基于广域测量和回归分析的电力系统动态等值研究

Dynamic simulation is the main tool of power system dynamics study. With interconnection of power grids, computation burden of full simulation model increases dramatically. Dynamic simulation consumes too much time to be used for online study of large-scale power systems. It is necessary to speed up dynamic simulation by properly reducing the external system. A dynamic equivalent method is proposed in this project with Wide-Area Measurement System (WAMS) and regression analysis. The coupling between tie line power and internal measurement data of study system is measured with regression analysis and used to choose appropriate input signals for equivalent model. Identification methods are studied to develop dynamic equivalent models. By analyzing the evolution pattern of system operation conditions, the adaptability of dynamic equivalent model is evaluated. Major factors affecting the adaptability are examined with sensitivity analysis. Exploration of method to update equivalent model is also made in this project. Considering the reality of low data reporting rate of Phasor Measurement Units (PMUs), equivalent models are converted to smaller time step to match the required time step of dynamic simulation algorithm. Equivalent model accuracy is checked to reveal the impact of different PMU data reporting rates. This project helps deepen the theoretical basis of WAMS-based dynamic equivalents and improve the practicability of equivalent models. With greater adoption of WAMS data, this project contributes to the secure and stable operation of power systems with remarkable economic and social benefits.

动态仿真是研究电力系统动态特性的主要手段。随着电网互联的发展，全系统仿真模型计算量激增，动态仿真耗时严重，难以满足在线应用要求，需对外部系统进行必要的等值简化。本项目针对外部系统动态等值问题，结合现场实际需求，提出基于广域测量和回归分析的动态等值方法。基于回归分析定量评价联络线功率与研究系统内部电气量的耦合性，选择合理的模型输入信号，研究模型辨识方法，建立联络线功率动态等值模型；分析运行方式变化规律，评估等值模型对运行方式变化的适应性，通过灵敏度分析揭示影响等值模型适应性的主要因素，探索等值模型参数修正方法；并针对现场相量测量装置数据输出率较低的现状，研究等值模型与动态仿真的步长匹配方法，阐明数据输出率对等值模型精度的影响。本项目的成功实施有助于深化基于广域测量的动态等值理论，充分发挥广域测量系统的作用，提高等值模型的工程实用性，指导电力系统安全稳定运行，具有显著的经济和社会效益。

随着电网互联规模的扩大，各互联子系统分别管理控制本地电网，详细模拟全网所有元件动态将导致仿真计算耗时严重，因此对外部电网进行适当简化等值以提高电网仿真计算的效率是非常必要的。本项目基于广域量测数据和自回归分析方法，对外部系统动态等值问题开展研究。首先，对基于带外部输入项的自回归模型进行建模，分析了边界联络线功率量与研究系统内部电气量之间的耦合关系，提出了基于延迟相关性指标的等值模型输入项选择方法，降低了等值模型规模，并提高了等值模型的数值稳定性。然后，分析了描述系统运行方式变化的主要特征量，分析了系统负荷水平变化与网络结构改变对等值模型精度的影响，并定量分析了负荷水平变化对等值模型适应性的灵敏度，通过等值模型在运行方式变化时的精度指标指导等值模型的参数修正。最后，在仿真环境下分析了仿真步长对等值模型有效性的影响，准确的等值模型需要较小的仿真步长，并对实测数据时间间隔较大而仿真要求步长较小的问题提出了等值模型的步长变换方法。.此外，本项目还对量测数据的有效性问题开展了研究，提出了基于量测数据一致性指标的数据有效性评估方法；分析比较了机电暂态仿真不同频率计算模型的频域和时域特性差异，优化等值模型的输入信号选择；提出了基于频率偏移等比例切负荷的连续低频减载控制方法，并对低频减载策略的有效性进行分析。.本项目的研究成果深化了基于广域测量的电力系统动态等值理论，充分利用了电力系统的大量广域量测数据，实现了电网数值仿真效率的提高，对于快速预测电网在扰动下的后续响应、提高电力系统安全稳定运行水平，具有重要的指导意义。