教学课程资源库 更多>>

关键词： 直驱风机   多尺度暂态过程   串并行相互作用   激励响应关系  

摘要： 随着我国新能源发电的大力发展,电力系统逐步发展成新能源高占比和电力电子装置高占比的“双高”电力系统。相互作用是存在于多机电力系统的固有机制,随着电网强度不断下降,多装备间的联系变得更加紧密。传统电力系统动态分析中虽然涵盖了相互作用影响,但相互作用物理机制和规律性的研究没有受到应有重视。当电力系统由同步机主导向电力电子并网装备主导转化后,系统同步机制发生了根本性地改变,系统动态特性也有了新的特征,多装备间的相互作用现象凸显,且机制不明,给电力系统的暂态过程分析带来了严峻挑战。本文以直驱风机为例,从装备内部控制环节着手,基于设备和网络功率内电势幅频演化机理,探索了直驱风机内电势的形成机制,并进一步探索了多机多尺度相互作用机制。提出了联合多尺度模型,以及基于环节激励响应关系的暂态过程分析方法,并结合时域仿真示范多尺度相互作用现象,初步探索了不同因素对相互作用程度的影响,为“双高”背景下的多装备大系统暂态分析提供了参考。具体研究内容分为以下几个方面:（1）介绍了直驱风机的常规控制环节,并根据控制环节背后储能元件大小和动作快慢的不同,分成了电流尺度、直流电压尺度和转子转速尺度三个尺度。说明了在暂态过程中直驱风机的多尺度序贯动作特征,并说明了并网装备控制环节与电力系统动态相互作用的关系。（2）基于设备和网络功率内电势幅频演化机理,总结出直驱风机内电势“功率并行、状态串行”的形成机制,并由此将多尺度相互作用分解为同一装备不同尺度间的串行相互作用和不同装备同一尺度间的并行相互作用,并提出了联合多尺度模型的思路。（3）提出基于环节激励响应关系的暂态过程分析方法。从并网装备特性相较于同步机的变化出发,说明基于环节激励响应研究暂态过程的必要性。并以直驱风机为例,说明了联合多尺度模型下环节激励响应关系的内涵,并解释了基于环节研究暂态过程与研究相互作用的关系,最后从环节激励响应关系分析了多尺度环节相互作用的方式。（4）以两直驱风机并网系统为例,通过数值仿真验证了直驱风机内电势的多尺度特征,并示范了串并行相互作用现象,最后通过仿真对比初步探索了不同因素对串并行相互作用程度的影响。

关键词： 暂态稳定   大数据   人工智能   预防控制   非参数统计   贝叶斯深度学习   贝叶斯优化   紧急控制   广域测量系统   关系注意力网络  

摘要： 我国电网逐步发展并形成了现今超/特高压交直流混联的跨区互联电网的格局,有力促进了全国范围内一次能源的优化配置利用。但是,大规模互联电网亦对系统调度运行人员实施电网安全稳定分析与控制提出了新的挑战,体现在:1)互联电力系统具有更强的非线性与复杂性,难以直观辨识电网稳定性的主导因素,不利于电网调度运行人员控制决策;2)互联电力系统的模型维度快速增长,传统基于模型驱动的电网稳定分析与控制决策技术难以实现电网安全稳定态势的实时感知,容易错失电网调控时机。缺少电网安全稳定态势实时感知与防控决策技术能力是无法及时阻止扰动传播、造成事故进一步扩大的重要原因,因此,亟需更精细、更有效的电网运行安全稳定性分析监视和防控技术。本文利用人工智能技术从电网仿真生成大数据中提取电网全景全域的数据知识模型,将数据知识模型应用于电力系统暂态稳定实时快速预判,并进一步研究人工智能辅助的电网暂态稳定实时防控决策方法,最终为智能电网安全稳定态势实时监视与失稳防御决策提供技术支撑,提升我国互联电网运行安全水平,有效防御大停电事故。论文主要工作以及取得的成果如下:(1)提出了基于非参数统计的电力系统暂态稳定关联机组辨识方法。引入非参数相加性模型,用于学习拟合电网暂态稳定运行域的复杂非线性边界;基于非参数独立性筛选方法,从电网高维运行参数集中提取暂态稳定强关联特征,并选择合理的非参数数据结构;基于group Lasso算法学习拟合非参数相加性模型,得到电网预想故障临界切除时间对运行参数的显式函数规则。所提非参数关联模型除了可用于快速稳定预判,同时可以准确辨识与系统暂态稳定性强关联的重要机组,为暂态稳定预防控制提供决策依据。(2)提出了基于贝叶斯深度学习的电力系统暂态稳定置信评估方法。采用贝叶斯深度神经网络来学习提取暂态稳定边界的数据分布;基于变分推理方法和Bayes-by-Backprop算法对贝叶斯深度神经网络参数进行大数据训练,从而得到用于电网故障前暂态稳定评估的人工智能置信评估模型。贝叶斯神经网络模型可以更精准地预判电网运行方式的暂态稳定性,同时客观衡量人工智能模型预判结果的可靠性,克服传统确定性神经网络在系统临界状态容易误判稳定性的不足。(3)提出了基于TSCOPF和贝叶斯优化的电力系统暂态稳定预防控制决策方法。针对传统含暂态稳定约束的最优潮流模型,将暂态稳定人工智能评估模型嵌入最优潮流模型,替代模型的微分代数方程组,构建人工智能驱动的预防控制最优模型。针对这一含有“黑盒子”约束条件的最优潮流模型,采用贝叶斯优化算法进行求解,最终实现人工智能驱动的电网预防控制策略快速生成。(4)提出基于PMU和关系注意力网络的电力系统暂态稳定紧急控制决策方法。所提关系注意力网络利用门控循环单元直接从发电机机端PMU测量数据中提取发电机特征表达。针对原本的关系神经网络引入基于注意力机制的特征融合模块,一方面实现了不依赖于机组排序的系统特征融合,另一方面实现了失稳主导机组的精准辨识。在此基础上,基于多层感知机实现电网故障后暂态稳定状态的实时预判以及紧急切机控制量的快速预估,最终实现基于PMU和人工智能的电网暂态稳定紧急控制策略的自适应实时生成。

