响应驱动的电力系统统一暂态稳定分析与控制理论研究

Blackouts are rarely attributable to a single reason. During the fault, instability patterns evolve from one form to another and manifest themselves in a complicated manner with complex characteristics. The traditional stability analysis and control strategy based on study of one type of stability problem at a time using offline/online simulation against preselected contingencies could not cover all the complicated scenarios that faults may occur. Taking advantage of better observability offered by the wide-area synchronized phaser information, this project proposes a unified magnitude/phase dynamic model, and establishes the spatio-temporal relationship between the magnitude and phase variables considering the interaction among generators, network, and load during the transient process, revealing angular and voltage transient stability mechanism. This project develops the magnitude/phase energy function, based on which the relationship between stability and magnitude/phase energy is analyzed. The generalized equal area criterion is proposed with the development of a quantitative, response triggered stability assessment method and an adaptive robust coordinated control algorithm. By combining the unified transient stability theory and wide-area synchronized phaser information, the project carries out research in the following areas: modeling, mechanism analysis, stability evaluation, and control algorithm as well as development of a unified, response triggered power system transient stability analysis and control framework. Its results are of great importance to enhance understanding of large complex power grids, and guarantee their security and stability.

大停电事故几乎都不是单一原因造成的，事故过程中多类稳定问题交织并相互转化，发展变化过程极为复杂，传统上单独考虑不同稳定问题的理论思路及基于离线/在线仿真、预想故障匹配的稳定分析控制体系难以应对小概率复杂事件，保障复杂大电网的安全稳定运行。为此，项目充分利用广域同步信息的更强可观性，从建立电力系统统一幅相动力学模型入手，明确幅相变量的时空关联关系及暂态过程中的“源-网-荷”相互作用机制，揭示功角稳定与电压稳定统一暂态稳定机理；构造幅相能量函数，研究稳定问题与幅相能量间的关系，进而提出广义等面积法则，形成响应驱动的稳定量化评估方法；提出具备工况自适应性的鲁棒协同控制算法。项目将统一暂态稳定理论和广域响应数据有机结合，从建模方法、机理分析、稳定评估、控制算法等方面开展研究，形成响应驱动的电力系统统一暂态稳定分析与控制理论体系，成果对于提升复杂大电网认知水平，保障电网稳定具有重要的意义。

传统电力系统稳定控制体系是基于时域仿真、针对特定的预想故障集确定控制策略，对模型精度和运行方式的匹配性要求高，难以应对复杂多变的运行方式和不确定性的小概率连锁性扰动事故，策略失配风险高。随着我国电网运行工况不确定性及故障扰动形态复杂性的不断增强，系统级稳定控制难度更大，交直流混联电网的安全高效运行面临巨大挑战。.针对上述问题，项目从机理分析、稳定评估、协调控制、系统研制等方面开展研究，具体研究成果如下：在暂态稳定机理及关键影响因素研究方面，明确了暂态电压与功角稳定机理，提出了基于改进Relief算法的暂态稳定关键影响因素挖掘方法；在暂态稳定判别及量化评估方面，提出了基于最大李雅普诺夫指数动态特征的暂态稳定实时监测方法，结合密度聚类实现了受扰轨迹预测精度提升，构造了结构保持的能量函数公式，结合长短时记忆网络进行临界能量智能评估增强，实现了仅利用实时响应信息的电力系统暂态稳定判别与量化评估；在安全稳定实时协调控制方面，建立了基于戴维南等值参数实测计算的直流最大可调节容量实时评估方法，提出了基于凸多面体微分包含理论的鲁棒协调控制技术，实现了基于响应信息的暂态稳定鲁棒实时协调控制，保障了超大规模新能源接入后电网的安全稳定运行。.项目获授权发明专利8项，发表SCI/EI论文9篇，获项目相关科技奖励3项，新增人才称号12人次，培养博士研究生3名、硕士研究生2名。.依托项目成果研制的电压快速协调控制装置应用于哈密等新能源基地后，增加了风电送电量2.33亿千瓦时，应用于雁淮直流，提升山西新能源消纳电量2.15亿千瓦时；研发的安全稳定实时防控系统应用于新疆电网后提升天中和吉泉特高压直流输电能力共计250万千瓦，有力保障了超大规模新能源接入后新疆电网的安全稳定运行及疆电外送的顺利实施。.成果对于提升复杂大电网的认知水平，保障电网稳定运行，提高电网输电能力及新能源消纳能力具有重要的意义。