术可大大优化电力系统运行状态的监测过程。

动态电力系统求取最近鞍点分岔边界的新方法

定义系统当前运行点到鞍点分岔点的欧式距离为动态电力系统的电压稳定裕度(负荷裕度),该裕度衡量动态系统稳定运行的负荷增长承受能力。提出了寻求关键特征值的指标,通过该指标,可以给出发生鞍点分岔的初始负荷增长方向,保证系统在到达鞍点分岔点之前不会遭遇其他分岔点。也提出了参数空间下求取动态电力系统发生最近鞍点分岔边界的迭代算法,分析并判断了系统到达该分岔点对应的最危险负荷增长方式。采用IEEE3节点和IEEE57节点仿真系统进行方法验证,仿真结果显示该算法的有效性和良好的收敛性。

电力系统继电保护在线校验系统的研究

运行方式发生改变时保护定值可能会不满足灵敏性和选择性的要求,如果继电保护工程师不能及时发现,可能会引起保护的误动,进而引发大规模的停电事故。通过分析离线整定计算的局限性,引入继电保护在线校验的概念,重点研究并设计了1套继电保护在线校验系统,在运行方式发生改变时,对当前系统中继电保护定值的性能进行在线校验,对存在误动隐患及异常的所有保护给出报警信息,提高供电可靠性。

基于有向权重图和复杂网络理论的大型电力系统脆弱性评估

提出一种基于有向权重图和复杂网络理论大型电力系统脆弱性评估算法,构建了电网各元件的模型,将系统中各母线而不是传统的变电站定义为网络中的节点;考虑功率在电网中的流动方向,同时计及各元件承受功率扰动的能力,将电网等效为一个有向权重图。基于所建立的模型,对电网采用2种方式进行攻击:随机攻击和蓄意攻击,分析电网在各种攻击下承受扰动的能力,指出了电网中的薄弱节点、薄弱线路。利用所提的方法分析了电力系统在连锁故障下的抗毁性。将该算法应用在中国某一区域电网,取得了较好的效果,验证了算法的有效性。

电力系统强迫功率振荡扰动源的对比分析

电力系统中持续周期性小扰动由于共振可能引起联络线的大幅度强迫功率振荡,扰动源很难发现和捕捉。文中以两机等值系统模型为基础,在机理上研究了原动机功率与负荷两者持续周期性小扰动所造成电网功率振荡的区别,阐述了2种扰动源的不同性质。基于MATLAB对两者引起的电网强迫功率振荡进行了时域仿真分析。结果表明:相同幅值和频率情况下,原动机功率扰动比负荷扰动所引起的电网功率振荡幅值更大,接近其理论放大倍数。原动机功率扰动引起电网强迫功率振荡的可能性更大。该研究结果对理解目前电力系统存在的低频振荡现象具有一定的参考价值。

基于细菌群体趋药性算法的电力系统无功优化

将细菌群体趋药性(BCC——bacterial colcony chemotaxis)优化方法应用在电力系统无功优化中,以网损最小为目标函数,建立了BCC无功优化数学模型。由发电机机端电压、变压器分接头和电容器组3部分控制变量构成初始矩阵,它们在算法中作为细菌位置坐标,表征细菌移动寻优时的空间位置。控制变量即细菌移动遵循在n维空间中的移动寻优规律,每个细菌通过感知周围的信息不断向最优方向移动,从而提高了全局搜索能力。通过优化参数,加快了收敛速度。对IEEE30,IEEE57,IEEE118测试系统进行了测试,与免疫记忆遗传算法和混沌粒子群算法相比较,结果令人满意。

