【摘要】：隨著“源-網(wǎng)-荷”側(cè)接入設(shè)備類型和數(shù)量越來越多,當(dāng)前電力系統(tǒng)在物理模型及數(shù)學(xué)模型層面均變得極其復(fù)雜,準(zhǔn)確建立全系統(tǒng)模型并獲取可靠模型參數(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),導(dǎo)致傳統(tǒng)基于系統(tǒng)模型(Model-Based)方法的穩(wěn)定分析與控制結(jié)果變得極為不可靠,難以匹配實(shí)際電力系統(tǒng)狀態(tài),直接影響了系統(tǒng)安全穩(wěn)定。鑒于當(dāng)前基于同步相量量測(cè)裝置(Phasor Measurement Unit,PMU)的廣域量測(cè)體系(Wide-Area Measurement System,WAMS)的完善,獲取實(shí)際系統(tǒng)正常運(yùn)行/擾動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)時(shí)運(yùn)行/響應(yīng)信息成為現(xiàn)實(shí)。充分挖掘PMU/WAMS實(shí)測(cè)信息,將不同形態(tài)穩(wěn)定機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合,可有效降低/避免系統(tǒng)模型及參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的影響,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)模型松弛(Model-Relaxation)/無模型(Model-Free)的“實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)匹配”的穩(wěn)定分析與控制�；赑MU/WAMS實(shí)測(cè)信息,本文研究模型松弛的電力系統(tǒng)多形態(tài)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)預(yù)警及控制,從故障及運(yùn)行兩層面快速感知系統(tǒng)安全穩(wěn)定狀態(tài),全面提高系統(tǒng)抵御擾動(dòng)、保持多形態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。針對(duì)大擾動(dòng)故障,研究故障后荷-源穩(wěn)定性實(shí)時(shí)預(yù)警與控制,以實(shí)現(xiàn)大擾動(dòng)下系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)和暫態(tài)(功角)失穩(wěn)狀態(tài)的快速預(yù)測(cè),并提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定及功角穩(wěn)定的主動(dòng)控制能力;針對(duì)無故障運(yùn)行狀態(tài),研究交直流混聯(lián)電網(wǎng)格局下電壓安全運(yùn)行實(shí)時(shí)預(yù)警與控制,以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)電壓安全運(yùn)行水平的在線監(jiān)控,提高電壓安全運(yùn)行協(xié)調(diào)控制能力,確保系統(tǒng)電壓安全運(yùn)行。本文主要研究工作和創(chuàng)新成果如下:(1)針對(duì)實(shí)時(shí)暫態(tài)電壓穩(wěn)定預(yù)測(cè),僅依賴于在線潮流信息及綜合負(fù)荷模型(Composite Load Model,CLM),提出了暫態(tài)電壓穩(wěn)定機(jī)理與在線學(xué)習(xí)最小二乘支持向量機(jī)(Least Square Support Vector Machine,LSSVM))相結(jié)合的模型松弛預(yù)測(cè)方法。關(guān)聯(lián)了暫態(tài)電壓穩(wěn)定性與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定性的關(guān)系,提出了暫態(tài)電壓失穩(wěn)判據(jù);針對(duì)CLM中電動(dòng)機(jī)滑差在線構(gòu)建了預(yù)想事故-穩(wěn)定平衡點(diǎn)-不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的查找表;實(shí)際故障后,采用前向歐拉法計(jì)算電動(dòng)機(jī)滑差時(shí)序,通過在線學(xué)習(xí)LSSVM對(duì)滑差軌跡進(jìn)行滾動(dòng)預(yù)測(cè),結(jié)合查找表和失穩(wěn)判據(jù),可超前預(yù)判暫態(tài)電壓失穩(wěn)狀態(tài)。(2)針對(duì)實(shí)時(shí)暫態(tài)電壓穩(wěn)定控制問題,提出了基于模糊控制理論的無模型自適應(yīng)低壓減載(Under Voltage Load Shedding,UVLS)控制策略,同時(shí)兼顧暫態(tài)電壓失穩(wěn)和故障誘導(dǎo)電壓延遲恢復(fù)(Fault Induced Delayed Voltage Recovery,FIDVR)控制。設(shè)計(jì)了多輸入-多輸出的分散式響應(yīng)模糊UVLS控制器,通過提取暫態(tài)電壓軌跡關(guān)鍵二維特征信息——電壓幅值偏差和電壓恢復(fù)時(shí)間偏差作為UVLS控制器的反饋量,能夠完全在線自適應(yīng)確定UVLS三要素——減載位置、減載時(shí)刻和減載量,并形成閉環(huán)切負(fù)荷控制策略,可以較小的切負(fù)荷代價(jià),促使故障后電壓在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到安全閾值之上,具有較強(qiáng)的適用性和魯棒性,顯著提高了暫態(tài)電壓穩(wěn)定控制能力。(3)針對(duì)實(shí)時(shí)暫態(tài)功角穩(wěn)定預(yù)警及控制問題,提出了無模型的暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)與緊急切機(jī)控制方法。利用實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息,由擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則(Extended Equal Area Criterion,EEAC)推導(dǎo)了基于等效的單機(jī)無窮大(One Machine Infinite Bus,OMIB)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速(OMIB-ω)軌跡幾何特征的失穩(wěn)判據(jù),能夠有效甄別單擺、多擺失穩(wěn)模式;基于集成的在線學(xué)習(xí)超限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreme Learning Machine,ELM)提出了快速、自適應(yīng)預(yù)測(cè)窗口的軌跡預(yù)測(cè)方法,能夠兼顧軌跡預(yù)測(cè)精度及預(yù)測(cè)超前性;通過對(duì)OMIB-ω軌跡進(jìn)行滾動(dòng)預(yù)測(cè),并結(jié)合OMIB-ω軌跡幾何特征失穩(wěn)判據(jù),可有效超前判別失穩(wěn)狀態(tài)。應(yīng)對(duì)暫態(tài)失穩(wěn)狀態(tài),根據(jù)等效OMIB系統(tǒng)臨界狀態(tài)暫態(tài)能量特點(diǎn),提出了暫態(tài)穩(wěn)定切機(jī)量解析計(jì)算方法,以較小的切機(jī)代價(jià)促進(jìn)系統(tǒng)恢復(fù)暫態(tài)穩(wěn)定狀態(tài),并降低了對(duì)OMIB系統(tǒng)功率-轉(zhuǎn)子角函數(shù)關(guān)系準(zhǔn)確估計(jì)的要求;探究了廣域時(shí)延與切機(jī)量間的關(guān)系特性,給出了較長(zhǎng)時(shí)延下切機(jī)量修正計(jì)算方法。最后結(jié)合暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法,形成了穩(wěn)定預(yù)測(cè)與切機(jī)控制的閉環(huán)體系。(4)針對(duì)電壓安全運(yùn)行預(yù)警與控制問題,提出了基于廣域量測(cè)的交直流系統(tǒng)在線電壓安全評(píng)估指標(biāo)并構(gòu)建了交直流系統(tǒng)源-網(wǎng)協(xié)調(diào)電壓控制(Coordinated Voltage Control,CVC)策略,確保系統(tǒng)電壓安全運(yùn)行,系統(tǒng)潮流解具有可靠安全裕度。首先建立了直流系統(tǒng)換流器等值模型,等值參數(shù)可通過實(shí)時(shí)量測(cè)計(jì)算,在此基礎(chǔ)上將交直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等效的交流系統(tǒng),進(jìn)而將傳統(tǒng)交流系統(tǒng)電壓安全評(píng)估L指標(biāo)擴(kuò)展到交直流系統(tǒng)中,提出了交直流系統(tǒng)擴(kuò)展L指標(biāo)。針對(duì)系統(tǒng)L指標(biāo)或電壓幅值不滿足安全要求的情況,提出了基于靈敏度的交直流系統(tǒng)源-網(wǎng)協(xié)調(diào)CVC優(yōu)化模型,有效計(jì)及了直流系統(tǒng)換流器參與電壓控制;將原始非線性電壓控制復(fù)雜問題,轉(zhuǎn)化為多步線性約束二次規(guī)劃問題,能夠快速在線求解;最終設(shè)計(jì)了L指標(biāo)校正,電壓幅值校正和綜合校正的三種電壓安全控制策略,形成了廣域閉環(huán)控制體系,全面確保系統(tǒng)電壓安全運(yùn)行。
【圖文】：

