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电力系统在线安全稳定计算分析技术综述与展望
韩英铎，陆超，宋文超，吴沛萱，方浩男，刘维承
（清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084）
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.241827
现有调度自动化系统中在线安全稳定计算分析模块在应对复杂和随机的电力系统动态特性时具有局限性，导致调度员对电网运行状态缺乏及时准确的掌握和研判，亟需研究实时性和准确性更高的在线安全稳定计算分析系统。随着相量测量单元(phasor measurement unit，PMU)和广域量测系统(wide area measurement system，WAMS)的大力发展，PMU数据为调度自动化系统的发展和创新提供了新的契机。目前，基于PMU数据的在线安全稳定计算分析的工程实践尚处于起步阶段，而以PMU数据为基础的在线安全稳定计算新方法、新系统将会成为进一步提高电网运行分析和稳定决策准确性与实时性的重要手段。
论文重点针对在线安全稳定计算分析中涉及的三部分基础功能开展综述分析，从提高实时性和准确性角度介绍实时状态感知、动态模型参数辨识以及在线稳定评估的现有研究路径及关键问题。进一步地，在当前基于RTU稳态、非同步量测数据建立起来的成熟的调度控制体系上，分析了利用全PMU数据实现在线安全稳定分析的可能性，提出了基于全PMU的电网动态安全在线态势分析和决策新框架，并展望了适应新型电力系统的新计算分析体系的未来发展方向。
1）在线安全稳定计算分析技术综述。
电力系统在线安全稳定分析的关键技术在图1中给出，包括实时状态感知、动态参数辨识、在线稳定计算与评估。其中，状态感知为在线稳定评估提供潮流初值和网络拓扑结构，动态参数辨识为在线稳定评估提供模型参数。
图1 电力系统在线安全稳定分析的关键技术
在实时状态感知方面，介绍了与状态感知强相关的三部分的研究现状，分别为状态估计、网络拓扑分析及参数辨识、在线潮流计算。在动态参数辨识方面，介绍了目前在电网中常见动态元件的辨识思路和辨识方法，这些动态元件包括传统发电机、动态负荷和新能源机组。在在线稳定评估方面，针对电压稳定、功角稳定、频率稳定、振荡稳定等四类常见稳定问题,从模型驱动和数据驱动两种技术路线介绍了基本思路和方法。
2）基于PMU的安稳在线计算分析新框架。
如图2所示，在当前基于RTU稳态、非同步量测数据建立起来的成熟的调度控制体系上，本文提出基于全PMU的电网动态安全在线态势分析和决策新框架。
图2 基于PMU的安稳在线计算分析框架
首先，提出基于PMU的电力系统在线实时潮流计算技术，为在线安稳分析提供准确潮流初值以及网络拓扑/参数；其次，提出基于类噪声信号的关键元件动态参数在线辨识技术，实现对源侧、荷侧等值动态参数的全时、差异化辨识，为在线安稳分析提供准确动态模型；在此基础上，提出数据驱动的暂态稳定评估与安全裕度分析技术，建立更加全面、更具针对性的暂态失稳在线判据，并给出量化的安全稳定裕度估计；同时，以超实时仿真技术为基础，执行准稳态安全计算和基于机理的在线安全稳定分析，结合数据驱动的暂态稳定评估与安全裕度分析技术共同支撑系统在线预决策和校正控制。
3）面向实际电网的新框架的工程应用。
在某省级电网现有主、配网大量PMU量测布点的基础上，完成了新型复杂电网实时感知与在线稳定评估系统的综合示范工程，验证了上述关键技术的实际可行性，实现了国际上第一个覆盖了220kV和500kV电压等级的全PMU安全稳定在线计算分析系统，系统界面如图3所示。
图3 实际电网全PMU安全稳定在线分析计算系统主界面
本文通过对在线安全稳定计算的关键技术分析和综述，提出基于全PMU的电网动态安全在线态势分析和决策的总体框架和未来研究方向，支撑开展实时安全稳定分析、运行调度和辅助决策，提升系统即时感知评估能力和实时决策能力，所得结论如下：
1）目前基于RTU稳态、非同步量测数据建立起来的在线安全稳定计算分析体系的准确性和实时性存在不足。在准确性方面，在线潮流数据和动态模型参数存在偏差；在实时性方面，从数据采集、分析到评估所需要的时间尺度在分钟级，难以满足新型电力系统在线运行的实时性要求。
2）通过对相关问题的研究攻关，预期实现将“动态潮流+拓扑参数+负荷参数”+“超实时计算”应用于在线安全稳定分析系统。同时，加以电力系统在线实时决策控制技术，完成“新一代电力系统综合防御关键技术”的示范应用，真正实现暂态稳定的在线评估和实时决策。
引文信息
韩英铎，陆超，宋文超，等．电力系统在线安全稳定计算分析技术综述与展望[J]．中国电机工程学报，2024，44(17)：6733-6760．
HAN Yingduo，LU Chao，SONG Wenchao，et al．Review and prospects of online calculation and analysis techniques for power system security and stability[J]．Proceedings of the CSEE，2024，44(17)：6733-6760(in Chinese)．
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责编：邱丽萍
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