电力系统仿真控制综合实验平台建设与实践

针对目前高等学校专业实验室的现状,建设电力系统仿真控制综合实验平台。此平台主要由电力系统混合仿真系统、电力系统保护与控制系统、电力系统调度仿真系统3部分组成。利用该实验平台,学生可以掌握电力系统正常运行下各种设备的测试技术;掌握电力系统非正常运行中各种保护和自动装置动作情况和处理方法;了解实际系统运行知识,熟悉电力系统运行环境和加强对专业知识的再认识。为提高学生素质、拓宽思维、增强学生竞争力创造条件。

电力系统电磁暂态仿真外部系统等值方法综述

对实际电力系统进行电磁暂态仿真,往往耗时很长。如何有效地对外部系统进行等值以减小仿真系统的规模,长期以来是电磁暂态仿真研究领域中的一个重要课题。对该领域迄今为止主要外部系统等值方法进行了分类,给出了各类方法的基本过程,分析了其优缺点;并对该领域今后的发展趋势及关键问题的突破作了展望。

基于最优控制原理的电力系统紧急控制及应用

基于时域方法仿真得到系统受扰轨迹,并结合实际电网安全稳定控制系统的配置情况和运行要求,给出了暂态稳定下最优紧急控制模型。采用了启发式故障后轨迹相对功角最大值小于门槛值作为暂态稳定约束条件,通过引入变分原理,推导了暂态稳定约束条件对控制量的灵敏度。通过建立线性规划模型,把微分代数方程所描述的电力系统紧急控制转化为以切机切负荷为控制量的最优控制问题。文中提出的暂态稳定紧急控制模型与时域仿真方法具有同等的适应性。广东电网的计算结果表明,文中方法对紧急控制策略灵敏度的确定高效且实用,对保证电网安全稳定运行有重要意义。

改善电力系统阻尼特性的双馈风电机组控制策略

为了增强含有大型风电场的电力系统的机电阻尼,提出了一种新型双馈风电机组的附加阻尼控制策略的设计方法。首先,提出了风电场动态频率特性的概念,推导了动态频率特性的计算公式;然后,基于动态频率特性的概念,证明了风电场对其接入的电力系统产生纯阻尼作用的相位条件和幅值条件,基于这一条件,在传统双闭环控制结构的基础上设计了附加阻尼控制策略。利用电力系统分析综合程序(PSASP),通过2区域和多区域的算例分析证实,所设计控制策略不但具有提高电力系统阻尼的明显效果,而且具有参数易整定、调试方便和易于工程实现的优势。

电力系统电磁暂态仿真算法研究进展

回顾了基于节点分析的电磁暂态仿真算法的理论基础,在此基础上分析了算法在应用中遇到的问题和挑战,并分别从模型的扩展、计算精度的改进、速度的提高等几个方面介绍了电磁暂态仿真算法所取得的研究进展。

改进十字链表的稀疏矩阵技术及其在电力系统仿真中的应用

十字链表具有检索方式灵活和操作方便的特点,分析了十字链表在三角分解和前代–回代计算中的应用方法及其内存分配方式对稀疏矩阵计算效率的影响,十字链表的存储结点通常散列于内存空间中,该内存分配方式下稀疏矩阵的运算效率低于存储结点连续分布在内存中的稀疏矩阵运算效率,该现象由计算机的高速缓冲存储器的工作原理造成。为此提出改进十字链表实现方法,在稀疏矩阵的运算过程中充分利用高速缓冲存储器的高速存取速度来提高计算效率。通过算例证明改进十字链表方法是一种高效的稀疏矩阵技术,在传统大规模系统和分布式发电供能系统仿真中均取得了良好的应用效果。

基于LMI理论的时滞电力系统无记忆状态反馈控制器设计

设计电力系统广域控制器时,一个不容忽视的问题就是反馈信号的传输时延。文中应用基于自由权矩阵的线性矩阵不等式(LMI)理论给出了时滞系统的稳定控制判据,并根据电力系统的特点构造了无记忆状态反馈控制器。利用WSCC3机9节点系统验证了该控制器的有效性,并与已有方法进行了比较分析,结果表明所给出的方法具有更好的控制效果和较小的保守性。

