东北电力大学科研团队：快速准确判别新能源电力系统暂态电压稳定状态的新方法

研究背景

“双高”电力系统中，新能源并网变流器存在多时间尺度响应特性及受扰情况下的控制投切行为，暂态电压演变特性迥异于传统交流系统，使得现有暂态电压稳定评估方法在噪声干扰和控制切换影响下易发生电压稳定状态误判。因此，急需构建适用于新能源电力系统的暂态电压稳定评估方法，快速、准确判别系统暂态电压稳定状态。

论文所解决的问题及意义

本文通过构建系统受扰前后的电压轨线变分方程，将电压稳定问题转化为积分终值矩阵特征值演变问题，有效减少噪声干扰及观测时间窗口对评估结果的影响；进一步，通过构建表征系统非光滑扭曲程度的切换补偿矩阵并修正积分结果，提升了新能源电力系统暂态电压稳定评估的速度和准确度，可为调度人员制定有效的暂态电压稳定控制策略提供参考依据，保障新能源电力系统安全稳定运行。

论文方法及创新点

本文提出一种基于SCMLE的新能源电力系统暂态电压稳定评估方法。首先，构建系统受扰前后的电压轨线变分方程，充分计及控制环节动态特性对电压稳定性的影响；然后，建立衡量控制切换下系统非光滑扭曲程度的切换补偿矩阵，如图1所示，弥补了现有评估指标在系统控制切换时刻的计算误差；最后，借助SCMLE进行暂态电压稳定状态判别和稳定运行参数域分析，有效提升了控制切换下新能源电力系统的暂态电压稳定评估速度和准确度。

图1 切换补偿算法模型

在暂态电压稳定状态判别方面，开展了暂态电压稳定与失稳场景的仿真分析，暂态电压稳定场景的评估结果如图2所示，暂态电压失稳场景的评估结果如图3所示。

图2 暂态电压稳定场景的评估结果

图3 暂态电压失稳场景的评估结果

由图2可知，在电压稳定场景下，所提SCMLE相较于QRMLE、PCMLE分别缩短了24.18%和20.68%的电压稳定判别时间，且不易出现符号特征临界振荡现象。进一步，由图3可知，在电压失稳场景下，所提SCMLE可准确判别暂态电压稳定状态，而传统PCMLE所需判别时间较长、QRMLE响应速度较慢、TMLE存在符号特征振荡问题。可见，所提SCMLE在暂态电压稳定/失稳场景下均可快速、准确判别暂态电压稳定状态。

在控制参数对暂态电压稳定性的影响方面，可给出电压稳定运行参数域，如图4所示。可知，增大k_p3,4或减小k_i3,4均易导致暂态电压失稳，此时所提SCMLE指标迅速越过零平面，在论文实验场景下确保暂态电压稳定的控制参数范围为k_p3,4=[0.1, 0.4]，k_i3,4=[10, 20]。

图4  控制参数对暂态电压稳定性的影响

结论

本文提出一种计及切换补偿的新能源电力系统暂态电压稳定评估方法，将电压稳定问题转化为积分终值矩阵的特征值变化问题，具有较严格的理论依据；同时，所提SCMLE相较QRMLE、PCMLE可有效缩短判别时间，且避免了TMLE符号特征振荡造成的电压稳定性误判问题，并能有效判别新能源变流器控制参数对暂态电压稳定性的影响，为电力系统稳控措施制定提供参考依据。

东北电力大学李国庆教授科研团队依托电力系统安全运行与节能技术国家地方联合工程实验室，主要开展电力系统安全性与稳定性、电力系统优化调度、柔性直流输电技术、可再生能源集成、输变电设备运行状态监测与故障诊断、电能质量、综合能源系统等领域的教学与科研工作。

团队拥有核心成员25人，其中国家级人才称号获得者4人，教授10人、副教授5人；博士研究生导师9人，硕士研究生导师21人。近年来，团队承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目和吉林省“双十工程”重大科技攻关项目等国家、省部级科研项目60余项；承担国家电网公司、南方电网公司、发电集团等科技项目150余项。发表论文500余篇，其中SCI/EI期刊论文380余篇，ESI高被引论文19篇，出版专著2部；获授权国家发明专利107项，软件著作27项。