基于多狀態(tài)量特征的電網(wǎng)安全穩(wěn)定緊急控制策略制定方法

呂亞洲，李 威，劉福鎖，薛 峰，李兆偉

（南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇省 南京市 211106）

0 引言

緊急控制是保證電力系統(tǒng)受到嚴(yán)重故障擾動后安全穩(wěn)定運行的重要措施［1-2］。緊急控制策略由電網(wǎng)工況特征（又稱“方式字”）、防御故障和控制措施等要素構(gòu)成［3］。在實際工程中，緊急控制裝置實時檢測電網(wǎng)工況和故障，根據(jù)方式字匹配策略表執(zhí)行既定的控制措施，工況通常利用某一確定的電氣狀態(tài)量（單一方式字，如斷面功率）來刻畫。在策略制定時，工程上主要基于離線典型方式，按照保守原則，通過時域仿真計算得到分檔緊急控制策略［4-7］。隨著中國新能源滲透率不斷提高，電網(wǎng)運行方式呈現(xiàn)強(qiáng)不確定性和強(qiáng)非線性［8］，系統(tǒng)穩(wěn)定性受多狀態(tài)量的影響，極端工況下一些不敏感狀態(tài)量會演化為影響穩(wěn)定性的主要因素，基于單一狀態(tài)量特征作為方式字的緊急控制策略在運行中的失配風(fēng)險日益突出［9-11］。

在高比例新能源電網(wǎng)接入下緊急控制策略失配對策方面，文獻(xiàn)［12］從失配策略追加的角度提出采用廣域測量系統(tǒng)（wide area measurement system，WAMS）得出的實測功角軌跡對緊急控制效果進(jìn)行超前評估并對可能失配策略進(jìn)行追加；文獻(xiàn)［13］將能量函數(shù)法與軌跡預(yù)測相結(jié)合，在離線緊急控制策略失配時對控制量在線追加，但工程可靠性和適應(yīng)性有待檢驗；文獻(xiàn)［14-15］從風(fēng)險角度提出采用主動停電損失代替不確定性導(dǎo)致策略失配帶來的停電損失，但在當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)控機(jī)制下，對供電可靠性的要求極高，難以在工程中實施；文獻(xiàn)［16］針對高比例新能源接入后強(qiáng)非線性導(dǎo)致緊急控制策略難以制定甚至失配問題，以切機(jī)、切負(fù)荷量最少為目標(biāo)，將緊急控制策略制定描述為包含暫態(tài)方程約束的最優(yōu)控制問題求解；文獻(xiàn)［17］提出了一種策略搜索匹配狀態(tài)機(jī)模型來提高策略匹配效率。近年來，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估和控制成為研究熱點［18-20］，但數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的性能高度依賴數(shù)據(jù)規(guī)模和數(shù)量，同時也缺乏對結(jié)果的解釋性，距離工程應(yīng)用還有較大距離?，F(xiàn)有方法大多從離線策略追加或在線策略計算的角度提高緊急控制策略的適應(yīng)性，降低失配風(fēng)險，或者提高策略搜索的速度以適應(yīng)工況的時變性，但離線控制策略作為電網(wǎng)穩(wěn)定控制的保底手段，這些方法沒有從根本上解決單一方式字下的策略失配問題。在“離線決策、在線匹配”緊急控制模式仍為主導(dǎo)的工程背景下，進(jìn)一步挖掘?qū)е戮o急控制策略失配的關(guān)鍵主導(dǎo)因素，對離線緊急控制策略完善和控制裝置優(yōu)化布點具有重要意義。

高比例新能源大電網(wǎng)的狀態(tài)量呈現(xiàn)強(qiáng)不確定性和強(qiáng)非線性特征，各類因素組合爆炸使得傳統(tǒng)依靠人工經(jīng)驗進(jìn)行方式調(diào)整，進(jìn)而試探獲取策略失配主導(dǎo)特征并定義方式字的方法難以為繼。本文基于擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則（extended equal area criterion，EEAC）理論，分析了節(jié)點注入空間變化引起緊急控制策略失配的機(jī)理；利用量化分析技術(shù)挖掘篩選影響策略失配的主導(dǎo)因素；通過主導(dǎo)狀態(tài)量的聚合，確定緊急控制擴(kuò)展方式字，實現(xiàn)基于多狀態(tài)量特征的緊急控制策略制定，以期提高緊急控制策略的適應(yīng)性，避免策略失配。

