基于机组出力调整的小干扰稳定辅助决策计算

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1、基于机组出力调整的小干扰稳定辅助决策计算鲍颜红1,2，徐伟2，徐泰山2，郑伟2，方勇杰2（1．华北电力大学电气与电子工程学院，北京市；2．国网电力科学研究院，南京市）摘要：低频振荡是互联电网存在的稳定性问题之一。小干扰稳定辅助决策根据状态估计结果和元件模型参数在线计算将弱阻尼模式阻尼提高至指定安全值的机组出力调整措施。为避免额外的计算时间，将参与因子作为机组出力调整的性能指标。根据模态相角将机组分为两群，通过功率摄动法确定两群机组的出力调整方向。根据频率和机组的分群信息确定控制后的模式阻尼。结合机组在不同模式中的

2、参与因子和出力调整方向确定协调控制时的出力调整方向，采用灵敏度法分别计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施。采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，确定控制措施的有效性，给出协调控制多个弱阻尼模式的机组出力调整措施。通过对西北电网的仿真，验证了所建议的小干扰稳定辅助决策计算方法。关键词：小干扰稳定；特征值；参与因子；模态；辅助决策中图分类号：TM7120引言低频振荡是互联电网存在的稳定性问题之一。抑制低频振荡的主要措施包括装设电力系统稳定器（PSS）、柔性交流输电装置（FACTS）和高压直流输电装置（

3、HVDC）的附加控制器[1]。在电力系统发生大扰动后，电网结构和运行方式会发生较大变化，即使配置了PSS（或者FACTS及HVDC的附加控制装置）仍有可能发生低频振荡。此时，调度人员只能通过离线制定的控制措施来抑制低频振荡，无法保证控制措施的有效性。小干扰稳定辅助决策根据状态估计结果和元件模型参数在线计算将弱阻尼模式阻尼提高至指定安全值的控制措施，一旦发生低频振荡，依据小干扰稳定辅助决策措施进行控制，可以满足准确性和实时性的要求。对低频振荡事故的事后分析表明，传输断面功率对区域振荡的阻尼影响较大[2,3]。文献[

4、4]指出在电网功率传输断面部分线路故障跳开后，采取紧急降低关键发电机出力是抑制系统振荡的有效措施。因此，小干扰稳定辅助决策的措施空间应包括机组的有功出力。另外，若参与因子大的机组PSS由于某种原因停运，将其投运也是有效的控制措施。小干扰稳定辅助决策计算的关键是确定参与控制的机组及机组出力调整量。文献[5]通过计算模式阻尼对机组出力的灵敏度确定机组出力调整方向，根据灵敏度的大小确定机组的调整顺序，按照一定的功率步长确定阻尼临界安全值对应的机组出力方式。将该方法推广到小干扰稳定辅助决策存在的问题包括：(1)机组出力对

5、模式阻尼的灵敏度需要额外的计算时间，可能难以满足在线计算的要求；(2)系统当中可能存在多个弱阻尼模式，提高一个模式阻尼的控制措施可能会恶化另一模式的阻尼；(3)没有给出将控制前模式与控制后小干扰稳定分析的模式集进行匹配的策略。为此，本文将参与因子作为机组出力调整的性能指标；根据模态相角将机组分为两群，通过功率摄动法确定两群机组的出力调整方向；根据频率和机组的分群信息确定控制后的模式阻尼。结合机组在不同模式中的参与因子和出力调整方向确定协调控制时的出力调整方向，采用灵敏度法分别计算提高单个模式阻尼的机组出力调整措施

6、。采用给定范围的特征值计算对合并后的控制措施进行校核，确定控制措施的有效性，给出协调控制多个弱阻尼模式的机组出力调整措施。1背景技术及难点分析1.1特征值计算技术隐式重启动Arnoldi算法(IRAM)可使用基于稀疏技术的代数方程求解而应用到非常大型的系统[6]。通过IRAM算法可以提供给定阻尼比和频率范围和给定点附近的两种特征值计算方式。无论采用哪种计算方式，计算结果当中都会包含多个模式。因此，需要设计特征值匹配算法确定机组出力调整后与感兴趣的模式相对应的模式。另外，虽然IRAM算法可以充分利用矩阵的稀疏性，但

7、特征值计算所用时间及内存与状态矩阵的维数密切相关，随着互联电网的规模不断增大，IRAM算法的计算速度仍有可能无法满足在线应用的要求。1.2灵敏度计算技术根据模式阻尼对机组有功的灵敏度可以确定机组的出力调整性能和调整方向。状态矩阵中每个元素都可以表示为节点电压和注入电流的函数，因此计算模式阻尼对机组有功的灵敏度需要先求出节点电压和注入电流对运行参数（机组有功）的偏导数，再求取状态矩阵元素对节点电压和注入电流的偏导数，从而得到状态矩阵元素对运行参数的偏导数，最后计算出特征值对参数的灵敏度[7]。另外一种求取灵敏度的方

8、法是摄动法，该方法不需要求取上述的大量导数，仅针对每一个运行参数求取摄动后的特征值。无论采用哪一种方法都需要额外的计算时间。对于单个模式，需要计算模式阻尼对多个机组有功的灵敏度，若存在多个弱阻尼模式则计算量更大，因此，通过灵敏度来计算小干扰稳定辅助决策并不适用于在线应用。1.3并行计算技术随着集群技术的发展，用高性能计算技术解决大规模电力系统的计算问题，被认为是实现大规模