基于模型松弛的电力系统稳定性实时预警及控制研究

发布时间：2020-05-29 04:18

【摘要】：随着“源-网-荷”侧接入设备类型和数量越来越多,当前电力系统在物理模型及数学模型层面均变得极其复杂,准确建立全系统模型并获取可靠模型参数面临严峻挑战,导致传统基于系统模型(Model-Based)方法的稳定分析与控制结果变得极为不可靠,难以匹配实际电力系统状态,直接影响了系统安全稳定。鉴于当前基于同步相量量测装置(Phasor Measurement Unit,PMU)的广域量测体系(Wide-Area Measurement System,WAMS)的完善,获取实际系统正常运行/扰动状态下的实时运行/响应信息成为现实。充分挖掘PMU/WAMS实测信息,将不同形态稳定机理与数据驱动相结合,可有效降低/避免系统模型及参数不准确带来的影响,实现电力系统模型松弛(Model-Relaxation)/无模型(Model-Free)的“实时分析、实时决策、实时匹配”的稳定分析与控制。基于PMU/WAMS实测信息,本文研究模型松弛的电力系统多形态稳定性实时预警及控制,从故障及运行两层面快速感知系统安全稳定状态,全面提高系统抵御扰动、保持多形态稳定运行的能力。针对大扰动故障,研究故障后荷-源稳定性实时预警与控制,以实现大扰动下系统暂态电压失稳和暂态(功角)失稳状态的快速预测,并提高系统暂态电压稳定及功角稳定的主动控制能力;针对无故障运行状态,研究交直流混联电网格局下电压安全运行实时预警与控制,以实现运行状态时电压安全运行水平的在线监控,提高电压安全运行协调控制能力,确保系统电压安全运行。本文主要研究工作和创新成果如下:(1)针对实时暂态电压稳定预测,仅依赖于在线潮流信息及综合负荷模型(Composite Load Model,CLM),提出了暂态电压稳定机理与在线学习最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machine,LSSVM))相结合的模型松弛预测方法。关联了暂态电压稳定性与感应电动机负荷稳定性的关系,提出了暂态电压失稳判据;针对CLM中电动机滑差在线构建了预想事故-稳定平衡点-不稳定平衡点的查找表;实际故障后,采用前向欧拉法计算电动机滑差时序,通过在线学习LSSVM对滑差轨迹进行滚动预测,结合查找表和失稳判据,可超前预判暂态电压失稳状态。(2)针对实时暂态电压稳定控制问题,提出了基于模糊控制理论的无模型自适应低压减载(Under Voltage Load Shedding,UVLS)控制策略,同时兼顾暂态电压失稳和故障诱导电压延迟恢复(Fault Induced Delayed Voltage Recovery,FIDVR)控制。设计了多输入-多输出的分散式响应模糊UVLS控制器,通过提取暂态电压轨迹关键二维特征信息——电压幅值偏差和电压恢复时间偏差作为UVLS控制器的反馈量,能够完全在线自适应确定UVLS三要素——减载位置、减载时刻和减载量,并形成闭环切负荷控制策略,可以较小的切负荷代价,促使故障后电压在规定时间内恢复到安全阈值之上,具有较强的适用性和鲁棒性,显著提高了暂态电压稳定控制能力。(3)针对实时暂态功角稳定预警及控制问题,提出了无模型的暂态稳定预测与紧急切机控制方法。利用实测发电机状态信息,由扩展等面积准则(Extended Equal Area Criterion,EEAC)推导了基于等效的单机无穷大(One Machine Infinite Bus,OMIB)系统转速(OMIB-ω)轨迹几何特征的失稳判据,能够有效甄别单摆、多摆失稳模式;基于集成的在线学习超限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)提出了快速、自适应预测窗口的轨迹预测方法,能够兼顾轨迹预测精度及预测超前性;通过对OMIB-ω轨迹进行滚动预测,并结合OMIB-ω轨迹几何特征失稳判据,可有效超前判别失稳状态。应对暂态失稳状态,根据等效OMIB系统临界状态暂态能量特点,提出了暂态稳定切机量解析计算方法,以较小的切机代价促进系统恢复暂态稳定状态,并降低了对OMIB系统功率-转子角函数关系准确估计的要求;探究了广域时延与切机量间的关系特性,给出了较长时延下切机量修正计算方法。最后结合暂态稳定实时预测方法,形成了稳定预测与切机控制的闭环体系。(4)针对电压安全运行预警与控制问题,提出了基于广域量测的交直流系统在线电压安全评估指标并构建了交直流系统源-网协调电压控制(Coordinated Voltage Control,CVC)策略,确保系统电压安全运行,系统潮流解具有可靠安全裕度。首先建立了直流系统换流器等值模型,等值参数可通过实时量测计算,在此基础上将交直流系统转化为等效的交流系统,进而将传统交流系统电压安全评估L指标扩展到交直流系统中,提出了交直流系统扩展L指标。针对系统L指标或电压幅值不满足安全要求的情况,提出了基于灵敏度的交直流系统源-网协调CVC优化模型,有效计及了直流系统换流器参与电压控制;将原始非线性电压控制复杂问题,转化为多步线性约束二次规划问题,能够快速在线求解;最终设计了L指标校正,电压幅值校正和综合校正的三种电压安全控制策略,形成了广域闭环控制体系,全面确保系统电压安全运行。
【图文】：