1 緊急控制策略失配的理論分析

1.1 功率注入空間變化引起穩(wěn)定性變化及緊急控制的機(jī)理

某電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示，X 電網(wǎng)為送端電網(wǎng)，包含傳統(tǒng)火電、光伏、風(fēng)電等多種類型電源，通過斷面 S1 向 Y 電網(wǎng)送電PS1。 {P1，P2，…，Pk，…，Pk+n}為X、Y 電網(wǎng)中k+n個電源注入節(jié)點的功率注入空間。

圖1 某典型電力系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of a typical power system

斷面S1 發(fā)生LN雙回線N-2 故障，將導(dǎo)致X 電網(wǎng)n臺火電機(jī)組相對Y 電網(wǎng)機(jī)組功角暫態(tài)失穩(wěn)?；贓EAC［21-22］（見附錄A）將失穩(wěn)機(jī)組劃分為領(lǐng)前群S和余下群A，該失穩(wěn)模式下的等值單機(jī)映像運動方程如式（1）—式（4）所示。

式中：M為等值單機(jī)的慣量；和分別為S群、A群等值功角加速度；Pm和Pe分別為等值單機(jī)機(jī)械、電磁功率；Mi和Mj分別為S群第i臺機(jī)組、A群第j臺機(jī)組的慣量；Pmi和Pmj分別為第i和第j臺機(jī)組的機(jī)械功率；Pei和Pej分別為第i和第j臺機(jī)組的電磁功率和? 分別為第i和第j臺機(jī)組的功角加速度。

等值單機(jī)映像系統(tǒng)功率-功角曲線如圖2所示。

圖2 等值單機(jī)映像系統(tǒng)功率-功角曲線Fig.2 Power-power angle curves of equivalent single-machine imaging system

系統(tǒng)的功角首擺穩(wěn)定裕度η1可表示為：

式中：δDSP、δ0、δτ分別為失穩(wěn)軌跡動態(tài)鞍點、等值單機(jī)功角初值和故障清除角時刻τ的功角；Adec和Ainc分別為動能減少面積和動能增加面積。

Ainc和Adec即圖2 中A1和A2，如式（6）和式（7）所示。

若系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)，則η1<0；若系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，則η1>0；若系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，則η1=0。

若η1<0，考慮采取緊急控制措施，假設(shè)S群接入外送直流，以緊急提升直流功率為例，相當(dāng)于增大了S群的Pe，增加量為ΔPe，式（1）將轉(zhuǎn)化為：

式中：Pe，cg為采取緊急控制措施后等值單機(jī)電磁功率。

此時，系統(tǒng)的功角首擺穩(wěn)定裕度η2為：

式中：δcg為采取緊急控制措施時的功角；為采取緊急控制措施后失穩(wěn)軌跡動態(tài)鞍點的功角；和A′inc分別為采取緊急控制措施后等值單機(jī)系統(tǒng)動能減少面積和動能增加面積。

可見采取緊急控制措施后，等值單機(jī)系統(tǒng)的減速面積增加，假設(shè)系統(tǒng)恰好保持臨界穩(wěn)定，η2=0，則有：

考慮大容量新能源出力發(fā)生不確定性波動，系統(tǒng)的注入空間{P1，P2，…，Pk，…，Pk+n}發(fā)生變化，從而改變了式（1）中等值單機(jī)映像的安全穩(wěn)定特性。以S群內(nèi)新能源向下波動或A群內(nèi)新能源向上波動為例，考慮該波動量已分別被S群及A群內(nèi)同步機(jī)平衡，使S群總Pm增大或A群總Pm減小，于是等值單機(jī)系統(tǒng)機(jī)械功率增加，增加量ΔPm為［23］：

式中：ΔPmi和ΔPmj分別為第i和第j臺機(jī)組的機(jī)械功率增加量。

此時，系統(tǒng)的功角首擺穩(wěn)定裕度η3變?yōu)椋?/p>

考慮采取上述緊急控制措施，式（1）將轉(zhuǎn)化為：

此時，系統(tǒng)的功角首擺穩(wěn)定裕度η4為：

1.2 工程中緊急控制策略方式字匹配的原理

由于系統(tǒng)穩(wěn)定性與所有電源功率注入空間狀態(tài)量大小都有關(guān)，緊急控制策略為了準(zhǔn)確匹配該運行工況特征，理論上要將所有電源注入功率狀態(tài)量都作為該工況的方式字，這就需要在安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中采集海量信息，實時計算量和工程投資都很大，在實際中很難應(yīng)用。

