[论文解读] Real-Time Voltage Stability Assessment for Load Areas Based on the Holomorphic Embedding Method.

Chengxi Liu, Bin Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2017

Power System Optimization and Stability参考文献 34被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种基于非迭代全纯嵌入法（HEM）的实时电压稳定评估方法，通过单次潮流计算即可实现对不同负荷水平下电压特性的快速计算。通过将物理胚芽解嵌入幂级数并应用自适应两阶段帕德逼近，该方法在大幅降低大型系统计算负担的同时，实现了对电压崩溃点的快速、精确预测。

ABSTRACT

This paper proposes a method of real-time voltage stability assessment for load areas, in which the proximity to voltage collapse point at each bus can be accurately evaluated. Based on the non-iterative holomorphic embedding method (HEM), the voltage of each bus for different loading levels in the load area is quickly screened out by only performing one-time power flow calculation. A power series derived by the HEM with a physical germ solution makes sure that the P-V curve is in conformity with that from conventional continuous power flow. Therefore, the voltage stability margin can be evaluated by plugging a value into the embedded complex variable of the power series. An adaptive two-stage Pade approximants method is also proposed based on the power series to improve its convergence. Thus, on one hand, it enables more accurate prediction of the voltage collapse point; on the other hand, reduces the computational burden on large power systems. The proposed method is illustrated in detail on a 4-bus test system and then demonstrated on a load area of Northeast Power Coordinating Council 48-geneartor, 140-bus power system.

研究动机与目标

• 通过精确确定系统接近电压崩溃的程度，实现实时电压稳定评估。
• 克服传统迭代方法在追踪不同负荷水平下P-V曲线时计算效率低下的问题。
• 开发一种非迭代方法，仅通过一次潮流计算即可获得完整的电压特性曲线。
• 通过在HEM导出的幂级数上应用自适应帕德逼近，提升电压崩溃点预测的收敛性与准确性。
• 在小型测试系统和一个大型实际的140母线系统上验证该方法，以确保其实际适用性。

提出的方法

• 采用非迭代全纯嵌入法（HEM）推导出电压行为在不同负荷水平下的幂级数表示。
• 采用物理胚芽解以确保HEM导出的P-V曲线与传统连续潮流结果一致。
• 将复变量嵌入幂级数中，使得通过代入即可直接计算任意负荷水平下的电压。
• 应用自适应两阶段帕德逼近以提升级数逼近的收敛性与准确性。
• 仅执行一次潮流计算即可生成完整的电压特性曲线，避免重复迭代。
• 将HEM与帕德逼近相结合，在大型系统中实现计算效率与预测准确性的平衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 全纯嵌入法是否能提供一种准确且非迭代的替代方法，以替代传统潮流追踪方法用于电压稳定评估？
• RQ2 HEM导出的幂级数在复现P-V曲线方面与传统连续潮流方法相比表现如何？
• RQ3 自适应两阶段帕德逼近在预测电压崩溃点时，对收敛性与准确性的提升程度如何？
• RQ4 该方法是否能在不产生过重计算负担的前提下有效应用于大规模电力系统？
• RQ5 该方法在实际系统中不同负荷条件下进行实时稳定评估时表现如何？

主要发现

• 基于HEM的方法成功复现了传统连续潮流所得的P-V曲线，验证了其准确性。
• 该方法仅通过一次潮流计算即可完成完整电压特性曲线的计算，显著降低了计算时间。
• 自适应两阶段帕德逼近显著提升了收敛性，并提高了电压崩溃点预测的准确性。
• 该方法在4母线测试系统和140母线大型系统上均表现出可行性与鲁棒性，证实了其可扩展性。
• 该方法在保持电压稳定裕度评估高精度的同时，显著降低了大型电力系统的计算负担。