基于广域信息的电力系统无模型自适应电压协调控制研究

With the interconnection of regional grids and the increasing long-distance transmission energy, long-term voltage stability have become increasingly prominent in modern power system. To solve this problem, voltage coordination control based on partitioned power network is proved to be effective. However, online system modelling is time-consuming with large model error for nonlinear and time-varying power systems, the performance of model-based voltage coordination control methods is unreliable in practical system. In this project, by analyzing voltage and angle PMU measurement data, an unsupervised classification method is applied for online power system partition under different system operating conditions. Based on the online partition results, model-free adaptive algorithm which can realize the controller design without system modelling process is discussed further for voltage adaptive coordination control, and system stability with this model-free adaptive algorithm is proved. The online system partition and voltage control methods proposed in this projects is able to tackle the online application problems of the model-based voltage control methods, and can realize real-time reactive power distribution. It provides a new idea and way to improve system stability.

随着区域电网互联以及长距离重负荷输电格局的形成，中长期电压稳定问题已成为现阶段影响我国电力系统安全稳定运行的关键因素。分区电压控制被广泛认为是解决中长期电压稳定问题的有效方案，然而电力系统日益突出的高维非线性以及时变特点，大大增加了系统在线建模的成本和模型误差，现有基于系统模型的分区电压控制难以保证在线应用效果。针对上述问题，本项目拟采用广域量测信息，通过分析PMU量测电压和相角数据特点，利用无监督学习聚类算法设计适应于系统稳态和动态过程的系统在线分区和主导节点选择方法，以避免由模型误差造成的不合理系统分区对电压协调控制的影响；在此基础上，研究无模型自适应控制算法在电压协调控制中的应用，以实现无需系统在线建模过程的电压协调控制器设计。上述分区和控制方法，能够破解基于模型的分区电压控制所面临的诸多难题，实现对系统多个无功源出力实时同步的合理分配，为提高电力系统的安全稳定运行提供了新的思路。

随着区域电网的互联以及负荷中心负荷水平的不断增长，电力系统中长期电压稳定问题日益突出。基于系统分区的二级电压控制为提高系统的电压稳定提供了有效解决方案。考虑中长期电压稳定性问题的混杂动态特性和系统的时变特性，传统基于离线系统模型设计的二级电压控制系统无法满足在线控制的要求。而互联系统的高维非线性特点、负荷等时变不确定性因素，使得系统在线建模工作难以实现，因此传统基于模型的二级电压控制器在实际电力系统中控制效果难以保证。此外，区域电网互联使得区域的无功耦合增强，基于分区的二级电压控制需要在控制器设计中考虑各区域控制器的在线协调。针对上述问题，本项目采用广域量测系统的实时同步信息，研究了适应于系统稳态和动态过程的系统在线分区和主导节点选择方法，以避免由模型误 差造成的不合理系统分区对电压协调控制的影响；提出了基于无模型自适应控制的二级电压在线协调控制器设计方法，提出了一种计及区域无功耦合和系统噪声影响的电力系统无模型自适应二级电压协调控制策略，通过改进原有的无模型自适应控制算法，实现了无模型自适应控制算法在二级电压控制中的应用。进一步，证明了上述改进算法的稳定性，给出了稳定约束条件，在此基础上讨论了无模型自适应控制改进算法的参数设置方法，并进一步提出了无模型自适应二级电压协调控制系统的整体设计流程。最后，在新英格兰系统仿真验证了本项目所提出的二级电压控制器在系统多种运行方式变化的自适应协调能力。本项目提出的电压协调控制方案能够充分地挖掘现有电压控制体系以及电力系统本身的电压控制潜力，对提高系统的安全稳定运行具有重要意义。