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关键词： 电力系统暂态稳定性   电力系统中长期稳定性   参数化问题   多项式逼近方法   暂态稳定约束的最优潮流   模型预测控制  

摘要： 电力系统的安全稳定运行是向用户持续可靠供电的前提,随着区域间电网互联以及远距离大容量输电系统的大量建成,特高压交直流输电系统输送功率的持续增加、风电/光伏等可再生能源的快速发展等因素的影响,电力系统安全稳定将面临更严峻的考验,电力系统稳定性分析与控制方面的研究也得到了广泛关注。本文的研究重点为基于多项式逼近方法的参数化的暂态和中长期稳定性分析及控制问题,即将诸如上述影响电力系统运行状态和稳定性能的物理因素视为数学模型中的可变参数,针对暂态和中长期稳定分析及控制问题构造相应的参数化数学模型,然后基于多项式逼近方法思想,显式刻画可变参数与动态过程中的系统变量以及最优控制方案之间的定量关系,借以提高复杂、多变和不确定运行环境下的电力系统的暂态及中长期稳定性。主要工作包括:(1)针对暂态稳定性分析中的参数化问题,提出了基于多项式逼近方法的参数化暂态稳定轨迹近似方法。所提方法采用一系列参数的多项式与系数组合构成的多项式逼近式来近似表示系统变量,从而建立可变参数与动态轨迹之间的关系。所提出的方法相较于现有轨迹灵敏度方法,在参数变化大、系统非线性强的情况下大幅提高了精度,且在可变参数的变化范围内具有全局可控的精度特性。(2)针对暂态稳定性控制中的参数化问题,提出了一种新型的参数化暂态稳定性约束的最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSCOPF)模型,其目标为求解TSCOPF的解与可变参数的定量关系。为了求解参数化TSCOPF,提出了一种基于配点法的参数化优化模型求解方法,通过可变参数的多项式表达式来逼近参数化TSCOPF的最优解,通过代入可变参数的值即可获得同时考虑暂态稳定性和经济性的最优预防控制方案,所得结果克服了现有方法的保守性。(3)针对电力系统中长期电压稳定分析中的参数化问题,提出了一种基于准稳态模型的中长期稳定轨迹的多项式逼近方法,旨在利用所得的多项式逼近式更准确地分析系统参数变化对中长期电压稳定性的影响。该方法使用伽辽金法将电力系统中长期过程中的连续动态和离散动态分开考虑,构造出能够显式地描述系统变量与参数之间定量关系的多项式逼近式。与传统的线性化轨迹灵敏度方法相比,所提方法可以描述中长期过程的连续、离散动态混合的非线性特征,逼近精度有大幅提升,可为中长期稳定性评估与控制提供有价值的信息。(4)为了提高与电力系统中慢动态元件和保护装置动态有关的的中长期电压稳定性,针对电力系统中长期稳定控制中的参数化问题,提出了一种基于多项式逼近方法的模型预测控制(model preventive control,MPC)方案。将基于伽辽金法获得的多项式逼近函数作为预测模型,预测MPC中不同控制参数值下的未来动态轨迹,然后将求解MPC所得的校正控制方案应用于电力系统,提高了中长期电压稳定性。由于高阶的多项式函数可以体现电力系统中长期过程的非线性特性,因此所提出的方法的优点是预测精度比较高,从而提高了MPC的控制效率。

