基于暂态能量裕度的电力系统脆弱性评估

电力系统暂态失稳是引发系统灾难性事故的一个重要方面,从暂态稳定角度分析系统的脆弱程度是不可或缺的。电力系统的脆弱水平往往受到天气条件、负荷水平、随机故障的影响,必须合理考虑这些不确定性因素。本文建立了计及气候因素的故障概率模型,提出了从暂态能量裕度角度对电力系统脆弱性进行评估的思想。为避免严重程度高但发生概率小的事故被忽略掉,提出使用概率和能量裕度两个指标来评估系统的脆弱性。借助暂态能量函数定义了事故的能量裕度指标的计算公式,它能反映负荷水平的影响。利用各事故的脆弱性裕度指标还可以识别系统的薄弱环节。借助概率理论和范数理论,利用各事故脆弱性的概率指标和能量裕度指标分别推导出计算整个系统综合脆弱性的概率指标和能量裕度指标的模型,并在此基础上提出了电力系统脆弱性的评估算法。通过算例分析,本文建立的故障概率模型、提出的系统综合脆弱性指标体系以及评估算法是合理有效的。     

计及连锁故障的暂态稳定概率评估方法

动态安全域的一系列研究成果为解析法在暂态稳定概率评估的应用提供了便利条件。针对负载较重的电网．提出了一种基于动态安全域的计及连锁故障引起系统失稳的暂态稳定概率评估方法,对系统安伞影响较大的线路发生初始故障．交替求解暂态稳定和潮流分布．考虑了失稳以及过载保护动作的概率特性,得到对系统安全影响较大的线路最可能引发的连锁故障路径．进而求得考虑连锁故障引发系统失稳在内的线路不安全概率指标。以IEEE10机39节点系统为例,验证了该方法的可行性和合理性。     

基于动态安全域与埃奇沃斯级数的电力系统暂态稳定概率评估

电力系统暂态稳定概率评估是确定性评估的有益补充。以安全域概率稳定模型为基础,基于动力系统理论确定电力系统暂态稳定主导不稳定平衡点附近的动态安全域线性边界,并采用以半不变量为基础的埃奇沃斯(Edgeworth)级数展开获得随机变量加权的联合概率分布,从而构建电力系统暂态稳定概率模型。该模型能有效计及发电机的出力和内电势、负荷的有功和无功功率、故障类型、故障位置和故障切除时间等多个不确定性因素,不需要繁琐的公式推导,物理意义清晰,实现简单,计算效率高。经IEEE 10机39节点系统测试和蒙特卡罗(Monte-Carlo)模拟法的验证,表明所提模型和方法是有效可行的,具有广阔的工程应用前景。     

考虑输入变量相关性的概率潮流计算方法

风电场的大规模接入使得电力系统在进行规划设计和方式安排时需要计及风电出力的不确定性,概率潮流计算方法是在计及不确定因素的条件下分析电力系统运行状态的重要工具。针对当前所使用的概率潮流计算方法的不足,提出一种可以处理多个输入随机变量相关性的基于拉丁超立方采样（Latin hypercube sampling,LHS）的Monte Carlo模拟概率潮流计算方法,该方法同时还具有精度高和速度快等优点,并且不受输入随机变量的概率分布类型的约束。在同时考虑风电和负荷不确定性的条件下,对IEEE14和IEEE118节点系统进行仿真计算,结果验证了所提出方法的有效性和准确性。     

输电系统静态电压概率安全分析

介绍了一种基于随机潮流和静态电压稳定域的输电系统静态电压稳定概率模型。该模型能够计及节点注入功率和元件故障的不确定性。采用随机潮流确定输电系统关键割集中线路的潮流概率分布,利用半不变量法和Gram-Charlier级数,得到割集静态电压稳定域中线路潮流的线性组合随机变量的概率分布函数;根据超平面形式的静态电压稳定域计算出静态电压不稳定概率;通过对所得概率指标进行分析,能够找到对系统静态电压不稳定概率影响最大的预想事故,分析结果可以帮助运行人员进行预防控制决策;以10机39节点New England系统为例验证了所提算法的有效性。     

考虑方向性和风险性的大型互联电网可用输电能力快速计算

快速而准确地计算可用输电能力(available transfer capability,ATC),对于大型互联电网的运行与调度具有重要意义。提出一种考虑多方面影响因素的适用于大型互联电网的可用输电能力快速计算方法。该模型采用重复潮流法构建动态ATC的计算框架,通过优化校验过程与自适应步长控制提高了计算速度。文中全面地考虑了包括暂态稳定约束在内的多种动态和静态约束;在分析不同的功率调整过程对计算结果影响的基础上,给出3种具有实际指导意义的功率增长方向及其计算方法;并引入暂态稳定的概率风险评估,间接计及不确定性因素,计算系统承担一定失稳风险时的ATC。所开发软件在实际电网中的应用验证了所提算法的有效性和实用性。     

