郭海霞

摘 要：隨著電壓等級(jí)的升高和單線傳輸容量的增加，元件故障對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響更大。當(dāng)預(yù)測(cè)到電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定將被破壞時(shí)，必須采取及時(shí)有效的控制措施來(lái)抑制系統(tǒng)失穩(wěn)，其中切除控制可以改變切除節(jié)點(diǎn)的慣性和動(dòng)能，是電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定控制的主要措施之一。在此基礎(chǔ)上，討論了考慮主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)變化的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定停機(jī)控制策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)變化;電力系統(tǒng);暫態(tài)穩(wěn)定切機(jī);控制策略

引言

電力系統(tǒng)的發(fā)展使其穩(wěn)定控制問(wèn)題日趨重要，其中暫態(tài)穩(wěn)定控制又是穩(wěn)定控制研究的重中之重，所以備受電力學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的關(guān)注。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制和水/汽門開(kāi)度控制是比較經(jīng)典的兩類暫態(tài)控制方法，所設(shè)計(jì)的控制器包括非線性勵(lì)磁控制器、自適應(yīng)勵(lì)磁控制器、非線性自適應(yīng)控制器、分散協(xié)調(diào)控制器。

1失穩(wěn)功角軌跡預(yù)測(cè)

目前對(duì)其機(jī)群同調(diào)性的辨識(shí)主要基于發(fā)電機(jī)組受擾軌跡的相似性進(jìn)行同調(diào)分群，以發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)功角信息為基礎(chǔ)，分析同調(diào)發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡一致性的特征，辨識(shí)系統(tǒng)機(jī)群同調(diào)性;故障后系統(tǒng)機(jī)組功角搖擺曲線進(jìn)行小波分解，計(jì)算各個(gè)小波系數(shù)的模糊熵，實(shí)現(xiàn)了同調(diào)機(jī)組分群;基于短時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)機(jī)端電壓相量軌跡辨識(shí)同調(diào)機(jī)群，并利用滑動(dòng)擬合時(shí)窗實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組同調(diào)性的實(shí)時(shí)校核?？傮w來(lái)說(shuō)，機(jī)組同調(diào)性的識(shí)別主要依據(jù)發(fā)電機(jī)功角軌跡曲線，因此本文將臨界機(jī)群的識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為失穩(wěn)功角軌跡的短時(shí)預(yù)測(cè)。功角軌跡短時(shí)預(yù)測(cè)是通過(guò)對(duì)故障清除后至緊急控制前的一段時(shí)間內(nèi)的功角軌跡，預(yù)測(cè)緊急控制動(dòng)作前的功角值。在實(shí)時(shí)緊急控制過(guò)程中，對(duì)預(yù)測(cè)失穩(wěn)的樣本進(jìn)行功角軌跡預(yù)測(cè)，有助于提前發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)機(jī)組，直觀劃分臨界機(jī)群，滿足電網(wǎng)緊急控制的時(shí)效性。功角軌跡具有一定的時(shí)間關(guān)聯(lián)性，因此輸入樣本應(yīng)包括連續(xù)時(shí)間斷面內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。從失穩(wěn)樣本中提取故障清除后k個(gè)步長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)功角數(shù)據(jù)作為輸入，針對(duì)每臺(tái)發(fā)電機(jī)建立改進(jìn)AlexNet子模型，訓(xùn)練基于改進(jìn)AlexNet的功角預(yù)測(cè)模型。在線應(yīng)用時(shí)，則從WAMS系統(tǒng)中獲得發(fā)電機(jī)的功角數(shù)據(jù)，先預(yù)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若系統(tǒng)失穩(wěn)，則預(yù)測(cè)短時(shí)受擾功角軌跡，為劃分臨界機(jī)群和后續(xù)切機(jī)控制提供依據(jù)。

