大負(fù)荷中心電網(wǎng)中長期電壓穩(wěn)定分析與協(xié)調(diào)控制研究

由于長期電壓穩(wěn)定性問題的混雜動態(tài)特性和系統(tǒng)行為的不確定性，預(yù)測模型的精確度和計算速度成為制約在線電壓協(xié)調(diào)控制效果和可行性的重要因素。發(fā)展適合在線應(yīng)用的長期電壓協(xié)調(diào)控制方法，對于防止因電壓崩潰而導(dǎo)致的大停電事故具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。以此為線索，本項目開展了大負(fù)荷中心電網(wǎng)中長期電壓穩(wěn)定的分析與控制方法方面的研究。取得的主要研究成果包括： 1. 把握中長期電壓穩(wěn)定時間尺度下系統(tǒng)慢動態(tài)行為的核心特征，提出了一種用于混雜系統(tǒng)慢動態(tài)軌跡預(yù)測的分段校正模型，結(jié)合廣域測量信息和時標(biāo)分解方法避免優(yōu)化過程中使用連續(xù)動態(tài)方程。提出了一種基于事件時序的長期電壓動態(tài)分析方法，由連續(xù)動態(tài)和離散事件推動來追蹤系統(tǒng)的演化狀態(tài)，可行的運(yùn)行狀態(tài)的收斂點(diǎn)由時序潮流獲得，時序潮流由負(fù)荷增長來驅(qū)動。綜合考慮負(fù)荷的靜態(tài)和動態(tài)特性，提出了一種基于改進(jìn)戴維南等值系統(tǒng)的在線電壓穩(wěn)定分析方法。 2. 考慮電力系統(tǒng)不確定性特點(diǎn)和在線計算時間的要求，基于滾動時域優(yōu)化的思想，對在線電壓協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行了研究與探索。提出了一種電壓控制決策集的滾動篩選方法，基于電壓動態(tài)響應(yīng)特性構(gòu)建聚類特征指標(biāo)，采用模糊聚類方法滾動篩選決策集。提出了一種計及穩(wěn)定裕度約束的電壓協(xié)調(diào)控制方法，在防止電壓崩潰的同時維持運(yùn)行要求的穩(wěn)定裕度。提出了一種基于自適應(yīng)控制時域參數(shù)的電壓協(xié)調(diào)控制策略，控制時域參數(shù)能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及演化趨勢自適應(yīng)調(diào)整。這些方法可有效改進(jìn)優(yōu)化效果，減少在線計算時間。 3. 提出了可控負(fù)荷的建模方法與控制構(gòu)架。在單臺空調(diào)負(fù)荷模型的基礎(chǔ)上，利用蒙特卡洛模擬方法，依據(jù)各種參數(shù)的分布特性，建立了空調(diào)負(fù)荷聚合模型。根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的空間差異性，建立了多區(qū)域空調(diào)負(fù)荷聚合模型。為提高負(fù)荷控制的精度并減少對用戶用電的負(fù)面影響，設(shè)計了一種云計算平臺構(gòu)架，將負(fù)荷分布式遞階控制結(jié)構(gòu)以扁平化計算模式實現(xiàn)，云計算平臺直接響應(yīng)由負(fù)荷、負(fù)荷聚合層和調(diào)度中心提出的服務(wù)請求。 2100433B

中長期電壓動態(tài)過程呈現(xiàn)出典型的混雜系統(tǒng)特性，即連續(xù)動態(tài)和離散事件相互影響、相互作用的特性。本項目擬通過分析中長期電壓穩(wěn)定的動態(tài)過程和混雜行為，提取描述系統(tǒng)的連續(xù)狀態(tài)變量和離散動態(tài)特征，基于混雜系統(tǒng)理論進(jìn)行中長期電壓穩(wěn)定建模，反映電力系統(tǒng)離散事件與連續(xù)動態(tài)交織作用的演化過程，揭示電壓失穩(wěn)機(jī)理。基于非線性模型預(yù)測控制(NMPC)方法進(jìn)行電壓協(xié)調(diào)控制的研究，避免因線性化近似帶來的誤差和控制穩(wěn)定性問題，基于軌跡靈敏度量化分析不可控負(fù)荷模型參數(shù)變化對協(xié)調(diào)控制決策效果的影響。通過電壓穩(wěn)定評估以及靈敏度分析縮減備選控制集，減少在線優(yōu)化問題的復(fù)雜度和計算規(guī)模，為在線控制目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。基于不中斷控制負(fù)荷辨識-聚合和可用性量化分析，構(gòu)建分層控制結(jié)構(gòu)，將不中斷負(fù)荷控制納入電壓協(xié)調(diào)控制的框架內(nèi)，采用滾動優(yōu)化方法跟蹤獲取負(fù)荷可用性并生成在線協(xié)調(diào)控制決策。本項目為電力系統(tǒng)電壓安全評估與控制提供理論基礎(chǔ)，應(yīng)用前景廣闊。

在電壓穩(wěn)定最新理論成果的基礎(chǔ)上，研究利用區(qū)域信息，能全面反映重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性的新型分析理論，提出計及電力系統(tǒng)動態(tài)和各類非線性元件影響新型安全指標(biāo)及計算方法，為研究綜合利用各類信息的新型無功電壓控制理論打下基礎(chǔ)。新型指標(biāo)可以克服傳統(tǒng)電壓安全指標(biāo)不能準(zhǔn)確反映電壓穩(wěn)定性的缺陷，從根本上避免惡性電壓崩潰事故的發(fā)生。

智能電網(wǎng)作為合理利用分布式能源的一種新興的智能組網(wǎng)模式得到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。本課題采用群體智能優(yōu)化策略及零和微分對策理論研究智能電網(wǎng)在隨機(jī)不確定及信息耦合環(huán)境下電壓無功優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制問題。①采用混合控制策略及基于模糊評價的強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論，建立系統(tǒng)底層各節(jié)點(diǎn)微觀智能體模型，根據(jù)環(huán)境及負(fù)荷的變化，建立可動態(tài)重構(gòu)的宏觀系統(tǒng)架構(gòu)。②建立考慮系統(tǒng)不確定及耦合因素影響的包括系統(tǒng)網(wǎng)損、無功控制設(shè)備投切限制等多種優(yōu)化指標(biāo)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。③引入混沌序列機(jī)制，采用具有群體智能策略的優(yōu)化方法求解受連續(xù)-離散時間的微分-代數(shù)方程約束的典型非線性的混合動態(tài)優(yōu)化問題；④對分布式發(fā)電的連續(xù)調(diào)壓裝置、SVC等無功調(diào)壓設(shè)備等進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)電壓偏差、系統(tǒng)網(wǎng)損、無功設(shè)備投切次數(shù)及電壓合格率等指標(biāo)的綜合優(yōu)化。本研究成果對于我國智能電網(wǎng)自動化理論的發(fā)展具有重要的理論價值和應(yīng)用前景。