关键词： 响应信息   临界机群辨别   暂态功角稳定   暂态电压稳定   最小二乘法  

摘要： 区域电网互联作为电力系统发展的既定趋势,在带来显著经济效益的同时,也因暂态稳定问题使电力系统的运行和安全控制面临挑战。传统的电网安全稳定控制策略是基于既有故障策略表进行分析,由于策略表无法穷举,电网在面对小概率事件时显得被动和保守。相量测量装置和高速通信技术的快速发展,让响应信息的获取和实时传输成为可能。基于响应信息的电力系统暂态稳定分析技术,弱化了系统模型和参数的作用,不需要预想运行方式和故障组合,可为系统的紧急控制提供依据。本文的主要工作如下:（1）在基于响应信息的临界机群辨别方面,提出一种基于动态频率偏差的电力系统临界机群辨别方法。电力系统发生暂态失稳时,最常见的情况就是先表现为两群,而临界机群辨别是多机电力系统实现双机等值后暂态功角稳定性分析的难点和关键。传统的辨别方法中功角间隙的方法辨别效率不高,而复合功角的方法受制于整定值的取值。因此,文中提出利用各发电机的动态频率偏差的最大间隙处,将发电机组分为临界机群与剩余机群,通过仿真算例验证了所提方法的有效性、快速性。（2）在基于响应信息的电力系统暂态功角稳定判别方面,对基于角速度差—功角差变化趋势的功角失稳判别方法进行一定的改进。文中将基于动态频率偏差方法进行临界机群辨别后的两机群,进行双机等值后,利用故障后相平面运动轨迹的特征进行分析。运用最小二乘法将运动轨迹一阶导数曲线拟合成二次和三次多项式函数,以解决曲线不光滑的问题。文中利用二次函数的凹凸性来分析系统的暂态稳定性,并用三次多项式函数替代二次抛物线以更早地确定失稳时刻,在准确判别系统暂态功角稳定性的基础上加入快速性,以契合实时分析的要求。最后通过算例仿真验证了方法的可行性、快速性。（3）在基于响应信息的电力系统暂态电压稳定判别方面,基于电压失稳时功率—电流的特征关系,提出利用功率变化量的导数来进行功率的预测,进而快速分析系统的暂态稳定;并将电压稳定性分析也纳入暂态稳定综合分析方案中,完善了暂态稳定分析的方案。用最小二乘法对一阶导数进行曲线拟合,不仅可以规避测量误差、噪声等的影响,也可以对未来时刻的功率变化情况及失稳时刻进行预测。最后通过算例验证了文中方法的有效性。

关键词： 电力系统   暂态稳定   单机能量函数   单机等面积法则  

摘要： 电力系统暂态稳定分析是安全稳定控制的重要依据,对提高电网运行可靠性具有重大意义。我国电网的大规模互联与新能源装机容量的不断提高,给电力系统的安全稳定运行带来严峻挑战。这就要求操作人员在故障发生后能及时识别系统的稳定状态,确定系统失稳的严重程度,准确快速地切除故障。因此,有必要对电力系统暂态稳定的快速计算方法进行研究,帮助操作人员迅速掌握故障后系统的稳定信息,以便于进一步采取措施清除故障。为此,本文以实现电力系统暂态稳定的快速计算为目标,借助单机能量函数和单机等面积法则(Individual Equal Area Criterion,IMEAC),提出了一种基于单机能量函数的电力系统暂态稳定分析方法。为分析多机电力系统中单机的稳定性特征,本文从滚球系统中的能量转换出发,通过一系列映射,验证了临界机-虚拟COI机系统的稳定性特征和IMEAC。在此基础上,分析了不同状态下单机的转子摇摆曲线和功角特性曲线,通过动态逸出点(Dynamic Liberation Point,DLP)或动态稳定点(Dynamic Stationary Point,DSP)的出现以及IMEAC来判别临界机的稳定性,实现了基于单台临界机判断多机电力系统的暂态稳定性。基于临界机的稳定性特征以及临界机的暂态能量在全局暂态能量中的占比分析,本文提出了用临界机稳定性判别系统稳定性的判据。之后,为判断系统失稳的严重程度,根据IMEAC计算了系统的稳定裕度。在此基础上,给出了基于稳定裕度的系统故障临界切除时间的计算方法。最后,通过对比时域仿真和暂态稳定计算结果,证明了基于暂态稳定计算求取故障临界切除时间的有效性,并通过对比指出了全局时域仿真求取故障临界切除时间所存在的问题。为实现电力系统暂态稳定性的快速判别,本文提出了一种基于虚拟线性轨迹的电力系统暂态稳定计算方法。首先,对故障切除后的单机的转子摇摆曲线进行线性假定。接着,基于虚拟线性轨迹,求解临界机在故障切除后的DLP点。最后,根据IMEAC计算系统的稳定裕度以及故障临界切除时间。通过算例分析,验证了基于虚拟线性轨迹的单机方法进行电力系统暂态稳定分析的可行性和有效性。最后,本文详细分析了分群等值方法中群内运动的机理,并建立了单机-等值机系统群内运动模型。通过算例分析,验证了IMEAC可有效判别群内运动的稳定性。

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： 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： 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： 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。