2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定切機(jī)控制策略

2.1考慮單個(gè)預(yù)想故障

首先考慮故障引起的失穩(wěn)問(wèn)題，當(dāng)故障出現(xiàn)在母線28位點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)三相接地短路故障問(wèn)題，開(kāi)始于2s，持續(xù)時(shí)間0.1s，暫態(tài)穩(wěn)定方程計(jì)算訓(xùn)并校核，得到測(cè)試數(shù)據(jù)集和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。練集中共存在穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)5905個(gè)，失穩(wěn)運(yùn)行點(diǎn)也是5905個(gè)，在測(cè)試集當(dāng)中，失穩(wěn)運(yùn)行點(diǎn)一共有656個(gè)。模型訓(xùn)練進(jìn)入收斂狀態(tài)之后，依靠生成的模型對(duì)測(cè)試集與訓(xùn)練集的失穩(wěn)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，全網(wǎng)負(fù)荷因子為0.95，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到原系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)當(dāng)中時(shí)，一旦出現(xiàn)故障，7號(hào)發(fā)電機(jī)和9號(hào)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)加速失穩(wěn)問(wèn)題，在預(yù)防控制后，系統(tǒng)可以在故障發(fā)生后繼續(xù)平穩(wěn)的運(yùn)行。測(cè)試的結(jié)果顯示，基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的預(yù)防控制模型可以借助訓(xùn)練集學(xué)習(xí)發(fā)電機(jī)出力分布的規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)防和控制失穩(wěn)問(wèn)題的目標(biāo)。

2.2儲(chǔ)能系統(tǒng)選址

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是與故障相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)中不同位置的嚴(yán)重故障對(duì)應(yīng)的臨界割集可能相同也可能不同。從經(jīng)濟(jì)實(shí)際出發(fā)不可能在全網(wǎng)每一臨界割集處配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，因此提出如下選址準(zhǔn)則：首先對(duì)預(yù)想事故集進(jìn)行離線動(dòng)態(tài)安全評(píng)估與分析，通過(guò)綜合指標(biāo)Ciγ找出對(duì)應(yīng)的臨界割集，最后統(tǒng)計(jì)不同臨界割集Ci對(duì)應(yīng)嚴(yán)重事故數(shù)的比重。通過(guò)大量仿真可以發(fā)現(xiàn)總存在一個(gè)臨界割集Cimax對(duì)應(yīng)的事故數(shù)遠(yuǎn)超其余割集，此割集為網(wǎng)絡(luò)輸送斷面最為薄弱的環(huán)節(jié)。在此割集Cimax配置儲(chǔ)能系統(tǒng)可充分發(fā)揮其暫穩(wěn)調(diào)節(jié)能力。對(duì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在其他臨界割集處發(fā)生失穩(wěn)解列的少數(shù)事故，通過(guò)以常規(guī)切機(jī)切負(fù)荷手段進(jìn)行暫穩(wěn)控制。一個(gè)臨界割集有多條支路，每條支路對(duì)應(yīng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。從現(xiàn)有技術(shù)手段來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)屬于可以靈活調(diào)節(jié)有功無(wú)功的電源。從吸收暫態(tài)能量角度來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)配置于距臨界機(jī)群電氣距離最近的臨界割集支路送端節(jié)點(diǎn)處調(diào)節(jié)效果最佳。當(dāng)故障支路同屬于臨界割集支路集合l∈Cimax時(shí)，無(wú)法通過(guò)該故障支路送端的儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)，需在Cimax其余支路送端配置儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)節(jié)。綜上，在臨界割集Cimax每條支路的送端（距臨界機(jī)組電氣距離最近的一端）母線處均配置儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2.3分析λa給預(yù)防控制帶來(lái)的影響

