【东北电大_姜涛_】2025年电力系统安全域构建理论与方法报告_41页_3mb

报告摘要

CEPRI-IEEE PES 第5期电力能源青年论坛总结

核心内容概述

本论坛围绕电力系统安全域的构建理论与方法展开，重点探讨了电力系统热安全域（THSR）、电压安全域（VSR）和电压稳定域（SVSR）的建模与求解。研究目标是实现基于安全域的大电网安全性评估与控制，解决传统逐点方法在不确定性风险评估和效率方面的不足。通过引入优化模型与拉格朗日乘子法，提出了一种更高效、准确的构建方法，并在多个系统中进行了验证。

主要观点与关键信息

1. 电力系统安全域的定义与表达

热安全域（THSR）：定义在功率注入空间内，系统所有线路的热安全约束都得到满足的运行点集合。
电压安全域（VSR）：定义在功率注入空间内，系统所有节点的电压幅值约束都得到满足的运行点集合。
电压稳定域（SVSR）：在给定网络结构下，系统能够维持静态电压稳定的运行状态集合。

2. 热安全域边界构建方法

优化模型构建：
- 基于OPF方法，通过设置不同的功率增长方向，构建THSR边界。
- 通过射线法和边界追踪法进行THSR边界搜索，其中边界追踪法效率更高。
拉格朗日乘子法构建：
- 构建THSR边界时，通过求解非线性方程组，得到热稳定临界点。
- 该方法相比OPF法在计算效率上显著提升，尤其适用于大规模系统。

3. 电压安全域边界构建方法

优化模型构建：
- 基于OPF方法，构建VSR边界，通过改变功率增长方向，连接电压幅值上下限临界点。
- 所提方法在IEEE-14节点系统和欧洲9241节点系统中均显示出良好的效率提升。
拉格朗日乘子法构建：
- 构建VSR边界时，通过最小化负荷裕度，求解电压安全临界点。
- 所提方法在计算效率上显著优于OPF法，适用于区域互联大系统。

4. 电压稳定域边界构建方法

优化模型构建：
- 通过OPF方法，求解负荷裕度最大值，确定电压稳定临界点（SNB点）。
- 对于大系统，OPF方法效率较低，所提方法显著提升计算效率。
拉格朗日乘子法构建：
- 构建SVSR边界时，通过构造拉格朗日函数并求解非线性方程组，得到电压稳定临界点。
- 所提方法在多个系统中均能准确构建SVSR边界，并且效率显著提升。
预测-校正方法构建：
- 通过引入预测-校正步骤，提高SVSR边界的计算精度与效率。
- 在WECC-9节点系统和IEEE-300节点系统中验证了该方法的可行性。

关键算例分析

1. 热安全域构建算例

WECC3机9节点系统：
- 支路3-6的热稳定性研究，使用射线法与边界追踪法进行THSR边界搜索。
- 射线法最大相对误差为 $3.3220 \times 10^{-4}$，边界追踪法最大相对误差为 $3.3147 \times 10^{-5}$。
- 在二维和三维空间中构建THSR边界，所提方法效率高于传统OPF法。
波兰2736节点系统：
- 单支路与多支路约束的THSR边界构建，验证了方法的实用性。
- 所提方法适用于大规模实际系统，具有较高的准确性与效率。

2. 电压安全域构建算例

IEEE-14节点系统：
- 二维与三维VSR边界构建，所提方法相比OPF法效率提升58.06%至72.46%。
- 以节点5、7、2、3等为关键节点，构建VSR边界。
欧洲9241节点系统：
- 二维与三维VSR边界构建，所提方法效率提升高达99.50%。
- 验证了方法在大系统中的应用潜力。

3. 电压稳定域构建算例

IEEE-14节点系统：
- 所提方法相比OPF法效率提升60.06%至70.65%。
- 在不同场景下均能有效构建SVSR边界。
IEEE-300节点系统：
- 在三维有功注入空间中构建SVSR边界，验证了方法在大型系统中的可行性。
- 所提方法计算效率显著提升，平均误差低于 $10^{-4}$。

总结

本研究提出了一种基于优化模型和拉格朗日乘子法的电力系统安全域构建方法，解决了传统逐点方法在处理高维空间安全域时效率低、精度不足的问题。通过在多个测试系统（如IEEE-14、IEEE-300、欧洲9241节点系统）和实际系统（如波兰2736节点系统）中的应用，验证了该方法在二维和三维空间中构建安全域边界的准确性和高效性。所提方法在计算效率方面具有显著优势，适用于大规模实际电力系统的安全评估与控制。

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