复杂电力网络同步稳定性的相移参数效应

The ohmic loss of transmission lines is negligible in the present study of the complex power grids, there will be some deviations to the real power grid with this assumption, then cause some damage to the national economy and national defense security. Here, this project will make use of mathematical models of power grid (the ohmic losses are presented by the phase shift parameter in the model ) to study how the synchronization stability of complex power grids change with phase shift parameter under the consideration of ohmic losses of transmission lines, then reveal the phase shift parameter effect in the synchronization stability of the complex power grids, besides the method of combination of numerical simulation and theoretical analysis is plan to apply in the study. The research contents included: 1) the effect of phase shift parameter on existence of states in the single system and the internal relation between system parameters and state is clarified; 2) in physical topology structure, we will analyze the power grid collapse process and the change of the transmission capacity, reveal the influence configuration of generator distribution on the stability of the network synchronization mechanism, put forward the method to improve the synchronization stability of the power grids; In the real power grids, study the relationship between the collective dynamics of the system and the individual parameters, clarify the significance and feasibility of the results to the real system. The research results will have important scientific significance for predicting and preventing power grid collapse and protecting power equipment.

目前电力网络的研究都假设电网中传输线路的欧姆损耗是可以忽略的，这种假设处理与实际电网会有一些偏差，对国民经济和国防安全造成一些损害。本项目拟在传输线路欧姆损耗不忽略的情况下，以复杂电力网络为研究对象，利用电网的数学模型（其中欧姆损耗在电网数学模型中用相移参数来表示），采用值模拟与理论计算相结合的方法,系统研究相移参数作用下复杂电力网络同步稳定性的变化，揭示复杂电网同步稳定性中相移参数的效应。研究内容包括：1）单机系统中相移参数对其态存在的影响，阐明系统参数与态之间的内在联系；2）电网物理拓扑结构下，分析电网崩溃过程和传输能力的变化，揭示电源排布规律对网络同步稳定性影响机理，提出提高系统同步稳定性的方法；3）在实际电力网络中，研究系统的集体动力学与个体参数之间的关系，阐明其结果对实际系统的意义及可行性。研究成果将对预测和预防电网崩溃、保护电力设备有重要的科学意义。

电力系统具有高度的非线性和复杂性，因此电力系统是一个非常复杂的动力系统，且随着科学技术的发展以及各种新能源的引入，关于电网的研究也变得更加重要和有趣。目前关于电网的研究，一种是从物理及非线性动力学的角度把发电机或负载粗粒化为二阶振子模型来讨论网络结构，外界扰动或系统自身参数对群体动力学的影响。目前关于电网的研究基本上是基于线路的欧姆损耗忽略不计,因此本项目基于考虑线路的能量损耗来研究电力网络的动力学演化特性。.主要研究内容：1）单机无穷大系统中，探究相移参数（代表能量损耗）及其他系统参数对系统稳定性的影响，进一步分析这些参数在系统稳定性中扮演的角色；2）双机和多机电力网络中，探究相移参数、网络结构和外界扰动对网络同步稳定性的影响机理。. 主要研究结果: 1）阐明了电力系统的动力学特性，即小阻尼高频振荡，大阻尼低频振荡。2）论证了系统动力学与阻尼系数之间的关系，详细给出了振荡频率与阻尼之间的数学关系，证明了小阻尼系统具有弱的的稳定性；3）证明了相移参数只影响小阻尼的单机无穷大系统的稳定性，阐明了小阻尼系统的非稳定性在相移参数的作用下会增强，但对大阻尼系统的稳定性无影响。4）揭示了相移参数只影响小阻尼系统的机理，即加剧小阻尼系统的高频振荡特性，使其从稳态跑到新的非稳态。5）展示了多机系统在相移参数的作用下会呈现更加丰富和复杂的动力学行为。.科学意义：结果表明小阻尼系统的非稳定性在相移系数的作用下会增强，表明了当考虑线路的欧姆损耗时，小阻尼系统线路的最大传输能力需增强，而大阻尼系统则不需要。这一结果是非常有意义的，也为电网的深入研究提供了有用的参考价值。.与本项目相关的研究结果部分相关结果已整理成篇在审稿中，暂时没有主要相关论文发表。