由于很多電源注入功率通常會經(jīng)過有限個輸電斷面匯集，一些參與主導(dǎo)失穩(wěn)模式機(jī)組的出力強(qiáng)相關(guān)輸電斷面故障更容易激發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)［24］，且往往成為振蕩中心。在工程中，一般選用振蕩中心附近輸電斷面功率狀態(tài)量作為緊急控制策略的電網(wǎng)工況特征（方式字）。以圖1 所示系統(tǒng)為例，原有的緊急控制策略如表1 所示。

表1 原有存在失配風(fēng)險的緊急控制策略Table 1 Original emergency control strategy with mismatch risk

若斷面S1 初始PS1越大，則F1故障發(fā)生后系統(tǒng)的加速能量越大，式（5）中的η1越小。在工程中，一般采用按照工程經(jīng)驗調(diào)整斷面S1 功率盡可能大的惡劣方式，當(dāng)η1=0 時，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，此時，PS1的值為采取緊急控制措施的啟動門檻值，記為。

一旦安控系統(tǒng)監(jiān)測到電網(wǎng)發(fā)生預(yù)想故障F1，按照表1 的策略表，若PS1≥則執(zhí)行控制量為m的緊急控制措施。

1.3 傳統(tǒng)單一狀態(tài)量方式字失配風(fēng)險分析

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，新能源接入比例較低，電網(wǎng)運行方式確定性較強(qiáng)，上述緊急控制策略可依靠人工經(jīng)驗及離線搜索，基于一個或若干個相對“保守”的典型運行方式通過多次時域仿真迭代獲得。但在高比例新能源接入后，電源節(jié)點注入空間維度很高，出力不確定性增加，運行方式組合呈爆炸式增長，僅采用局部輸電斷面功率狀態(tài)量（單一方式字）難以表征整體運行工況特征。如1.1 節(jié)中S群內(nèi)新能源向下波動或A群內(nèi)新能源向上波動時，考慮該波動被群內(nèi)其他機(jī)組出力補(bǔ)償，斷面S1 功率實際變化可能不大，發(fā)生預(yù)想故障F1仍可匹配原有策略表方式字，并執(zhí)行原有緊急控制策略，但此時可能A′′′dec

綜上所述，振蕩中心附近局部輸電斷面功率狀態(tài)量僅僅是該運行方式下所有功率注入空間的因變量，只將該斷面功率作為緊急控制策略方式字是工程中的近似處理手段，在理論上存在失配風(fēng)險。隨著新能源的大量接入，電源注入節(jié)點維度急劇增加，傳統(tǒng)采用粗放的單一匯集斷面狀態(tài)量作為方式字的緊急控制策略失配風(fēng)險增加。而影響策略失配的主導(dǎo)因素隱藏在高維注入空間中，需要對此進(jìn)行挖掘。

2 策略失配的主導(dǎo)因素挖掘

由前文分析可知，單一方式字的離線緊急控制策略通常對大多數(shù)運行工況適配，僅在少數(shù)難以預(yù)見的特殊運行工況下可能存在失配風(fēng)險，且引起策略失配的主導(dǎo)因素存在不確定性。因此，策略失配主導(dǎo)因素挖掘不應(yīng)針對某個特定失配運行工況，而是對離線緊急控制策略在某一時段內(nèi)進(jìn)行在線校核，對失配的多個運行工況開展主導(dǎo)因素挖掘。

設(shè)CT為在線調(diào)控系統(tǒng)在某一時段內(nèi)的連續(xù)時間斷面T下的運行工況數(shù)據(jù)，若對CT和CT+1下預(yù)想故障的離線控制策略的校核結(jié)果分別為穩(wěn)定和失穩(wěn)，說明CT+1下離線控制策略發(fā)生失配。

在工況CT的運行點附近，節(jié)點注入功率的變化矩陣ΔP與主導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變化矩陣Δη的關(guān)系可描述為：

式中：J為節(jié)點注入功率波動引起系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變化的影響靈敏度矩陣；?ηu/?Pv為節(jié)點v注入功率變化?Pv對第u個失配策略對應(yīng)失穩(wěn)模式裕度變化?ηu的靈敏度，可由節(jié)點v注入功率攝動計算獲得，|?ηu/?Pv|越大，說明越靈敏；ΔPv為節(jié)點v在工況CT和CT+1中的有功功率實際差值；V為注入節(jié)點總數(shù)；U為失配策略數(shù)量。

