基于PV曲线与改进模态法分析电网电压薄弱区域的研究

随着电网的发展,电力网络日趋复杂,负荷和机组容量的增大以及环境和经济因素的制约使电力系统更加接近稳定极限。提出了一种基于PV曲线与改进模态法结合应用来识别电压薄弱区域的新方法。首先推导了PV曲线和改进模态法的算法,结合某地区电网某特定运行方式进行实例分析,由PV曲线找出极限运行点,分别由V-Q模态法以及考虑有功功率变化影响的改进全模态法计算当前运行点和极限点各节点的参与因子,找出薄弱区域、关键支路和发电机,所得结果与该电网实际运行情况相符。该方法具有系统性,且快速简便,对预防及控制电压失稳、保证地区电网安全稳定运行有一定指导意义。     

确定电力系统实用动态安全域的截距法

利用几何学知识推导出了确定电力系统实用动态安全域(PDSR)临界超平面的截距法。该方法首先根据决策空间中PDSR的二维断面上临界线与决策变量上、下限的截距计算出所有超平面系数之间的比例关系,然后利用这些比例关系和一个由数值仿真法搜索出的临界稳定点确定临界超平面。对新英格兰系统的测试结果表明了该方法的有效性和快速性。此外,文中还分析了该方法的联想功能,利用该功能可以由一个已知故障下的PDSR临界超平面计算出另一个故障下的PDSR临界超平面。     

实用动态安全域降维可视化方法

近年来的研究表明,保证暂态稳定的实用动态安全域(PDSR)可由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。对于既定的事故前、后系统图形和既定的事故,它是惟一确定的,与运行状态无关。但注入功率空间维数太高时则难以直接在三维或二维空间上实现可视化。为此,文中提出了将高维PDSR降成三维的方法,并保持降维后的PDSR对于既定的事故前、后系统图形和既定的事故,仍近似是惟一确定的,不因注入的变化而改变,称降维后的PDSR为类PDSR(L—PDSR)。对其进行三维的可视化,可使调度员对当前的运行点在注入空间内不同方向上的稳定裕量一目了然,从而快速、准确地进行预决策乃至紧急控制。又由于对于预想事故集中的不同预想事故下的PDSR,总是希望能在同一坐标空间上观察其交集,即综合安全域,故文中也针对一个实际电力系统研究了这种可能性。同时基于上述方法开发成功了相应的可视化系统。     

基于扩展等面积准则的电力系统动态安全域

基于扩展等面积准则(EEAC)的量化能力，该文提出一种新的构建电力系统参数空间中动态安全域(DSR)的方法。该方法从初始运行点出发，通过迭代确定系统失稳模式随参数变化的情况。对每一种潜在的失稳模式，搜索其动态安全域边界上的一个点，根据临界点处的法向来求解用于模拟动态安全域边界的超平面。考虑到临界点处法向对系统的某些参数比较敏感，该文还导出临界点处与法向平行的参数灵敏度向量，用以代替临界点处的法向。对于当前运行点，通过寻找该点的参数改变方向与各临界点处的参数改变方向的夹角的最小值来确定匹配的模式，从而根据该模式的超平面系数来判断运行点的稳定性。最后在8机32节点的系统上对所提出的方法进行验证。     

基于Taylor级数轨迹灵敏度的动态安全域求解

动态安全域(DSR)是电力系统稳定分析的重要内容,实用动态安全域(PDSR)由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。结合轨迹灵敏度法和高阶Taylor技术,推导轨迹灵敏度的高阶Taylor级数递推求解形式。基于势能界面(PEBS)法和高阶Taylor级数轨迹灵敏度技术,快速有效地计算能量裕度灵敏度,从而迭代求解临界功率注入点。利用临界功率点的能量裕度灵敏度数值,求解电力系统有功功率注入空间上的PDSR。New England 10机39节点系统的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于相轨迹分析的实用动态安全域构建方法

随着广域量测系统的广泛应用,出现了基于相轨迹分析的暂态稳定性判别方法,由此提出了一种基于相轨迹的实用动态安全域(practical dynamic security region,PDSR)快速构建技术。以单机无穷大系统为例展示了相轨迹灵敏度比传统功角灵敏度具有更好的线性拟合效果,并将其推广应用于多机系统。基于相轨迹的判稳分界函数,通过分析注入空间参数改变时发电机功角与角速度的变化情况,识别影响系统稳定性的主导失稳机组。进而,根据判稳分界函数和注入空间参数改变量之间的灵敏度关系,围绕主导失稳临界点构建实用动态安全域。文中提出方法的有效性在新英格兰10机39节点系统中得到了验证,分析表明该方法利用功角和角速度组成的相轨迹数据,在计算的快速性、适用性等方面具有良好的应用前景。     

