低频振荡

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升，在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此，结合压缩空气储能良好的有功调节能力，提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先，建立了压缩空气储能的数学模型，分析了质量流量对其输出功率的影响。其次，分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性，提出了基于调节阀的附加阻尼控制器，调整质量流量，进而控制压缩空气储能的输出功率，抑制电网的低频振荡。最后，搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型，验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼，可较快抑制电网的低频振荡，有效提高电力系统的稳定性。

对具有构网能力的网接变流器的需求，电力系统安全运行依赖于同步电机的一些特性，比如自同步、惯性和快速频率反应、系统强度支持、使用PSS来稳定低频振荡，发电构成变化同步发电机逐步退出，而新能源发电比例在增加新能源发电比如风电和光伏都是通过变流器与系统连接目前电网里大多数网接变流器还在采用跟网控制模式，不具有电网支撑能力。

汽轮机阀门流量函数的合理设置是火电机组功率控制效果的重要保障。当汽轮机阀门流量函数与实际阀门流量特性存在不匹配时，将导致功率控制非线性问题加剧，从而造成实际机组的一次调频性能、功率控制稳定性下降，严重时会引起机组功率振荡乃至电网低频振荡。根据数据统计结果，2015~2017年湖南省内共发生9次火电机组功率振荡，其原因均与阀门流量函数设置有关。而在全国范围内，由阀门流量函数设置问题引起的火电机组功率振荡乃至电网低频振荡也不在少数。因此汽轮机阀门流量函数是影响火电机组功率振荡的重要因素。 目前，阀门流量特性及优化试验是确定阀门流量特性问题和优化阀门流量函数的主要技术手段。在实际应用中，该试验往往是在机组已经存在阀门流量函数设置问题并产生相应后果（如一次调频性能下降、功率振荡等）后展开的。这是一种“治已病而非治未病”的治理思路，无法实现阀门流量特性问题的主动防治。 针对现有技术手段存在的不足，设计并开发了汽轮机阀门流量特性在线监测优化系统，该系统能够实现阀门流量特性的在线监测和阀门流量函数的滚动优化，使机组始终避免出现由阀门流量特性引起的一次调频性能下降、功率振荡等问题，最终实现功率振荡问题的主动防治。

电网是国民经济发展与社会稳定的重大基础保障，电网安全关系国计民生。随着广东经济持续发展，广东电网已成为全国负荷规模最大的省级电网、全球最复杂的交直流受端电网，电网安全运行面临在线分析计算效率低、低频振荡溯源难、风险感知与评估手段不足、实时调峰调频压力大等严峻挑战；广东地区台风、雷暴等自然灾害频发，给电网带来了巨大的安全运行压力；节能减排、电力市场化改革、粤港澳协同运行等对电网运行提出了更高的要求。传统调度系统面临极大的挑战，亟须突破超大负荷规模下复杂大电网调度运行关键技术。本项目属于电气工程领域，涉及电力系统、信息技术等专业。本项目突破了超大负荷规模下复杂大电网并行计算、风险感知、振荡溯源和精益调度等关键技术并完成工程应用。

针对风火打捆(wind-thermal-bundled, WTB)系统在受到干扰时可能由于阻尼不足而出现的低频振荡现象以及较高的网损会导致运行成本的增加和阻碍“双碳”目标实现的问题，提出了一种电力系统稳定器(power system stabilizer, PSS)与统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)附加功率振荡阻尼控制器(power oscillation damping, POD)参数和UPFC安装位置协调优化策略方法。首先，基于Matlab构建了风火打捆外送系统和控制器模型。然后，利用多目标樽海鞘优化算法(multi-objective salp swarm algorithm, MSSA)，将协调优化问题转化为多目标优化问题。目标函数设计中考虑了UPFC装置的调节特性。最后，采用IEEE 4机2区系统和16机5区系统进行多种工况下的仿真。仿真结果显示，协调优化后的控制器可以提高系统阻尼，维持发电机转速的稳定，抑制低频振荡引起的系统有功、电压等的波动，同时降低了系统的有功网损，提高了系统稳定性和运行经济性。MSSA在工程问题上的应用得到了补充。

