[论文解读] A Short-Term Voltage Stability Index and case studies

Wenlu Zhao|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2017

Power System Optimization and Stability参考文献 10被引用 3

一句话总结

本文提出了一种连续的、定量的、多维的短期电压稳定指标（SVSI），用于评估大型电力系统中的电压稳定性，特别是在华东电网中的应用。SVSI 评估故障后暂态电压恢复、振荡以及稳态恢复情况，经过 10,000 例案例验证，并应用于动态无功功率（VAR）分配优化。

ABSTRACT

The short-term voltage stability (SVS) problem in large-scale receiving-end power systems is serious due to the increasing load demand, the increasing use of electronically controlled loads and so on. Some serious blackouts are considered to be related to short-term voltage instability. In China, the East China Grid (ECG) is especially vulnerable to short-term voltage instability due the its increasing dependence on power injection from external grids through HVDC links. However, the SVS criteria used in practice are all qualitative and the SVS indices proposed in previous researches are mostly based on the qualitative SVS criteria. So a Short-Term Voltage Stability Index (SVSI), which is continuous, quantitative and multi-dimensional, is proposed in this paper. The SVSI consists of three components, which reflects the transient voltage restoration, the transient voltage oscillation and the steady-state recovery ability of the voltage signal respectively after the contingency has been cleared. The theoretical backgrounds and affected factors of these three components of SVSI are analyzed, together with some feasible applications. The verification of the validity of SVSI are tested through more 10,000 cases based on ECG. Additionally, a simple case of selecting candidate locations to install dynamic var using SVSI is presented to show its feasibility to solve the optimization problem for dynamic var allocation.

研究动机与目标

• 解决大规模受端电力系统在高外受电情况下缺乏定量电压稳定判据的问题。
• 克服实际应用中定性且非连续指标的局限性。
• 开发一种多维、连续的指标，以捕捉预控后暂态电压行为。
• 实现基于 SVSI 的实际应用，如动态无功功率支持分配优化。
• 通过大量案例研究，验证该指标在真实系统运行条件下的有效性。

提出的方法

• 提出一种三元组 SVSI：分别用于暂态电压恢复、暂态振荡和稳态恢复。
• 基于故障清除后的时域电压信号分析，构建 SVSI。
• 基于电压动态特性和系统响应特性，推导每个 SVSI 组件的理论基础。
• 将 SVSI 应用于华东电网（ECG）的各类预控场景，以测试其鲁棒性与灵敏度。
• 利用 SVSI 对母线进行动态无功功率支持分配的排序，证明其在优化中的可行性。
• 通过超过 10,000 例预控案例验证该指标，确保其一致性和可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何开发一种连续的、定量的、多维的指标，以评估短期电压稳定性？
• RQ2 影响短期电压稳定性的关键电压响应动态分量是什么？
• RQ3 与定性判据相比，所提出的 SVSI 在识别弱电压节点方面表现如何？
• RQ4 SVSI 是否能有效指导动态无功功率支持装置的最优配置？
• RQ5 SVSI 在大量系统预控情况下的表现如何？

主要发现

• SVSI 在华东电网的 10,000 例预控案例中成功实现了对短期电压稳定性的量化评估。
• 该指标能够捕捉暂态电压恢复、振荡及稳态恢复过程，提供全面的稳定性评估。
• SVSI 与实际系统电压行为具有强相关性，验证了其可靠性。
• 该指标可有效识别动态无功功率支持装置安装的候选母线。
• 所提出的方法减少了对定性判断的依赖，提升了电压稳定性监测中的决策质量。
• SVSI 可用于实时稳定性评估及无功补偿优化。