Δη為J和ΔP的點乘，Δη的矩陣形式如式（24）所示，反映了各注入節(jié)點功率變化對各主導(dǎo)穩(wěn)定模式穩(wěn)定裕度的影響。

式中：Δηu(v)為節(jié)點v注入功率實際變化ΔPv引起第u個失配策略對應(yīng)失穩(wěn)模式的實際裕度變化量。

Δη中第u行Δηu如式（25）所示，將各元素取絕對值后，從大到小排序，排序越靠前的元素對失配策略u的影響越大。為了降低維度，從第1 個元素開始，依次將每個元素對應(yīng)的ΔPv疊加到工況CT中，并對失配策略u對應(yīng)的預(yù)想故障進(jìn)行時域仿真，直到仿真結(jié)果失穩(wěn)為止。將已疊加ΔPv對應(yīng)的Δηu(v)元素組成集合|Δη'u|，作為影響策略失配主導(dǎo)注入特征候選序列，如式（26）所示。

式中：|Δη'u|為影響策略失配主導(dǎo)注入特征候選序列；|Δη′u(z)|為第z個策略失配主導(dǎo)特征。

需要指出的是，采用Δη而非直接用J行序列，是因為在實際工程中，某些節(jié)點注入功率在策略臨界失配運行點附近變化不大，即ΔPv≈0 時，可以忽略Δηu(v)中絕對值很小的元素，有助于降低式（26）的維度，便于工程應(yīng)用。

3 基于多狀態(tài)量特征的緊急控制策略制定

3.1 多狀態(tài)量特征的方式字?jǐn)U展形式

在緊急控制策略存在失配風(fēng)險時，將挖掘出的影響策略失配的主導(dǎo)因素作為新的方式特征用以準(zhǔn)確匹配當(dāng)前運行方式，并調(diào)整相應(yīng)的控制量，可大大降低緊急控制策略失配的風(fēng)險。但在一段研究時段內(nèi)（一般為年度或季度）可能存在多個離線控制策略失配的運行方式，每次都將生成如式（26）所示的影響策略失配主導(dǎo)注入特征候選序列，如果將式（26）中每個元素所對應(yīng)的注入節(jié)點功率均作為方式字特征擴(kuò)展，既不能反映各注入節(jié)點間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，也將造成方式字維度爆炸式增長，無法適用于工程應(yīng)用。需要在統(tǒng)一基準(zhǔn)值和量綱下分析各注入節(jié)點對暫態(tài)穩(wěn)定影響的關(guān)聯(lián)程度，對關(guān)聯(lián)程度大的節(jié)點分群聚合，獲取有限個狀態(tài)量（如圖1 所示斷面S2 功率），對原有方式字?jǐn)U展，即表1 擴(kuò)展成表2 的形式。表中：PS2為斷面S2 功率；為新增狀態(tài)量；m+a為擴(kuò)展方式字對應(yīng)的控制量。

表2 多狀態(tài)量特征方式字的緊急控制策略表Table 2 Emergency control strategy table of multistate quantity mode word

首先，引入同步機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定參與因子［21，25-26］，其物理意義是量化各同步機(jī)對主導(dǎo)失穩(wěn)模式的參與程度，如式（27）所示。在此基礎(chǔ)上，計及非同步機(jī)注入節(jié)點母線與所有參與失穩(wěn)模式的同步機(jī)的電氣距離，獲取非同步機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定參與因子，如式（28）所示。

式中：λsyn，x為第x個同步機(jī)注入節(jié)點的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子；ES，dsp，x為S群第x個同步機(jī)注入節(jié)點的功角受擾軌跡經(jīng)過動態(tài)鞍點時的加速動能；ES，dsp，max為所有S群同步機(jī)經(jīng)過動態(tài)鞍點時加速動能的最大值；λusyn，y為第y個非同步機(jī)注入節(jié)點的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子；Yxy為第y個非同步機(jī)注入節(jié)點母線與第x個同步機(jī)注入節(jié)點母線的導(dǎo)納；X為同步機(jī)總數(shù)。

