基于故障信息的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估.pdf

1、電力系統(tǒng)是人類歷史上構(gòu)造最復(fù)雜的強(qiáng)非線性、高維數(shù)、分層、分布的動(dòng)態(tài)工業(yè)大系統(tǒng)之一，其穩(wěn)定分析和控制問題也一直是電力科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來，隨著負(fù)荷的增長、送電距離的增加、各種新技術(shù)和控制器件的應(yīng)用、電力市場化政策的實(shí)施、風(fēng)電、太陽能等新能源大規(guī)模接入以及大量高壓直流輸電和柔性交流輸電系統(tǒng)的投運(yùn)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的同調(diào)性、失穩(wěn)模式、關(guān)鍵斷面等動(dòng)態(tài)特性也越來越復(fù)雜，增加了電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和控制的難度。未來，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，電力系統(tǒng)

2、設(shè)備的利用率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將得到進(jìn)一步的提高，這勢必將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行越來越靠近其穩(wěn)定運(yùn)行極限，使得現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)生在不同的交流通道之間、直流通道之間、交直流通道之間、送受端電網(wǎng)之間的相繼故障的可能性越來越高。加上繼電保護(hù)裝置的潛在故障、多饋入直流系統(tǒng)與交流電網(wǎng)的相互影響、機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)、受端無功支撐能力、低頻振蕩、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定等因素，未來電力系統(tǒng)出現(xiàn)相繼故障演化為大停電的風(fēng)險(xiǎn)勢必增加。而暫態(tài)穩(wěn)定破壞作為誘發(fā)相繼故障演化為大停電事

3、故的重要因素之一，能否對其進(jìn)行快速準(zhǔn)確的評估對于大停電防御體系中的預(yù)防控制、緊急控制和校正控制措施的有效執(zhí)行有著重要的意義。因此，現(xiàn)代電力系統(tǒng)亟須一套行之有效的穩(wěn)定分析方法來快速分析故障后的系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，為電力系統(tǒng)運(yùn)行人員及時(shí)有效地采取控制措施提供重要的信息支撐。
　　隨著廣域測量技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，基于廣域測量信息及人工智能算法的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法獲得了研究人員的廣泛關(guān)注。本文從充分利用廣域測量系統(tǒng)提供的電力系統(tǒng)故

4、障信息的角度出發(fā)，基于人工智能算法和能量函數(shù)算法對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估展開了研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)本文提出了一種基于發(fā)電機(jī)組合軌跡輸入特征支持向量機(jī)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析模型，算法采用基于組合軌跡輸入的支持向量機(jī)分類器進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定識(shí)別，并且給出了分類器的可信區(qū)和非可信區(qū)以提高該分類器的實(shí)用性，同時(shí)，提出了修正策略對非可信區(qū)的分類結(jié)果進(jìn)行修正以提高分類器在非可信區(qū)的分類性能。
　　(2)本文將單機(jī)能量函數(shù)和廣義勢

5、能的概念引入到勢能脊方法中，提出了單機(jī)勢能脊判據(jù)。同時(shí)考慮到能量函數(shù)中電網(wǎng)模型和實(shí)際電網(wǎng)模型的差異，根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，提出了提高單機(jī)勢能脊判據(jù)可靠性的約束條件，并在此基礎(chǔ)上，提出了基于WAMS實(shí)時(shí)信息的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定單機(jī)勢能脊判斷方法。
　　(3)本文在支路勢能函數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合勢能脊方法，提出了一種用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析及臨界割集識(shí)別的支路勢能脊法。同時(shí)，為了解決支路勢能脊法在穩(wěn)定情況下無法識(shí)別臨界割集的缺陷，提出了一

6、種計(jì)算簡單，能夠有效反應(yīng)系統(tǒng)受擾程度的電力系統(tǒng)支路和系統(tǒng)穩(wěn)定度指標(biāo)。和現(xiàn)有支路勢能函數(shù)方法相比，本文所提算法準(zhǔn)確度高，計(jì)算簡單，在已知電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，只需要實(shí)時(shí)獲得電網(wǎng)母線電壓幅值和相角即可進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)和臨界割集的實(shí)時(shí)分析和識(shí)別，而且該算法對于多群失穩(wěn)模式依然適用。同時(shí)，由于本算法僅依賴于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，因此也可以應(yīng)用于有風(fēng)電等新能源接入的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析。
　　(4)本文提出了一種基于滾動(dòng)雙層次聚類的電

7、力系統(tǒng)臨界割集搜尋方法，算法分別采用發(fā)電機(jī)軌跡和母線軌跡進(jìn)行獨(dú)立的層次聚類，從基于發(fā)電機(jī)軌跡的層次聚類中可以獲得故障后系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)分群情況，從基于母線值軌跡的層次聚類中可以獲得故障后系統(tǒng)的母線分群情況，然后對兩個(gè)層次聚類結(jié)果進(jìn)行一致性校驗(yàn)以提高臨界割集搜尋結(jié)果的可靠性。同時(shí)，為了降低層次聚類中母線軌跡間距離的計(jì)算量，并保證通過聚類獲得的母線群內(nèi)部連通性，本文進(jìn)一步提出了計(jì)及電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的母線變量軌跡距離簡化計(jì)算方法，從而大大提高了所提算

8、法效率。
　　(5)本文從輸電斷面可用傳輸容量(ATC)的角度出發(fā)，結(jié)合臨界割集的概念，提出了一種新的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度表征方法—暫態(tài)穩(wěn)定可用傳輸容量(TATC)，TATC直接從功率的角度對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定程度進(jìn)行定量度量，方便電網(wǎng)運(yùn)行人員直接基于該裕度指標(biāo)快速制定出保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的預(yù)防或者緊急控制措施。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)該指標(biāo)的在線計(jì)算，論文提出了基于支持向量機(jī)的TATC快速預(yù)測方法，該方法只需要獲取初態(tài)故障信息即可實(shí)現(xiàn)對TA