大负荷中心电网中长期电压稳定分析与协调控制研究

由于长期电压稳定性问题的混杂动态特性和系统行为的不确定性，预测模型的精确度和计算速度成为制约在线电压协调控制效果和可行性的重要因素。发展适合在线应用的长期电压协调控制方法，对于防止因电压崩溃而导致的大停电事故具有重要的理论意义和工程应用价值。以此为线索，本项目开展了大负荷中心电网中长期电压稳定的分析与控制方法方面的研究。取得的主要研究成果包括： 1. 把握中长期电压稳定时间尺度下系统慢动态行为的核心特征，提出了一种用于混杂系统慢动态轨迹预测的分段校正模型，结合广域测量信息和时标分解方法避免优化过程中使用连续动态方程。提出了一种基于事件时序的长期电压动态分析方法，由连续动态和离散事件推动来追踪系统的演化状态，可行的运行状态的收敛点由时序潮流获得，时序潮流由负荷增长来驱动。综合考虑负荷的静态和动态特性，提出了一种基于改进戴维南等值系统的在线电压稳定分析方法。 2. 考虑电力系统不确定性特点和在线计算时间的要求，基于滚动时域优化的思想，对在线电压协调控制策略进行了研究与探索。提出了一种电压控制决策集的滚动筛选方法，基于电压动态响应特性构建聚类特征指标，采用模糊聚类方法滚动筛选决策集。提出了一种计及稳定裕度约束的电压协调控制方法，在防止电压崩溃的同时维持运行要求的稳定裕度。提出了一种基于自适应控制时域参数的电压协调控制策略，控制时域参数能够根据系统运行状态及演化趋势自适应调整。这些方法可有效改进优化效果，减少在线计算时间。 3. 提出了可控负荷的建模方法与控制构架。在单台空调负荷模型的基础上，利用蒙特卡洛模拟方法，依据各种参数的分布特性，建立了空调负荷聚合模型。根据关键参数的空间差异性，建立了多区域空调负荷聚合模型。为提高负荷控制的精度并减少对用户用电的负面影响，设计了一种云计算平台构架，将负荷分布式递阶控制结构以扁平化计算模式实现，云计算平台直接响应由负荷、负荷聚合层和调度中心提出的服务请求。 2100433B

中长期电压动态过程呈现出典型的混杂系统特性，即连续动态和离散事件相互影响、相互作用的特性。本项目拟通过分析中长期电压稳定的动态过程和混杂行为，提取描述系统的连续状态变量和离散动态特征，基于混杂系统理论进行中长期电压稳定建模，反映电力系统离散事件与连续动态交织作用的演化过程，揭示电压失稳机理。基于非线性模型预测控制(NMPC)方法进行电压协调控制的研究，避免因线性化近似带来的误差和控制稳定性问题，基于轨迹灵敏度量化分析不可控负荷模型参数变化对协调控制决策效果的影响。通过电压稳定评估以及灵敏度分析缩减备选控制集，减少在线优化问题的复杂度和计算规模，为在线控制目标奠定基础。基于不中断控制负荷辨识-聚合和可用性量化分析，构建分层控制结构，将不中断负荷控制纳入电压协调控制的框架内，采用滚动优化方法跟踪获取负荷可用性并生成在线协调控制决策。本项目为电力系统电压安全评估与控制提供理论基础，应用前景广阔。

在电压稳定最新理论成果的基础上，研究利用区域信息，能全面反映重负荷节点电压稳定性的新型分析理论，提出计及电力系统动态和各类非线性元件影响新型安全指标及计算方法，为研究综合利用各类信息的新型无功电压控制理论打下基础。新型指标可以克服传统电压安全指标不能准确反映电压稳定性的缺陷，从根本上避免恶性电压崩溃事故的发生。

智能电网作为合理利用分布式能源的一种新兴的智能组网模式得到了国内外研究者的广泛关注。本课题采用群体智能优化策略及零和微分对策理论研究智能电网在随机不确定及信息耦合环境下电压无功优化与协调控制问题。①采用混合控制策略及基于模糊评价的强化学习理论，建立系统底层各节点微观智能体模型，根据环境及负荷的变化，建立可动态重构的宏观系统架构。②建立考虑系统不确定及耦合因素影响的包括系统网损、无功控制设备投切限制等多种优化指标的系统数学模型。③引入混沌序列机制，采用具有群体智能策略的优化方法求解受连续-离散时间的微分-代数方程约束的典型非线性的混合动态优化问题；④对分布式发电的连续调压装置、SVC等无功调压设备等进行综合协调控制，从而实现智能电网的各节点电压偏差、系统网损、无功设备投切次数及电压合格率等指标的综合优化。本研究成果对于我国智能电网自动化理论的发展具有重要的理论价值和应用前景。