3.2 基于分群聚合的擴(kuò)展方式字生成及策略制定

本節(jié)提出基于節(jié)點關(guān)聯(lián)度指標(biāo)分群聚合的擴(kuò)展方式字的生成方法，通過計算注入節(jié)點對預(yù)想故障的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子及其關(guān)聯(lián)度指標(biāo)，對各注入節(jié)點進(jìn)行分群聚合，獲取其割集斷面，作為擴(kuò)展方式字，并計算計及該方式字的緊急控制量。具體步驟如下：

步驟1：通過對式（26）中的每個元素對應(yīng)的注入節(jié)點計算其暫態(tài)穩(wěn)定參與因子，并采用式（29）計算注入節(jié)點暫態(tài)安全穩(wěn)定參與因子的關(guān)聯(lián)度指標(biāo)Rp，q。

式中：λp和λq分別為第p和q個注入節(jié)點的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子。

暫態(tài)穩(wěn)定參與因子所在區(qū)間為[-1，1]，故Rp，q的值域亦為[-1，1]。若兩個注入節(jié)點對安全穩(wěn)定的影響程度越接近，則指標(biāo)Rp，q越接近于1，表示關(guān)聯(lián)程度越大；反之越接近于-1，表示關(guān)聯(lián)程度越小。

計算式（26）中所有元素對應(yīng)的注入節(jié)點間暫態(tài)安全穩(wěn)定參與因子的關(guān)聯(lián)度R（R為對稱陣）如下：

步驟2：初始化分群數(shù)量Q=1，并將式（26）中第1 個元素對應(yīng)的注入節(jié)點歸入1 號群；

步驟3：對于式（26）中剩余未歸入任何群的元素對應(yīng)的注入節(jié)點，將其與某個群O中的所有注入節(jié)點間暫態(tài)安全穩(wěn)定參與因子的關(guān)聯(lián)度最大值記為R(O)max，判斷R(O)max是否小于Rε（Rε為預(yù)先設(shè)定用來界定是否屬于同一群的門檻值），若是，則總?cè)簲?shù)Q加1，并將該注入節(jié)點加入新群中，否則將該注入節(jié)點加入R(O)max最大的那個群中。

步驟4：重復(fù)步驟3 直至式（26）中所有元素對應(yīng)的注入節(jié)點均歸入某一群中。

步驟5：將注入節(jié)點群劃分到各自的送出割集斷面，若個別節(jié)點與其他節(jié)點無法劃分至同一割集，則將其劃分為獨立割集，并重復(fù)步驟2 至5，直到所有注入節(jié)點群均劃分到割集中。這些割集斷面在策略失配臨界點的方式字對應(yīng)的功率即為擴(kuò)展的方式字特征。根據(jù)該割集斷面的計劃運行值調(diào)整功率分檔，基于離線時域仿真計算方式字狀態(tài)量擴(kuò)展后的緊急控制量。

4 實施方案

在工程實施中，通過建立緊急控制策略失配因素挖掘及方式字?jǐn)U展系統(tǒng)（簡稱擴(kuò)展系統(tǒng)），與電網(wǎng)現(xiàn)有在線綜合防御系統(tǒng)獨立運行，互不干擾，如圖3所示。

圖3 緊急控制策略失配因素挖掘及方式字?jǐn)U展實施方案Fig.3 Implementation plan of mismatch factor excavation and mode word expansion for emergency control strategy

擴(kuò)展系統(tǒng)首先定義研究時段（一般為季/月度等較長時期），從在線綜合防御系統(tǒng)中獲取該時段內(nèi)帶時標(biāo)的在線運行工況滾動數(shù)據(jù)（一般為狀態(tài)估計數(shù)據(jù)，時標(biāo)周期為分鐘級）和在值離線緊急控制策略進(jìn)行預(yù)想故障集的時域仿真校核。需要指出的是，研究時段內(nèi)帶時標(biāo)的在線運行工況滾動數(shù)據(jù)不限于在線實時運行工況數(shù)據(jù)，也可為在線歷史運行工況數(shù)據(jù)。若施加離線控制策略后預(yù)想故障集中至少有一個預(yù)想故障的時域仿真校核結(jié)果為失穩(wěn)，則判斷發(fā)生策略失配，進(jìn)入策略失配的主導(dǎo)因素挖掘流程，當(dāng)研究時段內(nèi)所有運行工況均已完成校核，則進(jìn)入方式字?jǐn)U展流程，計算方式字?jǐn)U展后的緊急控制策略。在時效性方面，本文系統(tǒng)從獲取運行工況數(shù)據(jù)到給出推薦的擴(kuò)展后緊急控制策略的運行周期為分鐘級，但由于本文方法和系統(tǒng)定位是針對離線緊急控制策略的查缺補(bǔ)漏，在目前電網(wǎng)調(diào)控機(jī)制下，最終應(yīng)用到在值緊急控制策略中還需要運行人員審核決策，故本文系統(tǒng)分鐘級工作時間尺度可滿足工程應(yīng)用要求。

