基于暂态能量流的电力系统暂态稳定和动态稳定统一研究

Transient stability and dynamic stability (mainly referring to low frequency oscillation) are two important aspects of power system stability and have different study methods. They are both rotor angle stabilities and electromechanical transients and have inherent relations. Transient energy is an important concept in electromechanical transients. In the ongoing NSFC project, transient energy is used to analyze low frequency oscillations. The energy flow is computed and the energy dissipation is used to study the damping of the system. This project uses transient energy for the unified research on transient stability and dynamic stability. The energy function is avoided, while the energy flow is used to study energy injection by the disturbance, energy transmission on the network and energy dissipation. The mechanism and computation method of energy injection by the disturbance are first studied. The transmission of transient energy on the network is studied to find the relations with modes of instability. From the aspects of both total amount and distribution of energy, the mechanism of transient instability and the computation of critical energy are studied. The relations between energy interchange, transmission and dissipation and oscillation modes are also studied. The transient energy is studied in the whole electromechanical transient process, and the unified analysis theory and method of transient stability and dynamic stability are studied. The research has both theoretical and practical meanings for the systematic and in-depth understanding of rotor angle stability.

暂态稳定和动态稳定（主要指低频振荡）是电力系统稳定性的两个重要方面，研究方法存在很大差别，但两者同属功角稳定，都是机电暂态过程，具有内在联系和统一性。暂态能量是机电暂态过程中的一个重要概念。正在承担的青年科学基金项目中，将暂态能量应用于低频振荡的分析，计算网络中的能量流并利用能量消耗研究电网中的阻尼。本项目利用暂态能量的概念进行暂态稳定和动态稳定的统一研究，但摆脱能量函数，从能量流的角度进行研究，通过能量流研究扰动注入的能量、能量在网络中的传播、能量的消耗。首先研究扰动注入暂态能量的机理和计算方法；然后研究暂态能量在网络中的传播机理以及和失稳模式的联系；从能量总量和分布两个方面，研究暂态失稳的机理和临界能量的计算；研究网络中能量交换、传播、消耗和振荡模式的关系；以暂态能量流贯穿机电暂态的全过程，研究暂态稳定和动态稳定的统一分析理论和方法。此研究对系统深入的认识功角稳定具有理论和现实意义。

暂态能量是分析电力系统动态过程的有效概念。项目负责人在前面基金项目的支持下提出了暂态能量流的概念，用于低频振荡的在线分析与振荡源定位。本项目将暂态能量流的应用范围，从低频功角振荡分析，扩展到暂态稳定、超低频频率振荡、次同步振荡的分析，建立了更加完善的暂态能量流法的理论和方法体系，实现了暂态稳定和动态稳定的统一分析。主要成果包括：利用暂态能量流厘清了故障注入暂态能量的机理，并提出了相应的计算方法，采用势能边界面法确定临界能量，实现了基于暂态能量流的暂态稳定评估；分析了超低频频率振荡的机理、表现和关键影响因素，提出了基于暂态能量流的原动系统阻尼评估方法，基于动态量测在线计算机组原动系统的阻尼转矩，并提出了超低频振荡的紧急控制方法，通过退出阻尼为负的机组一次调频，快速平息振荡；提出了基于瞬时值的暂态能量流计算公式，证明了暂态能量耗散和次同步振荡中发电机阻尼之间的关系，推导了暂态能量流和实际电动率的关系，以及暂态能量流法和复转矩系数法的一致性，提出了基于暂态能量流的次同步振荡扰动源定位方法；分析了电阻的暂态能量耗散特性及其对阻尼的影响，利用类噪声信号计算暂态能量流，实现了正常运行时发电机的阻尼评估。研究成果在实际电网中获得大量应用，基于暂态能量流的振荡源定位方法已成为国内外振荡源定位的主流方法，一旦系统发生振荡，利用暂态能量流法快速判定振荡的起因并给出有效的控制策略，指导系统运行人员快速平息振荡，防止振荡造成停电事故，对于保障电网安全稳定运行具有良好的效果和重要的意义。项目发表论文26篇，其中SCI论文7篇，EI论文18篇。