基于窗口滑动改进Prony算法的电力系统低频振荡识别

Prony算法是获取电力系统低频振荡信息的有效方法。针对传统Prony方法只能选取局部信号进行分析且对噪声敏感的问题,提出了固定窗长滑动的改进措施,进而应用于电力系统低频振荡识别中。与传统方法相比,改进的Prony方法通过对信号采取滑动窗口处理,即将拟合目标函数由局部误差平方最小变为分窗口误差平方和最小,从而能够计及较长时间内的误差平均效应,因而具有抗噪声能力强、不受信号长度影响的特点。基于DSATools的仿真分析证实了窗口滑动的改进Prony算法能有效识别低频振荡模式,并且该方法在含噪声环境下仍然能够保持较高的准确性。

采用拉丁超立方采样的电力系统概率潮流计算方法

与简单随机采样相结合的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法只有在采样规模足够大时才能得到高精度的计算结果,计算量较大。文中提出了用拉丁超立方采样和Gram-Schmidt序列正交化方法改善采样值对输入随机变量的分布空间的覆盖程度、提高采样效率的计算方法,并应用于概率潮流计算中。IEEE14节点系统和IEEE118节点系统的算例验证了该方法的有效性。与传统方法相比,文中所述方法可以降低采样规模,更有效地估计输出随机变量的统计参数和概率分布,同时保留蒙特卡罗模拟法的优点,在处理相同随机变量的一系列随机问题时可以显著降低计算量。

基于编码PETRI网的电力系统故障诊断模型研究

文中对基于编码原理和Petri网建模方法的电力系统故障诊断进行了进一步的研究,介绍了冗余嵌入Petri网、Petri网的故障模型及根据范德蒙矩阵构造生成矩阵的方法;重点分析了电力系统元件故障诊断Petri网模型的特点:母线及线路的Petri网模型的标准型与电网规模无关等;提出了电网拓扑结构发生变化时模型的快速修正方法,即根据模型标准型进行添加或删减,以使该方法更加适应大型电网多变的运行方式。以IEEE-118母线系统为例验证了故障诊断的正确性和模型修正方法的快速性。最后,经对文中方法和文献中的另外2种方法进行比较,证明文中方法具有诊断速度快,精度高,具有电网拓扑结构变化能力,适用于大型电网故障诊断。

电力系统恢复中机组恢复的优化选择方法

系统研究了电力系统恢复过程中机组恢复的优化选择问题。提出了一种根据恢复过程的实际状况选择被启动机组的优化策略并给出了相应的数学模型。模型以恢复过程中机组发电量最大为全局优化目标,同时计及各种约束条件。该模型为一个典型的多约束条件的背包问题,通过采用基于数据包络分析模型的相对有效性评估的定性方法与利用回溯算法求解背包问题的定量方法相结合的方式,确定恢复过程中某一时刻最合理的被启动机组。所提方法能较好地权衡对所求解问题的快速性和正确性要求。算例结果验证了所提模型与算法的有效性。

基于WAMS的电力系统受扰轨迹预测

基于相量测量单元(PMU)上传的实时功角数据,应用曲线拟合理论,提出了一种电力系统事故后功角轨迹快速预测的新方法。该方法从一个简单电力系统调速控制模型出发,推导出了功角与时间关系的数学模型,即功角随时间呈正弦衰减变化。由此提出了利用三角函数曲线拟合技术,对功角受扰轨迹进行预测。对IEEE 9节点系统与华北电网进行了仿真计算,结果验证了该方法的有效性。此外,与多项式曲线拟合法的对比分析表明,该方法优于传统的多项式曲线拟合法,具有更好的预测效果。

基于数据包络分析模型的电力系统黑启动方案相对有效性评估

电力系统全停电后的黑启动恢复问题是电力系统安全防御的重要课题,科学合理的黑启动方案对于实现系统全停后的快速恢复意义重大。该文提出了一种基于数据包络分析模型的电力系统黑启动方案相对有效性的评估方法。该方法将黑启动方案的技术校验结果纳入评估体系,并依据实际的输入、输出指标值做出方案是否有效的客观评价。针对某实际电网的应用实例证明了该方法将为调度运行人员进行黑启动恢复提供更加科学的决策参考。