电力系统小扰动概率稳定性的蒙特卡罗仿真

计及发电方式、负荷水平及网络拓扑的不确定性,基于蒙特卡罗状态抽样方法,通过分析系统特征值、特征向量及参与因子等特征参数的概率特性和失稳概率研究电力系统小扰动概率稳定问题。分析中分别用离散分布随机变量和正态分布随机变量描述发输电元件状态及负荷水平的概率特性,并重点讨论了网络拓扑的不确定性对失稳概率指标的影响。一个两区域算例表明所提出的方法能够从概率统计意义上为小扰动稳定性分析及电力系统稳定器（PSS）的合理配置等提供更为丰富、全面的信息。     

计及分布式新能源不确定性的虚拟电厂调度边界概率分布刻画方法

虚拟电厂可聚合分布式新能源参与主网调度,发掘分布式新能源的互动潜能。随着分布式新能源的快速发展,虚拟电厂调度需计及新能源不确定性。虚拟电厂的调度边界准确刻画是确保其安全运行的关键。基于多参数规划理论,提出计及分布式新能源不确定性的虚拟电厂调度边界概率分布刻画方法。所提方法以新能源随机变量为规划参数,研究虚拟电厂关口极限交换功率与新能源功率的分段解析映射,基于全概率原则计算虚拟电厂调度边界的累积分布函数。为减少由于随机变量规模增长造成的繁重计算负担,文中提出基于线路转移分布因子排序的关键随机变量辨识方法,实现虚拟电厂调度边界概率分布的快速刻画,并将所提虚拟电厂调度边界概率分布应用于虚拟电厂-主网协同优化调度。基于IEEE 136节点配网的仿真计算论证了所提方法的有效性和准确性。     

计及发电功率随机性的暂态稳定裕度概率分布计算

基于扩展等面积准则(EEAC),将电力系统中发电机驱动功率的概率数字特征,变换成失稳模式对应的两群驱动功率的概率数字特征;并将系统稳定裕度按Taylor级数表示成以两群驱动功率为变量、以稳定裕度灵敏度为系数的线性化表达式,通过半不变量求取稳定裕度的概率数字特征;最后利用Gram-Charlier级数计算出系统暂态稳定裕度的概率分布。其中,对于理想两群失稳模式,仅需解析方法即可完成快速计算;对于非理想两群失稳模式,则采用时域仿真计算灵敏度系数,并用分段函数的方法解决由失稳模式变化导致稳定裕度或灵敏度系数突变的描述问题。最后,用两个算例对所提出的算法进行了仿真验证。     

基于多重故障和混合仿真算法的风电系统概率短路分析

多重故障、风电并网增加了概率短路计算难度。引入双馈风电机组潮流算法,计及风速不确定性,得到概率短路前初始运行方式。引入多重短路算法,计算节点电压和支路电流的期望、方差以及概率分布。对枚举故障线路进行概率加权,抽样确定其他故障参数,建立混合仿真算法。综合考虑解析枚举和概率抽样特点,提出混合概率仿真方差计算公式。算例分析对比了风电出力波动、双重短路对概率短路计算结果的影响,比较了三序电压和电流的收敛性。研究结果为电气设备选择和电网安全分析提供了参考数据。     

Power system probabilistic security assessment using Bayes classifier

This paper presents a method for power system security assessment based on the Bayes classifier. This method can be applied to calculate probabilistic security indices as well as on-line security assessment. In general, the determination of security breach is a cumbersome and time-consuming process due to dynamic and steady-state effects. These effects can be incorporated by considering transient stability, satisfaction of system load without violation of constraints, and voltage stability studies. The variation of the system load, as well as contingencies, may cause system transition to a different operating state. It is impractical if not impossible to evaluate all these situations, such as contingencies resulting from load variation. The straightforward Monte Carlo simulation, one of the possible methods in power system reliability analysis, requires the evaluation of a system operating state for each sampled state and is computation-intensive. In the proposed method, first the joint probability density of feature vectors has been obtained by using some training data. Once this joint distribution is obtained, the Bayes classifier provides the assessment of system security without complicated contingency analyses and can reduce the computational burden. Security status of a given feature vector can be determined by a posteriori probability rule called Bayes rule, which can be implemented in on-line security assessment or power system reliability studies.     