不确定条件下电力系统仿真的区间泰勒模型算法

由于模型参数的近似处理和量测误差的存在,电力系统仿真模型参数的数值具有不确定性,特引入区间泰勒模型算法来处理电力系统仿真计算中的不确定性问题,并采用区间泰勒模型来描述模型参数的不确定性,将方程变量变换为区间泰勒模型。区间泰勒模型算法是在普通区间算法基础上引入符号计算的思想形成的,它可在一定程度上记录变量之间的相关性,从而削减普通区间算法由于过估计产生的保守性问题。该文提出一种电力系统时域仿真的区间泰勒模型算法,该算法克服普通区间算法的结果过于保守的缺点,可得到与蒙特卡罗法相当接近的结果,计算量却比蒙特卡罗法要小得多。采用新英格兰10机算例系统的计算结果与传统时域仿真的点值法和蒙特卡罗方法的结果比较,也验证了方法的有效性和应用价值。

基于等值的电力系统机电暂态仿真并行异步算法

提出了一种基于等值的机电暂态稳定并行异步仿真新方法。该方法将系统按地理位置分区后的各子系统在每一时步进行相互等值,每个子系统利用其他子系统传递来的等值信息进行独立迭代计算;在每一时步的迭代过程中,各子系统只需1次相邻子系统的预测等值信息和校正等值信息;采用异步并行策略进行子系统间的等值信息传递和迭代,及时更新等值信息,从而加速迭代收敛。多个算例表明,文中的方法具有较快的计算速度和较高的计算效率,并具有工程可接受的仿真精度;对于一些大规模的实际系统,已实现实时或超实时仿真速度。

基于双向迭代的电力系统并行暂态仿真算法

为提高电力系统暂态仿真的速度,结合双向迭代技术,提出了一种适合大规模电力系统的并行暂态仿真算法.利用电力系统区域结构化的特点,将电力网络划分成以树形分层结构相联的子网,该结构中同层子网相互独立,只和上层子网存在接口关系.进行暂态仿真时,通过由底层子网到顶层主网的前向简化和由顶层主网到底层子网的后向回代来实现对牛顿法线性增量方程的求解在我国山西电网和东北电网上对算法进行了验证,与BPA的结果比较说明了本算法保持与其他算法在计算结果上的一致性;通过在东北电网上计算效率的分析,说明该算法能有效地缩短暂态仿真的计算时间.

基于变量自适应分组的电力系统多速率仿真算法

提出一种用于电力系统稳定性仿真的多速率方法,能够在仿真过程中自适应地给出具有较高加速比的变量分组方式,避免了传统的多速率仿真方法为进行变量分组而需要预先给定分组步长比的困难。构建了不诚实牛顿法(VDHN)的分组求解算法,包括预测、插值和校正3个环节,并针对VDHN法的特点给出了校正过程中电压分组计算的方法。采用IEEE 118节点系统,通过比较所提方法、采用给定步长比进行变量分组的多速率仿真方法以及单速率仿真方法,验证了所提方法的正确性和计算效率,并证明了所提自适应分组方法优于传统的预先给定步长比的分组方法。

基于预处理共轭梯度法的电力系统机电暂态仿真

把基于不完全LU分解的预处理共轭梯度法(ILUCG)用于电力系统暂态稳定仿真计算,提出了一种与矩阵方程直接求解法相结合的混合算法。该方法采用不完全LU分解对暂态稳定计算中的雅可比矩阵进行预处理,以改善其条件数;对预处理之后的方程组,采用改进的共轭梯度法进行迭代求解,在系统收敛困难的情况下,改用直接求解法求解矩阵方程;在迭代过程中,充分利用当前已有的预处理后的等价雅可比矩阵进行迭代计算,而当雅可比矩阵及相关变量变化较大时,重新计算雅可比矩阵并进行相应的预处理操作,以提高算法的效率和计算速度;多个算例表明,对于电力系统暂态仿真的计算,本文算法的计算速度明显优于直接分解求解法和单纯的ILUCG,并易于在并行计算平台上实现,具有一定的实际应用前景。

基于网式链表-双层结构的电力系统时域仿真算法

提出一种基于网式链表—双层结构的时域仿真算法,外层是显式算法,内层是隐式梯形算法。显式算法既可单独调用,又可实现隐式算法的预测功能。网式链表结构是在十字链表稀疏存储格式上发展的一种逻辑框架,该结构的引入使得内层隐式计算可以灵活有效地处理各种动态元件与控制器接口、微分代数方程系统微分与代数部分接口,并可以任意组装、拼接基于模块化设计的微分代数系统全雅可比矩阵。最后,给出基于网式链表—双层结构仿真算法的工程软件实现方案。