交流/混合多端直流混联系统最临近静态电压失稳点的求取

为了分析电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)结合而成的交流/混合多端直流混联系统的静态电压稳定性,给出了一种寻找最临近电压失稳点的方法。采用改进连续潮流法,从系统初始运行点出发,计及联结变压器电压比的调节和换流器控制方式的转变,根据最短路径原理不断修正负荷增长方向,并且采用自适应负荷增长方向的步长控制策略逐渐逼近最危险负荷增长方向,最终确定混联系统的最临近电压失稳点和最小负荷裕度。对基于IEEE14节点的交流/混合三端直流混联系统进行了仿真分析。仿真结果表明该方法是有效可行的,最临近电压失稳点能够准确反映混联系统的电压失稳情况。     

利用发电机转速实时识别两群暂态功角失稳EI北大核心CSCD

针对特高压直流配套电源存在的两群暂态失稳问题,提出了一种基于发电机转速数据识别暂态功角稳定性的新方法。首先,在单机无穷大系统中发现了暂态功角失稳时发电机转速的特征,并证明该特征与暂态失稳的严格对应关系,提出了易于工程实现的失稳判据;然后,基于互补群惯量中心变换,将该失稳判据用于识别多机系统的两群失稳模式。在实际大电网中对所提方法进行测试,结果表明,该方法能够有效甄别暂态功角失稳,具备量测信息少、计算简便快速的优点。     

电力系统动态安全域的实用解法

近年来，电力系统动态安全域（DSR)已越来越为人所接受，它可以提供更为丰富的安全信息，有着广阔的在线应用前景。该文基于暂态能量函数分析，推导出一种新的求取实用动态安全域(PDSR)的方法。通过大量的数值仿真计算表明，实用动态安全域(PDSR)可由描述各节点注入功率上、下限的垂直于坐标轴的超平面和描述暂态稳定性临界点的超平面围成。基于此事实，该文给出了一种快速计算对应于临界暂态稳定的边界超平面的直接法。这种方法是将溢出点处的暂态稳定域边界法矢量近似为常数，并通过线性化把事故后系统轨迹的切向量表示为注入功率的线性函数，然后依据在临界注入下两者之间的正交性，推导出了超平面型式PDSR边界的解析表达式。在新英格兰10机39节点系统上的测试结果表明了这种方法与数值仿真方法的一致性。     

利用发电机转速实时识别两群暂态功角失稳

针对特高压直流配套电源存在的两群暂态失稳问题,提出了一种基于发电机转速数据识别暂态功角稳定性的新方法。首先,在单机无穷大系统中发现了暂态功角失稳时发电机转速的特征,并证明该特征与暂态失稳的严格对应关系,提出了易于工程实现的失稳判据;然后,基于互补群惯量中心变换,将该失稳判据用于识别多机系统的两群失稳模式。在实际大电网中对所提方法进行测试,结果表明,该方法能够有效甄别暂态功角失稳,具备量测信息少、计算简便快速的优点。     

基于向量场正规形方法的功角和电压稳定特征分析

通常意义下的功角稳定性和电压稳定性事实上只反映电力系统稳定性的不同方面,作为一个整体,电力系统稳定性本质上是一个综合问题.文中采用向量场正规形理论,对系统稳定运行点的特性进行研究,发现应用向量场正规形方法得到的高阶解析解包含了电力系统稳定性的更多信息,便于分析和理解系统非线性的本质.用它来研究系统内部模式间的非线性相关作用,可以分析出功角和电压稳定的特征,为分析强非线性下系统的稳定性及非线性特性提供了一条新的有效途径.同时,还用非线性动力学方法分析了系统的稳定运行点和不稳定运行点的特性,并与文中所使用方法的分析结果进行了比较,对一个简化电力系统的分析实例表明,电力系统中的各种稳定模式是相互影响的,系统在稳定边界附近所表现出来的非线性现象和相应的不稳定运行点的特性一致反映了系统所面临的失稳模式.     