滑差逡逑圖２－２電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩－滑差曲線逡逑圖２－２中給出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)過程中典型的滑差－轉(zhuǎn)矩特性曲線。其中，逡逑７＾￣和７＾／＾分別表示故障前和故障后穩(wěn)態(tài)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩，表示故障期間逡逑電磁轉(zhuǎn)矩，：以表示機(jī)械轉(zhuǎn)矩，和Ｊｐｍ分別表示故障前和故障后的穩(wěn)定平逡逑衡點(diǎn)，辦ｒｅ和５ｐｍ分別表示故障前和故障后的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，４＾，和逡逑５／ｗ分別對(duì)應(yīng)的滑差表示為＾和＾Ｚａ，心和心分別表示對(duì)應(yīng)不同逡逑故障切除時(shí)間Ｍｋ和Ｇ下的電磁轉(zhuǎn)矩－滑差軌跡。逡逑１９逡逑

山東大學(xué)博士學(xué)位論文ｓｊ邋ｎ邋－ｓｊ邋（＾）逡逑Ｈ邋—邐（２，邐Ｓｕｅｐ邋Ｓｓｅｐ邐，逡逑，ａｃ表示ＣＬＭ母線的節(jié)點(diǎn)集合；＾ｐ和分別表示故障后第７＇個(gè)ＣＬ動(dòng)機(jī)滑差ＳＥＰ和ＵＥＰ；邋Ｐ邐表示預(yù)測(cè)窗口內(nèi)的滑差。逡逑上式中，，如果存在則預(yù)測(cè)窗口內(nèi)暫態(tài)電壓失穩(wěn)；如果所有ＣＬ足／＾＞０，則表示當(dāng)前預(yù)測(cè)窗口內(nèi)暫態(tài)電壓穩(wěn)定，需要繼續(xù)滾動(dòng)監(jiān)視測(cè)窗口。通過指標(biāo)７＾可以定義系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點(diǎn)。對(duì)于暫態(tài)定情況，具有最小的／二的０＾］＼／［母線節(jié)點(diǎn)定義為最薄弱電壓節(jié)點(diǎn)，暫態(tài)過程中滑差波動(dòng)最大的節(jié)點(diǎn)；對(duì)于暫態(tài)電壓失穩(wěn)情況，暫態(tài)過程滿足Ｓ邋０的母線節(jié)點(diǎn)定義為最薄弱電壓節(jié)點(diǎn)。逡逑邐ｉ邐ｉ周虔控豐心：逡逑邐
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM712

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本文編號(hào)：2686383