摘要
摘要：电力系统是时变的随机系统，系统中的参数由于测量、估计或计算误差而具有随机性，同时各种干扰、新能源发电和新型负荷进一步增强了不确定性。如果用确定性方法分析所有工况下系统的暂态稳定性是不实际的，得到的结果无法为电力系统规划提供准确信息。因此，概率方法被引入电力系统暂态稳定性分析之中。本文系统研究了概率暂态稳定性分析在电力系统规划中的应用。 关键词：暂态稳定性；概率分析；电网规划；保护控制 1 小信号稳定性问题概述 电力系统是复杂的非线性随机系统，系统时刻处于不断的扰动之中（小扰动或者大扰动），根据美国电气与电子工程师协会对稳定性的划分[1]，电力系统稳定性可以分为：（1）功角稳定性；（2）电压稳定性；（3）频率稳定性。其中功角稳定性又可以分为：小信号稳定性；暂态稳定性。电力系统暂态稳定性是电力系统规划、运行和控制中重要考虑的部分。 电力系统暂态稳定性是指系统在受到严重的干扰的情况下维持同步的能力。一般非周期严重的干扰包括故障、突然切机切负荷以及输电线路的开合。扰动后暂态过程可能有两种不同的结果：（1）发电机间转子相对角度随时间的变化呈摇摆状态且振荡幅值逐渐衰减，各机组间相对转速最终衰减为零，使系统回到稳定前的稳定运行点，或者过渡到一个新的稳态运行点，此时称电力系统是暂态稳定的；（2）如果某些发电机转子之间的相对角度随时间不断增大并且使发电机失去同步，称电力系统是暂态不稳定的。 2 确定性暂态稳定分析 电力系统暂态稳定性分析一般都是在设定的扰动场景下进行的，例如选定的电网结构、负荷状况和事故，这种方法是确定性暂态稳定分析。确定性暂态稳定分析往往选用一个或多个非常严重的事故来对系统进行设计和测试，确保系统在该场景下是暂态稳定的。确定性方法在工业界得到了广泛的应用[2]，但是由于方法只考虑了最严重的事故，因此结果过于保守且经济性不高，从系统的规划角度看有重复建设的现象，从系统运行角度来看系统设备的利用率不高。确定性方法的缺点因而变得显而易见，主要表现在以下两方面：（1）确定性方法假定的故障发生的频率较低；（2）无法将暂态分析量化。 3 电力系统暂态稳定性分析 电力系统是时变的随机系统，系统中的参数由于测量、估计或计算的误差具有随机性，同时为了实现“碳达峰、碳中和目标”，构建以新能源为主体的新型电力系统，大规模新能源发电、新型负荷接入电力系统，系统电力电子也日趋加强，进一步加剧了电力系统的随机性。如果用确定性分析方法分析所有工况下电力系统的暂态稳定性是不实际的，仅选取最严重的工况更是无法提供有关稳定全面准确的信息[3]。 为了在电力系统规划中充分考虑随机性，使得到的结果具有普适性和经济性，概率方法被引入电力系统暂态分析之中。文献[4]中开创性提出电力系统概率暂态稳定性分析方法，文中考虑了与事故相关的四方面，故障类型、故障位置、故障清除和系统参数和运行状态，并对单机无穷大系统进行了概率暂态稳定分析。电力系统概率暂态分析优势主要体现在以下方面： （1）电力系统规划中基本问题是在合理的安全水平及投资情况下规划一个可以满足用户用电需求的系统。可能造成失稳的事故有很多，而且每个事故出现的概率都不尽相同，所以在进行稳定分析的时候应该考虑事故的概率。确定性方法无法实现在电力系统规划阶段考虑所有工况下电力系统时暂态稳定的，因此往往选择几个最严重的事故，这样导致的就是系统投资浪费。因而事故的概率应该被考虑在系统规划阶段，进而对系统有更准确的评估[5]。 （2）电力系统运行中的主要问题是处理最大化利用现有资源的问题，使电力系统在合理的安全水平下尽可能经济的为用户服务。制定短期运行计划的原则就是在选定事故情况下系统可以在维持稳定性条件下尽可能的保持经济性运行[6]。此类分析往往采用确定性方法，然而事故辨识问题从根本上讲是随机的，因此在电力系统运行方面，电力系统概率暂态分析方法可以辨识最严重的事故情况。 （3）暂态稳定性在电力系统控制方面主要有两个要求：辨识与电力系统暂态稳定性相关的薄弱区域；投入本地或者集中控制从而提高系统的稳定性。系统运行人员在电力系统控制中起到至关重要的作用，如果有可以反映系统稳定裕度和系统薄弱区域的暂态稳定性指标，这将会对运行人员调整系统提高系统稳定性十分有利。相比于确定性方法，概率方法可以更准确评价电力系统暂态稳定性，在控制器设计及校验时，可以计及系统运行条件和干扰的随机性，将使控制器有更好的鲁棒性。 4 总结 相较于传统确定性暂态分析方法，概率暂态稳定性分析方法可以充分考虑电力系统随机性，如电网结构变化、负荷状况变化和不同事故类型，可以为电力系统规划提供更为准确的信息支撑，并且提高各类控制器的鲁棒性，具有广阔的应用前景。 参考文献： P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu. “Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability terms and definitions,” IEEE Trans. on Power Systems, 2004. C. Cui. “Study on probabilistic analysis and control of power system transient stability,” Ph.D Thesis. P. Ju, D. Ma. “Probabilistic analysis of power system stability,” Automation of Electric Power Systems, 1990. R. Billinton, P. R. S. Kuruganty. “A Probabilistic Index for Transient Stability,” IEEE PES Winter Meeting, 1978. S. O. Faried, R. Billinton, S. Aboreshaid. “Probabilistic Evaluation of Transient Stability of a Wind Farm,” IEEE Trans. on Energy Conversion, 2009. T. Guo; J. V. Milanovic. “Probabilistic Framework for Assessing the Accuracy of Data Mining Tool for Online Prediction of Transient Stability,” IEEE Trans. on Power Systems, 2014.
出版日期
2021年11月18日（中国Betway体育网页登陆平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