滑差逡逑图２－２电动机转矩－滑差曲线逡逑图２－２中给出了感应电动机动态过程中典型的滑差－转矩特性曲线。其中，逡逑７＾￣和７＾／＾分别表示故障前和故障后稳态时电磁转矩，表示故障期间逡逑电磁转矩，：以表示机械转矩，和Ｊｐｍ分别表示故障前和故障后的稳定平逡逑衡点，办ｒｅ和５ｐｍ分别表示故障前和故障后的不稳定平衡点，４＾，和逡逑５／ｗ分别对应的滑差表示为＾和＾Ｚａ，心和心分别表示对应不同逡逑故障切除时间Ｍｋ和Ｇ下的电磁转矩－滑差轨迹。逡逑１９逡逑

山东大学博士学位论文ｓｊ邋ｎ邋－ｓｊ邋（＾）逡逑Ｈ邋—逦（２，逦Ｓｕｅｐ邋Ｓｓｅｐ逦，逡逑，ａｃ表示ＣＬＭ母线的节点集合；＾ｐ和分别表示故障后第７＇个ＣＬ动机滑差ＳＥＰ和ＵＥＰ；邋Ｐ逦表示预测窗口内的滑差。逡逑上式中，，如果存在则预测窗口内暂态电压失稳；如果所有ＣＬ足／＾＞０，则表示当前预测窗口内暂态电压稳定，需要继续滚动监视测窗口。通过指标７＾可以定义系统暂态电压稳定薄弱节点。对于暂态定情况，具有最小的／二的０＾］＼／［母线节点定义为最薄弱电压节点，暂态过程中滑差波动最大的节点；对于暂态电压失稳情况，暂态过程满足Ｓ邋０的母线节点定义为最薄弱电压节点。逡逑逦ｉ逦ｉ周虔控丰心：逡逑逦
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM712

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李渝;;论乌网的暂态电压稳定性[J];新疆电力;1999年02期

2 郑勇;张立峰;晏小彬;何志强;;西藏中部电网暂态电压稳定问题分析及解决措施研究[J];四川电力技术;2017年02期

3 邓卓明;刘明波;;求解多目标暂态电压紧急控制的强化学习方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2015年12期

4 朱利鹏;陆超;孙元章;黄河;苏寅生;李智欢;;基于数据挖掘的区域暂态电压稳定评估[J];电网技术;2015年04期

5 李梦骄;罗明亮;王建全;;考虑暂态电压稳定约束的最优潮流计算[J];能源工程;2013年04期

6 林舜江;刘明波;周欣;潮铸;;暂态电压安全紧急切负荷控制优化研究[J];电力系统保护与控制;2010年11期

7 瞿寒冰;刘玉田;;计及暂态电压约束的负荷恢复能力快速计算[J];电力系统自动化;2009年15期

8 董存;徐斌;贾宏杰;;基于感应电动机的暂态电压失稳分析[J];吉林电力;2007年04期

9 薛禹胜;王正风;;暂态电压安全预防控制的优化[J];电力系统自动化;2006年09期

10 段献忠，何仰赞，陈德树;仿真计算中暂态电压稳定性的判断[J];华中理工大学学报;1995年04期

相关会议论文 前9条

1 李梦骄;罗明亮;王建全;;考虑暂态电压稳定约束的最优潮流计算[A];推进能源生产和消费革命——第十届长三角能源论坛论文集[C];2013年

2 张锋;李明霞;罗忠游;常喜强;;含风电地区电网暂态电压稳定性研究[A];2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集[C];2011年