Preventive control based on complex-valued load-flow technique to avoid voltage instability in power systems

This paper presents a method for obtaining preventive control strategies based on nonlinear optimization for power systems which will incur voltage instability when load demand increases. An algorithm is proposed to determine an appropriate and effective control action taking into account the operating constraints to widen the margin between the present operating point and a voltage collapse point, thereby improving the system state. The method proposed here is based on a complex-valued load-flow technique using the Newton-Raphson method which has been developed already by the authors. Consequently, the preventive control algorithm also can evaluate the voltage instability in the event the present operating point becomes closer to the critical point and the system state becomes unfeasible at increased loading point. Further, in optimization, two-types of objective functions are introduced so that voltage stabilization and dissolution of constraint violation can be attained simultaneously. In addition, this paper discusses the extension of the proposed preventive control to the successive control method which carries out the control action to avoid voltage collapse while the load demand is increasing. Numerical examples for various model systems demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Cuk converter global control via fuzzy logic and scaling factors

A successful implementation of a low-cost PI-fuzzy controller for a Cuk converter is presented in this paper. Properties of the proposed controller are robustness around the operating point, good performance of transient responses in changing load conditions and/or input voltage, and invariant dynamic performance in the face of varying output operating points. Simulations and experimental results have been obtained via a suitable variation of the scaling factors related to the input variables of the fuzzy controller     

A Power Flow Solution Technique for Autonomous and Non Autonomous Mode of Operation of Microgrid System

A power flow solution technique has been proposed for microgrid operating in isolated as well as grid-connected mode. The formulation is based on simple impedance matrix approach where the elements of the impedance matrix are the impedance of the power flow paths from the terminal loads to the node representing the point of common connection (PCC). Distributed generators in microgrid are modeled to operate either in droop controlled, P-V or P-Q mode. When connected to the grid, Distributed Generation (DG's) may be operated in any of the operating modes, but during autonomous operation, the droop controlled mode is followed. The bus interfacing the main and the microgrid has been chosen as a voltage regulated bus so as to facilitate seamless transfer from the autonomous to the grid connected mode of operation and vice-versa. Comparisons with existing methods are presented to show the accuracy and ability of the proposed method. Maintaining the PCC bus voltage at 1.0 p.u. helps to have an improved voltage profile and seamless transfer of the system between grid connected and islanded modes.     

MMC功率运行区域分析及环流切换控制策略

通过对模块化多电平换流器(MMC)动态特性和控制机理的分析,提出基于系统容量、电容电压波动阈值以及最大瞬时调制比的功率运行区域确定方法,并通过该方法对环流抑制和环流注入控制策略在不同子模块电容配置下的功率运行区域进行了比较分析。该方法可以优化子模块电容参数选取,避免过度冗余设计。此外,提出基于电压预测的环流控制器,使在不同工作点下可根据分析结果直接进行最优环流控制模式切换。对某单一桥臂子模块数为20的MMC系统进行仿真研究,结果验证了所提功率运行区域分析方法及其环流切换控制策略的正确性和有效性。     

基于最简正规形的电力系统鞍结分岔分析

运用最简正规形理论,推导了电力系统原始微分方程模型鞍结分岔的2阶最简正规形,通过更高阶的变换,解决了共振项系数奇异的问题;利用近似解析解对电力系统鞍结分岔引起的系统失稳现象进行了分析;利用参与因子分析了共振模态对其他模态的影响,揭示了电力系统鞍结导致系统失稳的物理机制.由于共振模态的影响,鞍结分岔在引起电压崩溃的同时,也出现功角失稳.这对于深刻认识鞍结分岔导致系统失稳的机制有一定价值.     

基于风险的电力系统无功优化问题研究

从风险的角度分析有功损耗、电压失稳以及电压越限给电力系统运行造成的影响，并在此基础上提出一种新的无功优化方法。该方法以运行风险最小化为目标，来配置系统中的各种无功资源。由于运行风险的降低有利于增强系统工况的合理性，因此该方法能够确保无功优化的综合效果达到最佳。IEEE 39节点系统仿真分析结果表明，与传统无功优化方法相比，该文提出的方法在应用的灵活性以及结果的合理性上都有很大程度的提高。     

Optimal distribution of primary control participation with respect to voltage stability

In competitive electricity markets the transmission system will at times be heavily loaded. At these occasions prevention of voltage instability is an important objective that the system operator has to meet. In this paper a method for finding the primary control participation that maximizes the margin from an operating point to the saddle-node bifurcation surface is proposed. The arising optimization problem is solved using a steepest descent method. The proposed method can find its applications both in generation planning and in real-time operation of electric power systems.