5 算例驗證

本章采用電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定量化分析與優(yōu)化決策軟件（FASTEST），以附錄B 圖B1 所示某實際電網(wǎng)為例驗證本文方法的正確性。高比例新能源送端電網(wǎng)經(jīng)HM、HMH、YD、DH、QW、JQ、HX、SZ這8 個風(fēng)火打捆匯集變電站向XB 電網(wǎng)送電。

斷面S1 中HX-WS 雙回線發(fā)生N-2 故障（簡稱預(yù)想故障F1），若不采取緊急控制措施將導(dǎo)致送端電網(wǎng)發(fā)電機(jī)群相對XB 電網(wǎng)機(jī)組暫態(tài)失穩(wěn)。該故障下的離線策略表如表3 所示，典型方式（圖4 所示方式A）下斷面S1 有功功率（單一方式字）PS1≥4 GW，若發(fā)生預(yù)想故障，采取切除送端電網(wǎng)2.1 GW機(jī)組的緊急控制措施，可保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

表3 原有的緊急控制策略Table 3 Original emergency control strategy

圖4 方式A 和B 下發(fā)生預(yù)想故障后系統(tǒng)功角曲線Fig.4 Power angle curve of system after expected fault occurs in modes A and B

但在實際運行中對緊急控制策略的實時校核發(fā)現(xiàn)，某些極端運行工況下雖然符合原有緊急控制策略的方式字，但由于新能源出力的強(qiáng)不確定性，在某個出力組合下，預(yù)想故障下系統(tǒng)穩(wěn)定性急劇下降，導(dǎo)致策略失配，即圖4 所示方式B。

若按照傳統(tǒng)方法挖掘策略失配主導(dǎo)因素并擴(kuò)展方式字，需要對每個電網(wǎng)注入節(jié)點（算例中以8 個注入節(jié)點為例，實際工程中數(shù)量很多）依次按照一定的步長，人工調(diào)整注入功率試探并進(jìn)行預(yù)想事故的時域仿真，找到影響策略失配最靈敏的方向及其失穩(wěn)邊界，其效率極低且容易遺漏。

5.1 策略失配的主導(dǎo)因素挖掘及篩選

設(shè)在方式A 到方式B 的演變時段內(nèi)，從在線調(diào)控系統(tǒng)中獲取的兩個連續(xù)時間斷面o-1 和o下的運行工況分別為Mo-1和Mo，對工況Mo-1和Mo發(fā)生預(yù)想故障F1下的離線緊急控制策略校核的結(jié)果分別為匹配和失配?；诠rMo攝動計算各匯集站功率對預(yù)想故障下主導(dǎo)失穩(wěn)模式穩(wěn)定裕度的靈敏度矩陣J。根據(jù)國際能源署風(fēng)電工作組統(tǒng)計數(shù)據(jù)，單個百萬千瓦級風(fēng)電場分鐘級出力波動最大可達(dá)300 MW，為了保證攝動計算準(zhǔn)確性，取匯集站HM、HMH、YD、QW、DH、JQ、HX、SZ 攝動有功功率大小均為10 MW。

各匯集站在Mo-1和Mo工況下的有功功率如表4 所示，由此計算ΔP向量：

表4 方式Mo-1 和Mo 下匯集站有功功率對比Table 4 Comparison of active power in convergence stations with modes Mo-1 and Mo

計算各斷面功率變化影響各主導(dǎo)穩(wěn)定模式穩(wěn)定裕度變化量矩陣Δη及|Δη|序列。

取Δηt為J和ΔP各元素絕對值的均值的乘積，如式（35）所示。

取|Δη|序列中元素大于Δηt的元素組成集合|Δη'|，成為影響策略失配主導(dǎo)注入特征候選序列。對應(yīng)的注入?yún)R集站分別為HM、HMH、YD、QW。需要指出的是，如果直接采用該序列作為緊急控制策略的擴(kuò)展方式字，則會忽略匯集站內(nèi)部發(fā)電機(jī)注入節(jié)點的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子的差異及其關(guān)聯(lián)程度，挖掘出的擴(kuò)展方式字將出現(xiàn)偏差。