电网实时运行可视化分析预警系统（以下简称系统）根据“以调度员思维模式为框架，以可视化界面为功能模块，以互动计算为系统核心”的思路，利用电网EMS实时数据、状态估计数据、PMU数据、水调自动化系统数据、保护信息及气象数据等各种信息，实现电网运行信息从静态、二维平面、孤立数据的展示方式向动态、三维立体、虚拟现实的展示方式转变，从电网充裕度、安全性、脆弱性和可控性等方面进行理论研究、算法实现及可视化表达，在可视化互动计算、低频振荡快速检测、电网运行整体态势指标可视化、水库及发电能力可视化计算、人工智能驱动的输电断面安全状态快速评估、深度学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制决策，以及基于图数据库的人机交互等方面达到国内领先水平，具有完全自主知识产权，整体上属国内首创。系统实现了信息融合、智能告警、动态监视、海量数据阅读、超实时仿真和高性能计算、基于人工智能的电网安全稳定分析、虚拟现实，以及基于图数据库的人机交互等功能。系统设计合理，反映了电网理论计算和计算机技术的最新成果，主要技术性能指标均满足设计要求，实用化程度高，且贴近调度生产需求，为电网调度运行提供一个准确及时掌握电网实时运行态势的分析决策平台，提高了调度人员对电网运行的监控能力，实现传统电网调度模式向智能电网调度模式转换，有效提高了电网安全生产水平。

在湖南电网祁韶直流投运的大背景下，可能出现振荡频率低于0.1Hz的超低频振荡模式，在当前电网形势下PSS覆盖频段有必要扩展至低频段。目前得到广泛应用的PSS2B型电力系统稳定器是一种单频段结构，采用功率和转速信号合成加速功率积分作为PSS的输入信号，不能较好地兼颐高频段和低频段的低频振荡抑制能力。 近年来，PSS4B型电力系统稳定器因其在超低频段抑制振荡的巨大潜力而受到广泛关注。PSS4B 推广应用的难点在于参数众多整定困难。目前，工程现场尚缺乏- -种便捷高效的PSS4B型电力系统稳定器参数整定方法，同时兼顾低、中、高三个频段的阻尼效果。

近年来，北京电网出现过多起交联电缆振荡过电压击穿的事故，对电网安全造成了极大的威胁。本文深入研究了交联电缆振荡过电压击穿事故的原因，以及事故发生发展的过程，进一步认识了振荡过电压对电力设备的影响。本文以某110kV变电站35kV电缆击穿故障为例，首先给出系统接线及事故概况，然后通过电缆中间接头解体检查与对故障录波数据的深入分析，指出故障原因是由于吊车碰架空导线造成瞬时单相接地，引起了局部35kV系统的低频振荡，产生振荡过电压，造成电缆相间绝缘击穿，发生相间短路故障。最后，提出了相应的技术防范抑制措施与下一步研究工作的建议。

风电、光伏与同步发电机(synchronous generator, SG)间动态交互，影响电力系统稳定性。基于阻尼系数灵敏度，研究了风光并网电力系统动态交互过程与稳定提升方法。首先，基于线性化表达验证了风光机组对SG暂态响应存在影响。其次，建立电力系统闭环传递函数模型，分析风光机组与SG间的动态交互过程。新定义风光机组向SG提供阻尼系数，以量化风光并网对电网振荡的影响。然后，提出阻尼系数对风光出力灵敏度的解析表达，作为内点法梯度信息，调整风光出力以改善电网稳定性。最后，仿真验证表明，调节风电(光伏)出力可提高光伏(风电)场站相关危险模式的阻尼，改善电网稳定性。以灵敏度作为梯度信息，可提高优化算法的计算效率与准确性，优化前后功角平均振幅分别为25.1589°、18.0165°。

电网是国民经济发展与社会稳定的重大基础保障，电网安全关系国计民生。随着广东经济持续发展，广东电网已成为全国负荷规模最大的省级电网、全球最复杂的交直流受端电网，电网安全运行面临在线分析计算效率低、低频振荡溯源难、风险感知与评估手段不足、实时调峰调频压力大等严峻挑战；广东地区台风、雷暴等自然灾害频发，给电网带来了巨大的安全运行压力；节能减排、电力市场化改革、粤港澳协同运行等对电网运行提出了更高的要求。传统调度系统面临极大的挑战，亟须突破超大负荷规模下复杂大电网调度运行关键技术。 本项目属于电气工程领域，涉及电力系统、信息技术等专业。本项目突破了超大负荷规模下复杂大电网并行计算、风险感知、振荡溯源和精益调度等关键技术并完成工程应用，成果获授权发明专利 30 项，发表论文 63 篇（SCI/EI 40 篇），软件著作权 8 项。鉴定委员会一致认为成果整体达到国际领先水平。成果已成功应用于广东等多个省级电网、惠州等地级电网及多个电厂，并推广至菲律宾和澳门等地。电网技术指标优于国内外同类技术：正反向隔离传输效率分别提升了2.2倍和3.4倍，网络传输报文减少 50%；预想故障分析计算效率提升 10 倍以上；广东电网关键输电通道输电能力平均提升 10.3%；可用调频资源增加 30%以上，火电年均煤耗率降低 0.25%，污染日 PM2.5 地表浓度降低 5%以上。自 2016 年 10 月起，已利用该系统及时处置了 1000 余起电网故障，为“天鸽”等台风抢险提供支撑，在“十九大”等重大活动保电中发挥了关键作用，保障了粤港澳经济发展与社会稳定。