可以把用來(lái)代表發(fā)電機(jī)有功出力調(diào)整量的正則項(xiàng)式引入生成器的訓(xùn)練損失函數(shù)當(dāng)中，以此來(lái)順利的實(shí)現(xiàn)預(yù)防目標(biāo)，控制發(fā)電機(jī)的調(diào)整開(kāi)支。λa的大小反映了控制成本的整體情況，為了理清λa數(shù)值與預(yù)防結(jié)果控制之間的關(guān)系，可按照0.3，0.5，0.7，0.9對(duì)λa進(jìn)行取值，計(jì)算模型在測(cè)試集與訓(xùn)練集中的調(diào)整效果。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)λa數(shù)值越小時(shí)，發(fā)電機(jī)的出力調(diào)整越劇烈，預(yù)防控制模型便會(huì)向著更小的控制成本偏移：在λa數(shù)值為0.1，0.3，0.5的情況下，有效調(diào)整率達(dá)到了100%，但在λa數(shù)值提升到0.7，0.9時(shí)，有效調(diào)整率大幅縮減，小于40%。在本文的預(yù)防控制模型當(dāng)中，λa為超參數(shù)，采取人為設(shè)定數(shù)值的方式能夠控制兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重，科學(xué)地調(diào)整λa大小，一方面可以保證預(yù)防控制的有效性，另一方面還可以減小成本。如果提高λa數(shù)值，將會(huì)明顯增加預(yù)防控制的風(fēng)險(xiǎn)，考慮到電力系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的安全性存在著非常高的要求，在暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)防控制當(dāng)中首先要保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在預(yù)防控制模型中引入正則項(xiàng)式，能夠有效的減少控制成本，最大限度地降低電網(wǎng)的損失風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量選擇比較小的λa數(shù)值。

2.4多機(jī)系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定在線判別

電力系統(tǒng)中斷時(shí)，仍有一個(gè)或多個(gè)最嚴(yán)重、干擾最小的發(fā)電機(jī)，故障后最嚴(yán)重、干擾最小的發(fā)電機(jī)被分組并定義為嚴(yán)重故障的發(fā)電機(jī)組，這些發(fā)電機(jī)組可直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的暫時(shí)電壓穩(wěn)定作出反應(yīng)對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)，為了降低計(jì)算成本和提高計(jì)算精度，首先需要利用WAMS獲取發(fā)電機(jī)相關(guān)特性的信息量，以及機(jī)床終端電壓時(shí)間序列與機(jī)床終端電壓幅度值之間的時(shí)間差電壓如果臨界組在相對(duì)機(jī)器終端電壓的臨時(shí)狀態(tài)下不穩(wěn)定，則系統(tǒng)不穩(wěn)定;如果臨界組相對(duì)于對(duì)面終端電壓穩(wěn)定，系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.5降維處理

由于測(cè)量數(shù)據(jù)通常包含噪音數(shù)據(jù)，并且通常存在與不同需求無(wú)關(guān)的屬性，因此不僅會(huì)浪費(fèi)存儲(chǔ)空間并降低學(xué)習(xí)效率，而且還會(huì)影響學(xué)習(xí)準(zhǔn)確性，因此您必須根據(jù)需要設(shè)置模型性能標(biāo)準(zhǔn)具體的實(shí)現(xiàn)模式如下：由于與過(guò)渡狀態(tài)密切相關(guān)的時(shí)間尺度主要是故障發(fā)生前的時(shí)間和故障消除時(shí)間，一些研究人員分別選擇這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。或原始數(shù)據(jù)首先分類，其原理是將數(shù)據(jù)實(shí)際分為發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)等。這一選擇也是有針對(duì)性的，認(rèn)為重點(diǎn)是選擇狀態(tài)發(fā)生重大變化的發(fā)電組的數(shù)據(jù)，這些發(fā)電組對(duì)臨時(shí)狀態(tài)的穩(wěn)定性影響更大。上述方法更主觀，而且縮小算法還允許直接和客觀地選擇一組條目，例如使用當(dāng)前的主要成分分析方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

臨時(shí)穩(wěn)定防范控制是一種運(yùn)行控制手段，在系統(tǒng)中斷隔離的情況下，可以通過(guò)調(diào)整黨的運(yùn)行狀態(tài)使系統(tǒng)保持固定的運(yùn)行點(diǎn)，從而確保系統(tǒng)在計(jì)劃的故障后正常運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，解決暫掛穩(wěn)定約束和有效解決是研究的優(yōu)先事項(xiàng)和挑戰(zhàn)

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