基于环境激励响应的电力系统静态电压稳定评估方法研究

作     者：王赫 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王丽馨

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电力系统 静态电压稳定 随机响应数据 节点灵敏度指标 K-Means聚类算法 

摘      要：随着社会经济的高速发展,电力系统的规模不断扩大,其复杂性以及不稳定因素日益增多,负荷需求也逐渐提高,电力系统的运行状态不断趋近于稳定极限。传统基于建模仿真的分析方法在面向现代电力系统时会受到模型约束等因素影响,参数难以直接测量,无法满足系统稳定在线分析对时效性的要求。随着广域量测系统(Wide Area Measurement System,WAMS)在电网中的广泛应用,采集到的大量实时量测数据为基于数据驱动的电力系统稳定分析提供了可行性。因此,开展数据驱动的电力系统静态电压稳定评估对保证电网安全稳定运行具有重要意义。本文以随机数据为基础,研究环境激励响应下的电力系统静态电压稳定评估方法,具体内容如下:首先,本文简单介绍了广域量测系统的基本原理,根据系统受到的扰动不同,其量测信号可分为暂态响应信号和随机响应信号。分析了环境激励下电压随机响应信号的特点,并对基于随机响应数据的系统静态电压稳定评估的优势进行分析。接着阐述了目前常用的电压稳定分析方法与评估指标,分析其各自的优缺点,并对电压稳定机理进行了深刻研究,为后续静态电压稳定评估指标构建奠定基础。其次,本文构建了一种基于负荷节点电压与支路无功功率的节点灵敏度指标,结合系统等效线路模型,从理论上验证了节点灵敏度指标的可行性。随后以环境激励下随机响应信号为基础,对节点灵敏度指标特性进行分析,提出对节点灵敏度指标进行分类:正灵敏度指标和负灵敏度指标,即可利用两种灵敏度指标同时监测电力系统的静态电压稳定性。仿真算例IEEE 3机9节点系统、IEEE 10机39节点系统计算分析结果验证了节点灵敏度指标的可行性及有效性。最后,为进一步提高电力系统静态电压稳定评估的准确性,针对在计算节点灵敏度指标时,其数据中存在异常值的问题,提出一种基于K-Means聚类算法的异常值剔除方法。在该异常值剔除方法中,采用欧氏距离来度量样本数据之间的相似程度,通过K-Means聚类算法剔除灵敏度数据中的异常值之后,再采用加权平均值(Weighted Average Value,WAV)方法拟合出节点灵敏度指标,进行电力系统静态电压稳定的在线监测。分别在IEEE3机9节点系统和IEEE 10机39节点系统上验证了异常值剔除方法的有效性,通过对比分析可知,本文所提方法进一步的提高了系统静态电压稳定评估的准确性。