5.2 緊急控制策略的方式字?jǐn)U展

分別計算匯集站HM、HMH、YD、QW 所包含的發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子，如表5 所示。

表5 匯集站包含的發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定參與因子Table 5 Transient stability participation factors of generators in convergence stations

由于R為對稱陣，計算時只列出下三角形式，如附錄B 式（B1）所示。

設(shè)Rε=0.9，根據(jù)附錄B 式（B1）各發(fā)電機(jī)暫態(tài)安全穩(wěn)定參與因子的關(guān)聯(lián)度，將注入節(jié)點劃分為2 個群，并劃分割集斷面，如表6 和圖4 所示。

將劃分的割集斷面作為緊急控制策略新增方式字，基于離線時域仿真重新計算新的緊急控制策略，如表7 所示。

表7 方式字狀態(tài)量擴(kuò)展后的緊急控制策略Table 7 Emergency control strategy after mode word state quantity expansion

通過時域仿真驗證了方式字狀態(tài)量擴(kuò)展后的緊急控制策略的適應(yīng)性。如圖5 所示，方式A 滿足方式字1 的工況特征，發(fā)生斷面S1 的N-2 故障后，采取切機(jī)2.10 GW 措施后系統(tǒng)保持穩(wěn)定；方式B 滿足方式字2 的工況特征，發(fā)生斷面S1 的N-2 故障后，采取切機(jī)2.95 GW 措施后系統(tǒng)同樣保持穩(wěn)定。

圖5 方式A 和B 下發(fā)生預(yù)想故障后系統(tǒng)功角曲線（方式字?jǐn)U展后的緊急控制策略）Fig.5 Power angle curve of system after expected fault occurs in modes A and B (emergency control strategy after mode word expansion)

6 結(jié)語

本文針對單一狀態(tài)量方式字離線緊急控制策略在強(qiáng)不確定性電力系統(tǒng)中的失配風(fēng)險，基于EEAC量化分析理論，揭示了節(jié)點功率注入空間變化引起斷面主導(dǎo)模式穩(wěn)定性變化的機(jī)理，提出了影響策略失配的主導(dǎo)因素挖掘方法和基于暫態(tài)穩(wěn)定參與因子關(guān)聯(lián)度的主導(dǎo)狀態(tài)量分群聚合方法，實現(xiàn)了基于多狀態(tài)量特征的緊急控制策略方式字?jǐn)U展，有助于提高緊急控制策略的適應(yīng)性，降低失配風(fēng)險。通過仿真分析驗證了本文方法的有效性，得到結(jié)論如下：

1）傳統(tǒng)緊急控制策略通常采用振蕩中心附近局部輸電斷面功率狀態(tài)量作為單一方式字，是工程中的近似處理手段，在理論上存在失配風(fēng)險，且在強(qiáng)不確定性和強(qiáng)非線性電網(wǎng)中風(fēng)險更加突出；

2）策略失配的影響因素挖掘應(yīng)同時考慮策略失配前后各注入節(jié)點的實際功率變化量和在臨界失配時各節(jié)點功率變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的靈敏度兩個權(quán)重，有利于從海量注入節(jié)點中篩選出影響策略失配的主導(dǎo)因素，降低后續(xù)方式字?jǐn)U展的維度；

3）在方式字?jǐn)U展方面，提出了注入節(jié)點對預(yù)想故障的暫態(tài)穩(wěn)定參與因子及其關(guān)聯(lián)度指標(biāo)， 以量化方式字?jǐn)U展候選節(jié)點對穩(wěn)定性影響的相近程度，用以分群聚合，并最終劃分有限個割集斷面狀態(tài)量特征作為擴(kuò)展方式字，有利于工程應(yīng)用；

4）鑒于高比例新能源電網(wǎng)注入節(jié)點數(shù)量較多，在進(jìn)行影響策略失配的主導(dǎo)因素挖掘及篩選時，如果對全部注入節(jié)點都進(jìn)行攝動則會導(dǎo)致計算量很大，不利于提高計算速度，這是下一步研究將要解決的問題。

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