基于响应的电网运行态势量化评估与自适应控制

The growing number of regional grid interconnections and renewable energy sources brings increasing uncertainties to power system operations and challenges the traditional realtime stability analysis applications. Meanwhile, the rapid development of wide-area measurement system (WAMS) and smart grid techniques produces new opportunities for power system on-line quantitative assessment and adaptive control.According to the above situation,this project,combing with the nonlinear dynamics and graph theories，will study (static and transient) stability uniform mechanism and associated link,as well as the corresponding operating condition quantitative assessment and adaptive control of power system in operations. The key points of this project lie in the following aspects:firstly, recognize the fundamental factors and critical relations among different power system stability problems, establish unified power system stability assessment thought, and avoid the stability type discriminant problem in power system real-time monitoring;secondly, referencing the latest achievements in nonlinear dynamics and graph theory,explore its relationship with the mapping of the power system operating characteristics,and further abstract and propose operating condition quantitative assessment index, criterion and stability domain for power system based on response information;finally, combineing with adaptive control theory and trajectory sensitivity method, research a adaptive control algorithm,which can track power system operating conditions in real time.The project meets the requirement of on-line power system monitor and control, which is suitable for smart grid developing tendency with great theoretical significance.

大区电网互联和新能源并网发电规模的扩大，电网运行中的不确定性增强，电网安全实时监控与预警面临严峻挑战，而广域测量技术的成熟和智能电网的发展，为电网运行态势量化分析与自适应控制研究提供了新的契机。本项目以此为线索，结合非线性动力学和图论等理论，在实时运行环境下研究电网（静态、暂态）稳定统一的机理及关联纽带，以及相对应的电网运行态势量化评估理论及自适应控制算法。关键点：明确电网不同稳定问题间的实质作用因素和共同牵制关联纽带，建立统一的电网稳定评估思想，以避免电网监控中的稳定类型判别问题；借鉴非线性动力学和图论最新的理论成果，探索它们与电网运行特性的映射关系，进一步抽象并提出基于响应的电网运行态势量化评估指标、判据及直观稳定域；结合自适应控制原理及轨迹灵敏度方法，研究实时跟踪电网运行工况的自适应控制算法。本项目的开展满足电网在线监控要求，适应智能电网发展趋势，具有明显的紧迫性和理论技术储备意义。

近年来，国内外发生了多起大面积停电事故，暴露了现有电网在线安全防御系统在运行机制、时效性等方面存在的诸多问题。智能电网重要的功能之一，就是有效利用计算机和信息化技术提高大电网实时监测和智能防控能力。. 本项目从能量流视角出发研究电网统一的稳定机理，将电网静态稳定问题统一归结为电网的输电能力问题，电网的暂态稳定问题统一归结为电网的能量转化与守恒问题。在静态领域，提出了基于单PMU段面的节点等效输电参数混合辨识方法，提高了辨识结果的可靠性。以此为基础，实现了电网静态稳定裕度指标、稳定域实时构建、无功补偿及切负荷量快速预估。在弹性映射基础上将电网等效成一条虚拟的“源网荷”弹性支路，提出了一种广义弹性系数快速量化评估电网静态稳定性。在暂态领域，利用受扰相对严重机组对包络思想，提出一种基于机组对的电网暂态稳定性评估方法，结合轨迹预测可实现暂态稳定态势快速预估。对支路势能和电压距离的映射关系进行了分析验证，提出了基于支路势能映射电压距离的暂态稳定性评估方法。研究了节点电压相量偏移与受扰严重程度关系，结合相关聚类方法，提出了扰动源定位及影响域识别方法。基于两机系统中相对动能的概念计算剩余加速面积，提出了一种基于相对动能概念的紧急控制方案。针对大电网广域时空序列及在线安全防控实际需求，融入大数据关键技术及思维理念，系统性构建了基于大数据技术的大电网稳定态势量化评估与自适应防控体系。在可视化方面，研究并开发了有关力导向图、SVG和Echaerts等WEB可视化展示技术，结合电网拓扑结构对电网连续潮流及暂态轨迹信息进行动态过渡过程展示，提升了基于时空序列的电网运行态势评估理论研究效率。. 在该基金项目支持下，联合指导博士研究生3名，硕士研究生5名。发表论文6篇，其中中国电机工程学报3篇，电网技术3篇。申请国家发明专利4项，2014授权1项。获中国电力科学研究院科学技术进步奖一等奖1项，三等奖1项。研究成果用于实际电网工程项目7项，按技术占比所产生直接销售额882.7万元。在该思想体系下开展国家电网基础前瞻性科技项目“基于大数据技术的大电网稳定态势量化评估与自适应防控关键技术研究”，合同额690万元。. 通过本项目的开展，完善了响应式大电网安全防控理论体系，提高了大电网广域时空序列的挖掘深度和广度，提升大电网智能化预警和主动防御能力，确保大电网安全稳定运行。