大规模新能源并网系统概率1稳定的自适应控制策略研究

With the continuous growing penetration of the renewable energy resources, the power system of China is more complex in network and is more hard to be controlled which is rarely in the worldwide. The traditional stability analysis based on deterministic system could not meet the stability requirement of the power system anymore. The impropriate stability analysis and control cause more and more serious problems and even worse lead to collapse. Therefore, the stochastic fluctuations are fully considered in this project and the probability model of renewable energy resources connected system is proposed based on the stochastic differential equation. The model is transferred from deterministic model to probability model, and then to stochastic probability model. On the basis of this model, the optimum controller locations and feedback signals are chosen in the stochastic circumstance. To solve the probability of losing stability, the stability with probability 1 is defined and deduced. Finally, the adaptive control with probability 1 stability is constructed to eliminate the probability of losing stability. The stochastic drifting behavior of the power system operating point in the parameter space is changed into inevitable behavior of being covered by stable domain in the stability space through the adaptive control with probability 1 stability which is not only able to damp the stochastic fluctuations, but also robust in a wide range of changing operating conditions.

随着新能源并网规模的持续扩大，我国电力系统在电网结构上的复杂性和运行控制的难度之大在世界范围内是罕见的。传统的基于确定型稳定分析控制已不能适应新能源电网安全的要求，由此引发的稳定问题日益突出，在某些情况下甚至是造成系统崩溃的助力。本项目充分考虑新能源的强随机、大幅度波动特性，建立基于随机微分方程的新能源并网系统概率模型，实现从确定型→概率型→随机概率型的突破；在随机意义下，建立控制器落点和反馈信号的优选机制；针对随机概率稳定分析必将面对的概率失稳问题，提出概率1稳定的数学定义，构建概率1稳定的自适应控制策略，有效消除概率失稳的情况。将系统在运行空间中的随机漂移行为，通过概率1稳定自适应控制，变为稳定空间中被稳定域全面覆盖的必然行为。该控制策略不仅能够平抑新能源电源带来的随机波动性，也能够适应大规模新能源并网系统更为复杂多变的运行工况。

受风速，太阳能等自然因素影响，新能源电源具有较大的随机波动性，这种随机波动性使得电力系统运行点发生随机漂移现象，运行工况变化范围更大，变化情况更为错综复杂。基于传统确定型系统的稳定分析与控制，已经不能适应电网安全的要求。因此，本项目充分考虑新能源电源的随机波动特性，从模型建立，稳定性分析，在线安全评估以及控制策略入手，主要内容和成果有：.(1) 针对存在多个区间振荡模式的互联系统，分别考察风电接入地点，控制模式以及风电渗透率三个变化因素对多区域互联系统阻尼特性的影响。.(2) 提出利用决策树和广域信息对接入可再生能源电源的多模式互联系统进行在线安全稳定评估的方法。首先，建立多量测量的超平面模型，并确定最优超平面的位置，利用各运行工况到超平面的距离离线建立决策树，通过修剪得到最优决策树，建立分类规则。将广域信号输入到最优决策树中，在线辨识系统当前所处的阻尼水平类别，从而进行在线安全稳定评估。该提方法能够快速有效的辨识系统当前所处的阻尼水平，为运行人员提供在线的安全稳定信息。.(3) 提出基于时变卡尔曼滤波的自适应阻尼控制策略。通过对风电输出随机功率进行量化的方式将系统运行空间划分为若干运行子空间，利用在线量测量和时变卡尔曼滤波器对系统的随机漂移行为进行辨识，自适应投切相应的协调PSS。该控制策略能够有效跟踪系统的随机漂移行为，在风电出力发生大范围变化的情况下，依旧能够有效抑制多区域互联系统中的多种振荡模式。.(4) 提出基于随机微分方程的小干扰概率稳定性和暂态概率稳定性的计算方法。在DFIG并网电力系统随机微分方程模型基础上，分析讨论了与传统概率稳定性分析方法在处理风电随机波动方面的区别和联系。其次，利用EM法求取伊藤微分方程的数值解，计算DFIG并网随机系统的小干扰概率稳定性和暂态概率稳定性，并与传统概率分析法的结果进行细致系统的比较和讨论。