电力系统的物理稳定性分析与优化

电力系统是典型的复杂动态大系统，分布地域广、时间常数小。其数学模型是强非线性和非自治性的微分-代数方程组，阶数可达数万，并带有连续和不连续的时变参数。另外，扰动的场景可能非常复杂，不但网络拓扑和参量可能相继突变，而且存在分层分散的人工干预和自动控制。

电力系统的安全稳定性包括在受扰后保持发电机转子相对角的有界特性的能力（大扰动同步稳定性和小扰动同步稳定性），在扰动清除后保证母线电压不长时间低于或高于对应限值的能力（暂态、中长期电压安全性），不丢失异步电动机和逆变器等动态负荷的能力（动态负荷稳定性），以及确保所有元器件运行在许可范围内的能力。

从发电、输电一体化的体制演变到开放和竞争的环境，规划设计中的不确定因素大大增加。不但独立电能生产者和电力公司发电的未来规模、地点和特性难以确定，相邻电力企业现在和将来的战略信息也不容易掌握。市场竞争将更加突出电力系统经济和安全性的优化问题，提出能量可靠性价格和停电价格等概念。安全稳定因素将显著地影响输电服务价格，这将导致对优化问题的重新考虑和定义。

市场经济下的系统运行工况将由市场需求来决定，系统间大量的电能交换和交易、不可预测的潮流和线损等因素都增加了运行调度的不确定因素，更容易遇到离线分析未考虑的工况。当相继发生了若干事件后，即使工程师们意识到运行规程上的稳定极限值已经无效，无法了解当时的系统离崩溃点还有多远，更不知道应该如何来施加适当的控制。(www.xing528.com)

经济性和安全稳定性在电力市场中更加复杂地相互制约。提供运行备用控制、电能平衡管理、网损控制、预防控制和紧急控制、停电后的启动能力等附属服务都会影响输电及发电分配费用，故必须计入到输电成本中。输电费的定价人员和调度员都应该掌握系统在市场要求下趋近其极限时所冒的风险，在线评估新的输电申请使系统承受的风险变化。

当运行的风险增加时，就更需要可靠的稳定的控制系统。如果在扰动并未发生的情况下通过预防控制使处于警戒状态的系统进入安全状态，系统将长期运行于一个相对不经济的状态。显然，纯粹用增加设备或预防性控制来解决小概率严重事故下的稳定性问题极不经济，甚至不可行。紧急控制是在特定扰动被检测到的情况下才采取的激烈措施。要在200ms以内，针对具体故障完成对控制地点、措施种类及控制量的最佳决策，就需要极其快速的在线预决策算法，包括灵敏度分析技术以及在多维离散空间中的快速寻优搜索技术。

既然在预防控制和紧急控制之间存在很强的互补性，在它们之间进行协调就十分重要。这需要识别出所有的潜在失稳模式和最安全的控制方向，并给出相应的稳定裕度；也应能给出各种灵敏度系数、联络线极限潮流及功率注入空间的稳定域；其计算速度应足够快，能跟踪系统的变化。