高可再生能源渗透率电网广域在线失步解列控制策略研究

Out-of-step splitting control is an important measure to ensure the safe and stable operation of power system. However, large-scale renewable energy source access leads to the huge increase in the possibility of out-of-step oscillation and the diversification of instability modes, which brings serious challenges to the existing out-of-step splitting control technologies. On the other hand, due to the problem of splitting section search strategy selection, the prior art is limited by the increase of network nodes, which can not be implemented online. Therefore, it is necessary to seek new strategy to break through. In this project, the coupling effect mechanism of renewable energy sources on out-of-step system is analyzed at first, the new principle for detecting out-of-step oscillation and locating out-of-step center is proposed. Secondly, studying from the perspective of system frequency characteristics, a multi-modal multi-objective splitting section online search strategy is explored. Then, a wide-area online out-of-step splitting control system is constructed, which enriches the physical connotation of out-of-step splitting control. Finally, the proposed out-of-step splitting control technologies are verified by numerical simulations. This project is hopeful to explore a new theory and method of out-of-step splitting control for high renewable rnergy permeability grid, which can further improve the ability to ensure the safe and stable operation of the power system.

失步解列控制是保障电力系统安全稳定运行的一项重要手段。然而，大规模可再生能源电源接入以后系统发生失步振荡的可能性大幅提升且失稳模式多变，给现有失步解列控制技术带来严峻挑战。另一方面，由于解列断面搜索策略选择问题，现有技术受限于网络节点的增加，难以实现在线应用。因此，有必要寻求新理论予以突破。本项目拟首先分析可再生能源电源接入对失步系统的耦合影响机理，提出失步振荡识别和失步中心定位新原理；然后从系统频率特征入手研究多模态多目标解列断面在线搜索策略；进而构建广域在线失步解列控制系统，丰富失步解列控制的内涵；最后通过数值仿真予以验证。本项目有望探索出一套适用于高可再生能源渗透率电网的失步解列控制新理论、新方法，能够进一步提高保障电力系统安全稳定运行的能力。

失步振荡是一种破坏性极强的电力系统振荡现象，极易导致全网大停电，社会经济影响恶劣。作为系统安全稳定运行最后一道防线的重要内容，失步解列控制不可或缺。然而，电网规模扩大、新能源大规模接入使得电网稳定特性更加复杂，传统失步解列控制面临严峻挑战。在此背景下，本项目针对新能源电网失步特征分析识别和电气量快速提取、解列断面广域在线搜索、失步综合防控系统构建等方面开展深入研究，形成了较为完整的失步解列控制理论方法体系。具体如下：.（1） 推导了失步过程系统母线电压频率、系统电流频率的变化规律，提出新能源电网失步振荡识别新方案；构造了相量虚部估计器，发明失步过程序分量、衰减直流快速计算方法等，实现了失步过程有效信息的快速提取。为解列断面搜索、故障解闭锁方法的提出奠定了重要基础。.（2） 梳理了失步解列控制技术的发展历程，建立了“打靶式”失步解列断面搜索新技术路线。与传统技术路线相比，搜索范围由全网变为初始解列断面邻域，且省去了耗时严重的发电机同调分群环节，大幅提高了搜索效率。提出单振荡模式、多振荡模式失步解列断面广域在线搜索方法，将不平衡功率控制在极低水平，保证了解列后孤岛的稳定运行。.（3） 构建了基于多Agent的电力系统广域在线失步综合防控系统。该系统具有分层分布式结构，不同控制层内不同功能的Agent之间相互合作，共同完成在线失步解列控制。揭示了失步再故障后子系统间物理解耦的本质，推导了故障前后双端电流频率差突变机制、单端母线电压电流频率差突变机制，藉此提出基于双端电流频率差、单端电压电流频率差的故障识别与距离保护解闭锁方案，解决了失步过程180度再故障识别难题。.本项目研究成果形成一套以失步振荡电气量频率变化规律为依据的振荡识别-断面搜索-全局管控的失步解列控制体系。这对于提高电网安全防御最后一道防线的性能和电力系统安全稳定运行水平具有重要的理论意义和实用价值。