基于机会约束规划的电力系统安全成本优化计算

提出了一种基于机会约束规划计算电力系统安全成本的新方法。安全成本模型由发电侧备用成本、可中断负荷成本、再调度成本和期望失稳损失等因素构成。在求解该模型的过程中,应用遗传算法和蒙特卡罗仿真技术,将发电侧备用容量和可中断负荷作为随机变量并用概率的形式表示约束条件,从而得到最优安全成本费用。最后通过IEEE30节点测试系统验证了该方法的有效性。     

含间歇性分布式电源的配电系统风险评估

为定量评估间歇性分布式电源接入配电系统所造成的影响,改进了分布式电源随机模型,建立配电系统线路随机故障概率模型,基于全概率理论在风险评估中考虑了线路随机故障。建立电压越限与失负荷的节点级和系统级两级风险指标,以综合评价系统中多种随机因素的影响,实现了配电系统运行风险的量化评估。通过标准测试算例IEEE 33节点系统,验证了所提算法的实用性和有效性。     

Probabilistic transient stability assessment for on-line applications

The increasing need to improve security monitoring of networks by system operators is the main motivation of the work described in this paper. The paper provides an algorithm for the on-line probabilistic transient stability assessment of existing or forecasted operating conditions. The proposed algorithm is an analytical method making use of two types of information: (i) transient stability assessment tool, and (ii) probabilistic factors. The corrected transient energy margin (CTEM), which is a hybrid method, is used to on-line transient stability assessment. The probabilistic factors of the conditional probability theorem were included in our method. Hence, our algorithm calculates the probability of the transient instability through using the CTEM and probabilistic factors in the transient stability in an on-line manner for exciting or forecasted operation condition for short term operation condition (e.g., next 1 h period). The implementation of the proposed method to New England 39-bus test system showed the ability and good performance of the method for the probabilistic assessment of the transient stability. Also, the method provides the system operator with a profound insight into the system stability conditions. The results retrieved again with changed operation conditions; therefore, the system operator can sometimes improve the system stability condition through making little changes in the power output of generators.     

考虑负荷与DG随机性特征的配电网多目标动态重构

传统确定性潮流和静态重构方法无法计及电网中不确定性因素的影响,为此文中提出了一种基于概率潮流考虑负荷与DG随机性特征的配电网多目标动态重构方法。首先,建立了分布式电源（DG）出力与负荷的概率模型,并采用半不变量与Gram-Charlier级数进行概率潮流计算。然后,提出了一种模拟退火-中心聚类（SA-PAM）算法,将退火机制引入PAM算中进行负荷聚类实现重构时段划分。随后,建立了以网损期望、电压越限概率、电压偏移为目标的配电网重构模型。为提升模型求解速度和效率,提出了一种多种群并行免疫算法,其中优势子种群采用高斯变异算子进行局部搜索实现快速收敛,普通子种群采取抗体交叉、超变异保证种群多样性实现全局搜索。最后,通过IEEE33节点系统进行仿真验证了所提方法的有效性。     

基于频率动态特性的电力系统频率失稳概率评估

提出一种电力系统频率失稳风险评估方法,该方法计及了旋转备用的频率动态特性,建立了低频减载作用下的频率稳定分析模型。基于非序贯蒙特卡洛仿真,计算分析了失稳概率、失稳频率、期望切负荷量和频率动态指标,实现了对频率稳定性的概率量化评估。探讨了旋转备用容量变化、低频切机容量变化对频率稳定性的影响,并计算了在多层负荷模型中计及和不计及不确定性两种情况下的频率稳定年度指标。IEEE RTS79系统算例分析表明所提方法能从概率角度全面深入评价电力系统的频率稳定性,可为低频减载配置方案的合理性和机-网的协调性提供一定参考依据。     

基于半不变量的电力系统静态稳定性概率分析

提出一种基于半不变量的随机静态稳定模型,能够在计算系统概率潮流的同时,应用静态稳定性分析的经典判据,通过对随机变量的简单运算直接给出所研究运行方式失去静态稳定的概率.算例表明了该方法的可行性.     

基于负荷模糊聚类的电压稳定概率评估

在对研究时段内多个负荷水平进行模糊C均值聚类的基础上，采用多维正态分布抽样技术，提出了一种同时计及节点负荷相关性和负荷预测不确定性的电压稳定概率评估方法。通过对负荷样本多次抽样后进行连续潮流计算及模态分析，可以获得系统功率极值、母线与支路参与因子的统计信息，以及系统在给定负荷水平下电压失稳的概率，从概率角度指出具有潜在电压稳定问题的区域，实现对系统电压稳定性的概率评估。通过对IEEE57节点系统进行分析计算，验证了算法的可行性和有效性，并就模糊聚类数、负荷预测不确定性和节点负荷相关性对电压稳定评估结果的影响进行了比较和分析。