关于大规模电力系统动态分析与优化算法的研究

《Scientific Reports》：Research on dynamic analysis and optimization algorithms for large-scale power systems

　　

摘要

由于可再生能源（RES）的快速普及，现代电力系统面临着严重的动态稳定性和运行调度挑战。针对动态建模精度不足、稳定性分析效率低下以及在高比例可再生能源集成下难以平衡运行安全性和经济性的问题，本研究提出了一个用于大规模电力系统动态分析和最优调度的综合理论和方法框架。首先，通过整合同步发电机的机电瞬态、励磁调节动态、负荷特性和网络功率流平衡，建立了一个六阶非线性微分方程模型，该模型弥补了传统二阶摆动方程忽略多子系统耦合的缺陷。基于平衡点的泰勒展开，推导出了线性化的状态空间表示，并获得了三个关键瞬态稳定性指标（功率角变化率、稳态功率角偏差和功率角振荡幅度）的解析表达式，这些指标定量揭示了励磁增益和同步转矩系数等关键参数对系统稳定性的影响。其次，开发了一种改进的基于ADMM的分布式优化算法，该算法采用了变量分割和异步迭代机制，将动态安全约束嵌入到多时间尺度调度框架中。构建了一种结合ADMM分布式全局优化和MPC集中式局部控制的两层控制结构，以解决传统集中式算法在大规模系统调度中的效率问题。最后，在IEEE 10机39节点系统上验证了所提出模型和算法的有效性，并将其扩展到100机300节点系统以进行可扩展性分析。