基于运行轨迹的电力系统稳定分析与控制优化

目前我国已形成“三交四直”特高压混联电网，伴随特高压工程的持续建设，新能源发电、直流输电、电力电子装置大量使用，交直流电网之间的相互影响、相互作用将明显增强，电力系统的规模日益增加，稳定特性愈加复杂。近些年，国内外大规模停电事故不断发生，大电网实施风险评估和状态检修的需求凸显，而安全稳定分析是大电网实施风险评估和状态检修的理论基础。

当前电力系统安全稳定控制体系还不够完备，平台安全稳定控制问题还未得到彻底解决，迫切需要从稳定特性及安全稳定控制的基础理论出发，充分利用广域测量系统和高速通信技术，升级现有安全稳定控制技术，进而在安全稳定分析的基础上研究搭建大电网实施风险评估和状态检修平台，以辅助调度运行人员预测感知和管理控制电网的运行风险，对维持电网安全稳定运行有重要意义。国内目前采用的安全稳定控制技术，主要有3种类型：

（1）离线决策，在线匹配

即利用电力系统仿真计算软件，针对不同的运行方式和给定的故障集合，通过大量离线仿真计算，找出对应故障集合所需要采用的安全稳定措施，形成安全稳定控制策略表，当系统发生故障时，则按照策略表给定的控制措施进行控制。

（2）在线决策，在线匹配

即利用电力系统在线仿真计算软件，针对当前的运行方式和给定故障集合，通过在线仿真计算，形成安全稳定控制策略表，当系统发生故障时，按照策略表给定的控制措施进行控制，此种方式可避免“离线决策”中运行方式不适应问题。

以上2种方法都必须依靠电力系统仿真计算来形成安全稳定控制策略表，由于目前电力系统仿真计算软件的仿真能力、仿真精度和计算时间的局限，所形成的安全稳定控制策略表存在失效的风险。一方面现有电力系统仿真计算软件的能力和模型参数的精度还不能保证仿真计算结果与电力系统的实际动态过程完全一致，可能导致对系统稳定与否或稳定性质的误判，而使策略表失效。另一方面，仿真计算的故障集不可能包括系统所有可能发生的故障组合，当系统发生的故障超出故障集范围，安全稳定控制策略表将失效。(www.xing528.com)

（3）暂态能量函数分析

即基于李雅谱诺夫稳定理论，对应用于电力系统暂态稳定分析的暂态函数法进行分析，暂态能量函数法的物理概念清晰、直观，除了快速性外，具有定量分析稳定程度的独特优势。但“暂态能量函数分析法”用于多机系统稳定分析时存在难以识别失稳模式，李雅谱诺夫稳定性定义可面向线性与非线性系统、定常与非定常系统，它分别对定常非线性系统和非定常线性系统解的结构有完备的理论，但对于非定常非线性系统的稳定理论不尽如人意，随着电力系统互联规模的增大及大量电力电子设备的投入，系统运行的复杂程度日益增加，其动态行为也变得更加复杂，暂态能量函数法等方法虽然计及了系统的非线性，但仅给出了系统稳定性的判别结果及能量变化轨迹，未能给出扰动发生后的系统运行轨迹及表征系统状态的特征。

由于基于事件的“离线决策，在现匹配”和“在线决策，实时匹配”构成的电力系统安稳措施存在失效的风险，“暂态能量函数分析法”存在可靠性问题，难以满足大电网安全稳定运行的要求。需要研究电力系统安全稳定控制“实时决策，实时控制”基础理论，构建新型电力系统安全稳定控制系统，进而实现“实时决策，实时控制”。

广域同步测量系统（WAMS）由于其测量数据的快速性和同步性，已广泛应用于解决电力系统动态监测与控制问题，广域同步测量系统出现之前，缺乏有效量测手段获取系统动态信息，WAMS出现以后，大量研究成果致力于解决计及相量测量数据的静态状态估计，同时依靠WAMS开展“动态状态估计”，用于相对缓慢的电力系统负荷波动过程状态估计。在平衡精度和速度的前提下，电力系统可看作是一个二阶系统，二阶系统时域分析理论此前在大区互联系统交流联络线功率波动机理方面得到了很好的应用，基于二阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论，提出了功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法，为互联电力系统运行方式的安排和控制策略的确定提供了依据。

广域测量信息具有全局性、实时性和连续性的特点，如果能够利用广域测量信息生成系统的运行轨迹并求解该二阶系统的精确解析解，则可以进一步拟合预知系统受扰轨迹的变化趋势，对系统受扰动后的运行轨迹进行预测，提前对系统的运行轨迹加以干预控制，改变系统的运行趋势。通过提前判断系统的安全稳定情况，为紧急控制系统提供更多决策时间。当预测到系统即将失稳时，及时采取适当的安全稳定控制措施，以保持系统稳定。与目前采用的安全稳定控制技术不同，这种稳定分析和控制方法采取的是预控思路，对系统运行起校正调节作用。

国内基于相量测量装置的广域测量系统正已日趋完善，借助高速通信网络，能实现测量数据空间上的广域和时间上的同步，但由于电力系统事故过程中，网络拓扑发生改变且难以实时获得，网络中母线电压幅值和相角可能突变，简单依靠广域测量系统拟合系统运行轨迹还存在许多难题，未来仍需开展多方面研究。