基于m次重启的简化广义最小残差法的电力系统暂态稳定仿真

提出了一种基于m次重启的简化广义最小残差法(simpler generalized minimal residual algorithm of m times restart,SGMRES(m))的电力系统暂态稳定仿真新算法,即采用SGMRES(m)方法对暂态稳定仿真中形成的线性方程组进行求解,通过修正标准正交基的生成过程,使得m阶上Hessenberg矩阵成为上三角矩阵。这样,只要通过简单的上三角线性方程组的求解即可求得解的修正量,避免了求解广义最小残差法每次迭代中的最小二乘问题,从而有效地减少了计算量。为进一步加快计算速度,文中算法进一步结合了伪牛顿策略和不完全LU预处理技术。多个算例的计算结果表明,所提出方法是有效的。

采用模块化方法的交直流电力系统混合仿真

高压直流输电系统和柔性交流输电系统中大量大功率电力电子设备的应用,使反映不同物理特征的动态过程相互交织在一起。而在仿真过程中要求既能模拟大规模互联系统的机电暂态过程,又能模拟局部响应快速的电磁暂态过程。提出了一种基于模块化的交直流电力系统混合仿真算法。该算法采用分层分区网络分割,对系统中各种动态元件,包括HVDC和柔性交流输电等电力电子设备及其控制器进行模块化处理,应用双向迭代技术,将电磁暂态仿真程序嵌入到机电仿真程序中,以实现快速、准确模拟交直流混合系统暂态过程。在Kundur2区域系统和IEEE10机39节点系统上对该算法进行了仿真测试,并将其结果与EMTDC结果进行了比较,验证了其准确性和有效性。

电力系统黑启动初始方案的自动形成

制定有效的黑启动方案时首先需要一组黑启动初始方案。文中提出了采用基于规则的深度优先搜索技术形成黑启动初始方案的新方法。该方法结合黑启动过程的要求及特点,首先总结出若干有效的规则,利用图形建模系统形成网络的拓扑关系,并结合这些规则采用基于深度优先搜索技术进行黑启动路径的搜索,从而搜索出更精简的初始方案。实际算例表明,该算法是有效的。

基于熵权模糊综合评价模型的电力系统黑启动方案评估

电力系统黑启动方案的合理选择对系统快速恢复供电具有重要意义。提出了基于熵权模糊综合评价模型的电力系统黑启动方案评价方法,实现对黑启动方案的有效评估和排序。该方法采用了更为合理的熵权权重和专家偏好的结合方法,实现了数据信息的客观性与专家偏好主观性的良好结合;进而将黑启动评价指标合理模糊化,利用方案的模糊评价信息,通过模糊综合评价方法,实现了方案的相对优劣排序。该方法计算过程简单,没有特征值及复杂的优化计算等,也不存在无法通过某项限制性校验而导致方法失效的情况。针对天津电网的实际系统黑启动路径评估结果验证了所提方法的有效性。

电力系统时滞依赖型鲁棒稳定判据及其应用

给出了一种改进的含不确定性时滞环节的电力系统稳定性Lyapunov鲁棒稳定判据。首先基于Krasovskii理论列解时滞系统的Lyapunov泛函,接着将泛函对系统轨迹的导函数用一组线性矩阵不等式表达,在泛函导数推导过程中,通过引入一些必要的松散项以减少该判据的保守性,然后利用Schur补对含不确定性的扰动项进行变换,最后借助单机无穷大系统和WSCC3机9节点系统,对含不确定性扰动的单一和双时滞情况下的系统保持鲁棒稳定时可承受的最大时滞进行分析,验证了所给方法的有效性。

电力系统在线暂态稳定分析方法

提出了一种电力系统在线暂态稳定分析方法。结合故障时域仿真,建立了一个2维1阶微分方程组。该微分方程组描述了相点在一维坐标轴上的运动,可用于观察电力系统的功角稳定性。在此基础上提出的功角稳定判据可以方便地判断电力系统的功角稳定性。该方法有效地简化了暂态稳定分析过程,且避免了因功角差阈值选取不当造成误判的问题。文中还研究了针对相点运动构造的能量函数,利用故障后的最小动能定义了描述故障严重程度的稳定指标。2007年华北电网的算例说明了上述方法的有效性。

PMU在电力系统中的优化配置方法

相量测量单元(PMU)已广泛应用于电力系统状态估计、系统监测和稳定评估.PMU的优化配置问题是当前电力系统相量测量技术的一个重要问题.在深度优先搜索法的基础上,通过改进寻优规则,并考虑发电机、负荷以及网络结构等因素的影响,提供一种较为简便的方法实现该问题的求解.利用IEEE 14,IEEE 30等系统中的验证结果表明,改进算法可以较少的PMU安装数量实现电力系统的可观.