关键词： 暂态稳定   流形   几何结构   无穷远奇点   稳定域   全局边界   微分拓扑性质  

摘要： 电力系统的安全稳定运行是国民经济稳步发展的重要保障,面对日益显著的能源危机和环境问题,现代电力系统稳定性的理论研究俨然成为了一个具有挑战性和重要意义的课题。虽然国内外对电力系统的非线性动力学特性进行了大量研究,尤其是暂态稳定性的分析和应用,但仍然有一些重要问题没有得到很好的解决,如稳定域边界的全局结构、稳定域边界上高维流形的几何拓扑、可再生能源接入对稳定域边界的影响,以及稳定边界理论在暂态稳定分析中的拓展应用等问题,迫切地需要寻找更加有效的电力系统稳定性分析理论和数学方法。为此,本文从域的角度出发,对电力系统的稳定性及稳定域结构进行了深入探讨,扩展了微分动力系统的理论和分析方法。论文具体的研究成果为:1)引入无穷远奇点,提出了一种基于收缩投影变换的稳定域边界分析方法。梳理出流形与稳定域边界理论的之间的联系,阐述了局部流形和全局流形的刻画方法,并且对其在全局稳定性分析中的重要性进行了说明。将平面动力系统无穷远奇点的计算方法拓展到高维系统,通过变换,将系统收缩至有限空间,以便分析系统无穷远奇点的分布及稳定域边界延伸至无穷远处的形态。结合全局流形的几何结构和奇点的位置分布,给出系统稳定域边界的完整结构。2)实现了单机无穷大系统的暂态功角在全部相平面上的稳定域边界刻画。首先,在投影空间中建立了故障后电力系统的数学模型,利用不稳定平衡点的稳定流形的并集,估计稳定域的局部边界;其次,通过收缩投影变换方法给出了鞍点分界线的全局结构,利用无穷远奇点补充了分界线的起点和终点,刻画了系统在功角-频率的全部相平面上的稳定域边界。揭示了无穷远奇点的结构分布与阻尼之间的变化机理,并将该结果与等能量面进行对比分析,对故障后系统恢复稳定的能力、暂态稳定性及动态变化过程进行了直观、全面的展示。3)提出了一种计及无穷远奇点的暂态稳定指标。对多机系统的原始数学模型进行分群处理和坐标变换,建立与原始数学模型拓扑等效的投影模型,利用投影模型的稳定域分布来反映多机系统的稳定性。根据无穷远奇点的结构分布与系统稳定域大小之间的关系,构造了电力系统稳定裕度的衡量指标,实现了多机系统在不同故障情况下的稳定程度分析。4)提出了一种全局相轨线的延拓实现算法,对如何利用相空间中的全局相轨线来描述稳定域边界这一问题进行了研究,给出了“功角-频率-频率”相空间和“功角-频率-电压”相空间中相轨线结构。该方法不仅克服了高维相空间中稳定域边界难以直接呈现的问题,而且缩减了边界计算的复杂程度。5)提出了一种含随机扰动的电力系统稳定域边界研究方法,通过引入随机项建立电力系统随机微分方程组,结合矩稳定理论和It?积分证明了系统的稳定性。利用Euler-Maruyama数值方法对系统进行求解,给出含随机扰动下电力系统稳定域分布,讨论随机因素对系统功角稳定性的影响,以及扰动下系统功角的波动特性及“跳跃”现象,验证了收缩投影变换方法在含有随机扰动的电力系统研究中的有效性。本文基于流形理论,给出了电力系统暂态功角在全部相平面上的稳定域,对其边界的全局拓扑结构进行了深入研究,提供了系统运行轨迹的全局结构特征以及基于无穷远奇点的稳定程度等相关信息,这一理论成果将有助于推动直接法在暂态稳定分析中的发展,为电力系统安全稳定经济运行和规划提供技术支撑。

关键词： 暂态稳定   PSASP   母线电压   发电机功角  

摘要： 电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查电力系统在受到大的扰动情况下,如发生故障、切机、切负荷、重合闸操作等,各发电机机组间是否能保持同步运行,且运行电压和频率是否在规定范围内,若是,则表明该系统在这一大的扰动下运行是暂态稳定的。现将九节点电力系统中的各元件模型,根据元件间拓扑关系形成全系统模型,并通过PSASP仿真,以潮流解为初值,模拟相应的扰动类型,求系统扰动下的数值解,根据母线电压和发电机功角判断该电力系统在大的扰动下运行的暂态稳定性。

关键词： 暂态稳定   故障全景信息   故障位置   接地电阻   收缩矩阵  

摘要： 为了准确判断电力系统在故障后的暂态稳定状态,提出一种基于故障全景信息的电力系统暂态稳定分析方法。首先对影响系统暂态稳定的因素进行了分析,构建了以故障时间、故障位置、故障类型及接地电阻等信息为要素的故障全景信息。然后通过两次收缩系统导纳矩阵将故障全景信息融合到最终导纳阵中,从理论上推导了故障全景信息对发电机电磁功率的影响。在此基础上利用扩展等面积法形成不同故障场景下系统暂态稳定裕度的三维曲面,通过提取该曲面与零裕度平面的交线得到系统的暂态稳定边界。最后,分别利用IEEE 3机9节点系统和新英格兰10机39节点系统进行了仿真验证。结果表明,所提方法有利于提高系统在各种类型故障下暂态稳定判断的准确度。

