电力系统暂态稳定极限切除时间拟合及在断面传输功率计算中的应用

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无论是从经济还是从可靠性的角度来看,电力系统的暂态稳定评估(Transient Stability Assessment,TSA)都起着重要的作用。电力系统实际运行中需要能够保持其暂态稳定,并能够承受各种干扰,以便为用户提供可靠的服务。在当今的高维/时变系统中,由于输电系统常常运行在物理极限附近,维持系统安全稳定性成为了一个挑战。因而,在线暂态稳定评估的目的不再仅针对某一组特定的“预先检验的运行点”进行稳定性预测,而是应该能够反应“新的运行点”在受到大扰动的情况下仍旧能够保持恢复同步的能力。同时,通过预防控制手段,调整输电断面传输功率以保证其满足系统预设的安全运行裕度也是运行人员需要关注的重点之一。对此,本文针对多运行点在线暂态稳定分析与控制中面临的相关问题展开研究:研究1:多运行点极限切除时间拟合方法与CCT约束下系统运行点边界为解决现有暂态稳定评估方法仅针对某一故障/某一运行点进行分析的问题。本研究拟提出一种电力系统参数空间中的极限切除时间拟合方法。该方法给出极限切除时间与电力系统参数之间的映射表达式,结合阈值构建参数空间系统满足极限切除时间限制的运行点边界(CCT Limited Operation Point Boundary,CCTL-OPB),后文中简称为参数空间系统运行点边界。该CCTL-OPB定义为电力系统参数空间中,对于给定的故障以及故障前后系统拓扑,当系统故障切除时间确定时,所有系统不致超过系统设定极限切除时间的参数空间运行点集合的边界。首先,从参数空间系统运行点边界构建的机理出发,阐述了以故障前系统运行状态构建参数空间极限切除时间映射表达式的理论基础。然后,基于宽度学习系统(Broad Learning System,BLS)构建了极限切除时间与电力系统参数之间映射关系,并结合预设故障切除时间阈值给出了参数空间系统运行点边界CCTL-OPB。研究2:极限切除时间约束下参数空间运行点边界的改进与优化为支持后续在暂态稳定分析与预防控制中的应用,所构建的参数空间系统运行点边界应能满足以下要求:·条件一:CCTL-OPB以故障前系统运行状态参数表示;·条件二:CCTL-OPB至少是二阶可微的。在计及暂稳约束的预防控制模型中,需要该约束可以提供一阶、二阶偏导数;·条件三:保证暂态稳定评估的激进情况最小化;·条件四:为保证评估模型的适应性,需保证预测模型的泛化性能。在研究1中,所构建CCTL-OPB满足上述条件一和条件二。进一步,在该模型的基础上对剩余条件三和条件四:1)运行点边界激进结果最小化;2)新运行点(样本)出现后模型更新扩展适应性进行了分析。然后,提出了临界误差修方法。使用二次比例因子对模型进行修正以提高接近预定义阈值(系统预设故障切除时间)的“关键”测试数据的预测准确率。另一方面,使用增量学习策略对CCTL-OPB构建模型进行改进。在提高模型更新速度的同时保证了预测准确率,为模型在线快速更新提供了可能。最后,在测试系统和实际系统中对所构建模型进行验证。研究3:计及暂态稳定约束的输电断面极限传输功率计算方法本文基于支路潮流法构建了最优潮流模型,通过模型转化转换为含有二阶锥形式的凸优化模型,并论证了其合理性;基于研究1、2所构建的参数空间系统运行点边界,构建关键故障的暂态稳定约束;最后将所构建暂态稳定约束转化为指数锥,以保证优化模型的凸性。该方法实现了计及暂态稳定约束极限传输功率计算(Transient Stability Constrained Total Transfer Capability,TSC-TTC),并为调度人员提供相应决策参考信息,最大程度地满足电力系统输电断面的传输功率要求。研究4:考虑风电接入的输电断面极限传输功率计算方法为分析考虑风电场情况对系统运行点边界构建的影响,对风电接入对系统故障前、中、后三阶段传统机组功角稳定性影响机理进行分析。通过等值形式表述风电场以避免其出力变化时,需要对复杂系统矩阵重复降阶的过程。进一步,基于扩展等面积法则,定量分析了接入双馈风电机组对系统故障极限切除时间的影响,给出了构建包含风电的电力系统参数空间系统运行点边界的合理性分析。进一步,基于前述参数空间系统运行点边界构建算法,重构了含有风电场的参数空间系统运行点边界。并将其转换为暂态稳定约束,用于计算含有风电场的输电断面极限传输功率。最后,对所提输电断面极限传输功率计算方法进行了验证和分析。
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