3 林舜江;刘明波;;暂态电压稳定仿真及其增强措施初探[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（上册）[C];2008年

4 常海莎;刘占波;;矿山变电所雷击暂态电压的探讨[A];第二十届“冀鲁川辽晋琼粤”七省矿业学术交流会论文集[C];2013年

5 郝思鹏;王正风;;电力市场下的无功定价研究[A];第四届安徽科技论坛安徽省电机工程学会分论坛论文集[C];2006年

6 覃亮;梁小冰;胡云;史建立;李晓黎;;高压直流输电线路故障仿真分析[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C];2008年

7 丁超;王正风;;电力系统电压稳定及控制研究[A];第一届电力安全论坛优秀论文集[C];2008年

8 夏凡;;风电并网对系统暂态稳定性影响的研究[A];湖北省电工技术学会、武汉电工技术学会2013年度学术年会、第五届“智能电网”暨“电机能效提升”发展论坛论文集[C];2013年

9 朱英杰;陈庭记;李晨;金淋芳;;加强电网规划,防止大规模停电[A];2015年江苏省城市供用电学术年会论文集[C];2015年

相关重要报纸文章 前2条

1 张鸣 记者 徐杨;宽频暂态电压监测装备现场校准试验成功在攀试水[N];攀枝花日报;2019年

2 赵宇;别人的事故 咱们的教材[N];华北电力报;2003年

相关博士学位论文 前10条

1 杨浩;基于模型松弛的电力系统稳定性实时预警及控制研究[D];山东大学;2019年

2 王正风;电力系统稳定分析的若干问题研究[D];东南大学;2006年

3 迟永宁;大型风电场接入电网的稳定性问题研究[D];中国电力科学研究院;2006年

4 欧阳逸风;基于混合整数最优控制原理的暂态电压安全紧急控制研究[D];华南理工大学;2016年

5 仲悟之;受端系统暂态电压稳定机理研究[D];中国电力科学研究院;2010年

6 王川;负荷冲击型大扰动下船舶综合电网暂态电压稳定性研究[D];大连海事大学;2012年

7 杨欢欢;高压直流输电系统对受端电网暂态电压稳定影响的评估方法[D];华南理工大学;2016年

8 雷兴;风电接入带来的不确定性研究[D];山东大学;2012年

9 龙志君;大型受端电力系统暂态电压稳定性评估与控制研究[D];武汉大学;2010年

10 瞿寒冰;大停电后的负荷恢复研究[D];山东大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 周健;交直流受端电网暂态电压稳定评估及其无功配置研究[D];华北电力大学(北京);2018年

2 张睿;分散式风电接入对配电网暂态电压影响[D];长春工业大学;2018年

3 徐浩;广东电网暂态电压稳定性及其控制措施分析研究[D];华南理工大学;2018年

4 李岩;受端电网暂态电压稳定性研究[D];天津大学;2014年

5 毛炽祖;考虑负荷参数时变性的暂态电压稳定性分析[D];华南理工大学;2017年

6 杨佳;电网暂态电压扰动的监测与评价[D];西南交通大学;2005年

7 程振龙;交直流混联受端电网暂态电压稳定研究[D];华北电力大学;2014年

8 郭国梁;面向扰动轨迹的暂态电压稳定增强控制策略研究[D];华北电力大学;2013年

9 王凯凯;大型风电场并网建模与暂态电压稳定性研究[D];上海电力学院;2013年

10 郭挺;模型预测暂态电压稳定紧急控制的简化空间算法研究[D];华南理工大学;2012年

本文编号：2686383