含风电随机激励的暂态稳定分析理论研究

To improve the security operation of power grids with wind energy, this project is oriented to impacts of randomness and intermittence induced by wind farms on power system dynamic behaviors, establishes the computational framework for power system transient stability analysis with wind stochastic excitation through stochastic differential equations(SDE) and fokker-planck equations (FPE), investigates the theory of nonlinear stochastic dynamics for power system, proposes the indexes for risk evaluation, improves the features and computational efficiency of quantitative analysis for power system stochastic stability. This project aims to find the balance of the interests between the fundamental theory and industrial applications, focuses on the key techniques as follows, including (1) stochastic dynamic equivalence modeling considering randomness and intermittence; (2) SDE-based time-domain simulation of transient stability with wind farms; (3) FPE-based probability density function(PDF) evolution of transient stability with wind farms; (4) practical techniques for stochastic transient stability analysis, such as reduction algorithms for sampling and the single-machine equivalent (SIME) algorithm .The results yield by this project will provide the theoretical basis and technical supports for stochastic power system transient stability analysis with wind farms.

为了提高风电并网的安全稳定运行，本项目着眼于风电大规模并网所引起的随机性和间歇性对电力系统动态行为的影响，通过随机微分方程和福克-普朗克方程为基础的数学模型，研究含风电随机激励的电力系统暂态稳定分析的计算框架，探索电力系统非线性随机动力学理论，提出风险分析指标，提高电力系统随机稳定性量化分析算法的功能和速度。本项目在选题和研究目标上的宗旨是"应用价值和理论价值兼顾"，重点研究以下关键技术：（1）考虑波动性和间歇性的风电场随机动态等效建模；（2）基于随机微分方程的含风电场暂态稳定时域仿真；（3）基于福克-普朗克方程的含风电场暂态稳定概率密度计算；（4）随机暂态稳定分析实用化技术：包括减少抽样次数算法和改进单机等效技术。项目研究成果将为风电并网的电力系统随机暂态稳定分析提供理论依据和技术支持。

针对风电大规模并网所引起的随机性和间歇性，本项目重点研究了随机激励对电力系统稳定性的影响。研究内容包括（1）考虑波动性和间歇性的风电场随机动态等效建模；（2）基于随机微分方程的含风电场暂态稳定时域仿真；（3）基于福克-普朗克方程的含风电场暂态稳定概率密度计算；（4）随机暂态稳定分析实用化技术（相关性处理与高效采样）。取得的研究结果包括：.（1）通过随机微分方程和福克-普朗克方程为基础的数学模型，研究随机激励下电力系统状态概率密度演化分析的计算框架，探索了随机激励对电力系统非线性稳定性的影响，提出风险分析指标，提高电力系统随机稳定性量化分析算法的功能和速度。通过仿真与理论分析得出“在原确定性系统稳定或者临近稳定的情况下，噪声更多是有助于提高系统状态停留在稳定域内概率”的结论。.（2）分析风场功率的时空分布特性，基于随机微分方程，构建风功率随机激励模型。在风功率随机激励模型基础上，建立随机暂态稳定的随机微分代数方程模型，分析现有的随机微分方程数值计算方法的计算量与数值稳定性以及与现有确定性微分方程数值方法的兼容性，提出相应的数值计算方法。.（3）基于风场功率时空分布特性，采用基于高维降维的高效配点法进行随机潮流计算，建立相应的平衡点处概率模型，分析系统静态平衡点漂移。进而，研究高效采样方法，进行随机暂态稳定的时域仿真，提高计算效率。.项目研究成果可以从多个方面为风电并网的电力系统分析提供理论依据和技术支持： 成果之一的“电力系统随机稳定概率演化计算方法”探索了利用Fokker-Planck方程直接计算系统稳定性概率的可行性，为电力系统动态安全分析提供了新的计算工具；成果之二的“考虑风场时空相关特性的不确定性模型”，不仅可以应用在动态安全分析（随机暂态稳定分析），也可推广应用于静态安全分析（潮流分析、电压稳定）、优化调度（优化潮流OPF，鲁棒机组组合）等方面。