关键词： 暂态稳定性   耦合因子   非线性解耦   二次非线性系统   电力电子化电力系统  

摘要： 不同于以同步机为主导的传统电力系统,电力电子化电力系统的惯性较低。当受到扰动时系统的状态变量极易发生较大范围的变化,使得系统面临着严重的暂态稳定性问题。然而,长期以来,对于电力电子化电力系统的暂态稳定性缺乏有效的分析工具。针对此问题,提出基于耦合因子的非线性解耦方法来进行暂态稳定分析。所提基于耦合因子的非线性解耦方法充分借鉴解耦思路,将原高阶非线性系统近似地转化为一系列解耦的一阶二次和二阶二次子系统。在解耦空间中,针对这些低阶二次非线性子系统,可以利用现有的分析工具对其进行详细地暂态稳定分析,从而可以间接地反映原系统的暂态稳定性。为有效指导非线性解耦,相应地提出耦合因子的概念,用以评价系统状态变量之间的耦合程度,便于最终确立解耦空间中的系统结构。基于耦合因子的非线性解耦方法普适性广,对所研究的电力电子化电力系统结构无特殊要求,以期成为一种新的暂态稳定分析框架。最后,通过一个直流微电网算例,对所提基于耦合因子的非线性解耦方法的有效性进行验证。

关键词： 双馈风电机组   暂态功角稳定性   低电压穿越   风电接入比例   等效转子运动方程  

摘要： 随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。

关键词： 结构保持能量函数   长短时记忆网络   电力系统   暂态稳定性  

摘要： 随着新能源占比快速提升、电力电子元件大量接入,电网运行的不确定性快速提升,现有的安全稳定控制模式越来越难以满足电网安全运行需求。该文基于能量函数法的思路,提出一种只需要系统故障响应信息就能够快速分析系统暂态稳定性的方法。首先,构造一种结构保持能量函数,通过逐步积分实时计算系统暂态能量;然后将系统故障响应信息提供给长短时记忆网络,利用训练好的网络实时评估系统临界能量;最后比较故障切除时刻系统的暂态能量与临界能量并据此得到系统稳定性以及稳定裕度信息。在新英格兰10机系统上验证所提方法的准确性与快速性。

关键词： 电力系统   临界暂态稳定   边界现象   数据分析   输入特征选择  

摘要： 随着泛在电力物联网的提出,基于数据挖掘的电力系统分析将在能源互联网的建设中发挥越来越重要的作用。同时临界暂态稳定的边界问题是评价电力系统暂态稳定性的核心问题之一,当前在暂态稳定评估时,常常由于无法对电网临界状态给出准确判断,使安全评估存在模糊区域。为此从数据分析的角度,展开电力系统临界暂态稳定边界特征提取的相关研究。首先基于暂态稳定单机模型及能量函数,刻画分析电力系统临界暂态稳定的边界现象;然后基于BPA自动仿真程序解决了暂态稳定数据样本生成问题;最后完成了"源-网"输入特征的选择及输入特征相关性分析,并利用IEEE-39母线系统完成验证。

关键词： 机舱振动故障   偏航系统故障   机组有功控制  

摘要： 本文针对双馈风电机组故障的相关性内容进行分析,包括机舱振动故障、液压系统故障、偏航系统故障等,通过研究故障期间机组有功控制、故障期间机组无功控制、故障清除后机组有功恢复控制对于电力系统暂态稳定性的影响,其目的在于加快故障处理速度,提高电力系统运行的稳定性,通过分析该情况对电力系统暂态稳定性的影响,对于提高系统运行稳定性有着积极地意义。

关键词： PSASP   潮流计算   暂态稳定   极限切除时间  

摘要： 电力系统运行稳定性是电力系统分析的重要内容,国内外的多次大停电事故使稳定性研究受到相当的重视。本文运用电力系统分析综合软件PSASP对8机36节点系统进行分析,在系统潮流收敛的情况下,分析系统的暂态稳定性,通过分析计算得到了该系统的极限切除时间,同时也给出并分析了提高系统暂态稳定性的措施。