[论文解读] Simulation-free Estimation of Critical Clearing Time.

Thanh Long Vu, Surour Al Araifi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2015

Power System Optimization and Stability参考文献 16被引用 1

一句话总结

本文提出了一种无需仿真即可估计大规模电力系统临界清除时间（CCT）的方法，通过约束故障后动态并应用李雅普诺夫函数族方法，避免了时域仿真。该方法可直接提供CCT的下界，显著降低计算成本，同时在IEEE测试系统上保持高精度。

ABSTRACT

Abstract—Contingency screening for transient stability of large scale, strongly nonlinear, interconnected power systems is one of the most computationally challenging parts of Dynamic Security Assessment and requires huge resources to perform time-domain simulations-based assessment. To reduce computational cost of time-domain simulations, direct energy methods have been exten-sively developed. However, these methods, as well as other existing methods, still rely on time-consuming numerical integration of the fault-on dynamics. This task is computationally hard, since possibly thousands of contingencies need to be scanned and thousands of accompanied fault-on dynamics simulations need to be performed and stored on a regular basis. In this paper, we introduce a way to eliminate the need for fault-on dynamics simulations in contingency screening. This technique is based on bounding the fault-on dynamics and applying the recently introduced Lyapunov Function Family approach for transient stability. In turn, a lower bound of the critical clearing time is obtained without restoring to simulations. A comprehensive analysis is carried out to validate this novel technique on a number of IEEE test cases. I.

研究动机与目标

• 解决在暂态稳定评估的预想故障筛选中，时域仿真计算成本过高的问题。
• 克服现有直接方法对故障后动态数值积分的依赖。
• 开发一种无需仿真的技术，同时仍能提供临界清除时间的可靠下界。
• 通过消除对数千条故障后轨迹仿真的需求，实现高效的大规模预想故障筛选。

提出的方法

• 通过数学约束约束故障后动态，避免直接仿真系统轨迹。
• 应用最近提出的李雅普诺夫函数族方法，实现无需时域积分的暂态稳定分析。
• 从受约束的动态和李雅普诺夫函数分析中推导临界清除时间的下界。
• 利用系统能量和动态的边界推断稳定性裕度，而无需求解微分方程。
• 通过在标准IEEE测试系统上的全面分析验证该方法。
• 通过用解析边界技术替代仿真密集型步骤，确保计算效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不仿真电力系统故障后动态的情况下，计算临界清除时间的下界？
• RQ2 与传统基于仿真的方法相比，所提出的无仿真方法在估计临界清除时间方面的精度如何？
• RQ3 在预想故障筛选中，消除时域仿真能带来多大的计算优势？
• RQ4 该方法在不同复杂度和网络拓扑的IEEE测试系统上的鲁棒性如何？

主要发现

• 所提出的方法成功在不进行任何时域仿真的情况下，计算出临界清除时间的下界。
• 通过用解析边界替代仿真密集型步骤，该方法显著降低了计算成本。
• 该技术在多个IEEE测试系统上的验证表明，其保持了高精度和可靠性。
• 李雅普诺夫函数族方法结合动态边界约束，实现了无需数值积分的直接稳定性评估。
• 该方法具有可扩展性，适用于大规模、强非线性、互联的电力系统。
• 结果表明，无仿真估计在动态安全评估中是可行且有效的。