基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析

楼冠男; 蒋啸宇; 顾伟; 张靖; 秦琦; 黄靖雯

doi:10.7500/AEPS20221120003

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基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析

学术研究 | 更新时间：2023-06-19

- 基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析
- Event Triggering Based Improved Variational Algorithm for Active Distribution Network and Its Stability Analysis
- 电力系统自动化 2023年47卷第12期页码：66-75
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院,江苏省南京市 210096
  2.江苏省智能电网技术和装备重点实验室(东南大学),江苏省南京市 210096
- 作者简介：
  
  楼冠男(1986—)，女，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：微电网建模及运行控制、分布式新能源接入配电网运行。E-mail：glou@seu.edu.cn
  蒋啸宇(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：分布式电源仿真技术。E-mail：220203006@seu.edu.cn
  顾伟(1981—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统仿真、分布式发电与微网、综合能源系统。E-mail：wgu@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52007031);江苏省自然科学基金资助项目(BK2020040)
- DOI：10.7500/AEPS20221120003
  中图分类号：
- 收稿：2022-11-20，
  
  修回：2023-02-22，
  
  网络出版：2023-05-04，
  
  纸质出版：2023-06-25
- 稿件说明：
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楼冠男,蒋啸宇,顾伟等.基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(12):66-75.

LOU Guannan,JIANG Xiaoyu,GU Wei,et al.Event Triggering Based Improved Variational Algorithm for Active Distribution Network and Its Stability Analysis[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):66-75.
楼冠男,蒋啸宇,顾伟等.基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(12):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20221120003.

LOU Guannan,JIANG Xiaoyu,GU Wei,et al.Event Triggering Based Improved Variational Algorithm for Active Distribution Network and Its Stability Analysis[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):66-75. DOI： 10.7500/AEPS20221120003.

摘要

在含高密度分布式电源的现代配电网仿真中，传统数值积分算法难以同时满足快速且稳定的仿真需求，对此提出一种基于事件触发的改进变分算法。首先，引入变分迭代法，求出配电网中双级式光伏电站典型状态变量对应的近似解。随后，对算法进行数值稳定性验证，并推导其极限步长。针对部分状态量计算消耗较多仿真资源的问题，引入事件触发机制，应用误差的范数推导锁值的触发条件，减少计算频次，提升系统的仿真效率。最后，分别对算法的数值稳定性及事件触发效果进行仿真验证。结果表明，基于事件触发的变分算法在保持高精度的前提下提升了仿真速度，且随着节点规模扩大效率优势更明显。

Abstract

In the simulation of modern distribution network with high-density distributed generators

the traditional numerical integration algorithm is difficult to meet the fast and stable simulation requirements

so an event triggering based improved variational algorithm is proposed. First

the variational iteration method (VIM) is introduced to obtain the approximate solution corresponding to the typical state variables of the bipolar photovoltaic power station in the distribution network. Then

the numerical stability of the algorithm is verified

and its limit step size is deduced. Aiming at the problem that the calculation of partial state variables consumes more simulation resources

the event triggering mechanism is introduced

and the triggering condition of the locked value is deduced by using the norm of error to reduce the calculation frequency and improve the simulation efficiency of the system. Finally

the numerical stability and event triggering effect of the algorithm are simulated and verified. The results show that the event triggering based variational algorithm improves the simulation speed while maintaining high accuracy

and the efficiency advantage is more obvious with the expansion of node scale.

关键词

Keywords

references

李亚楼，张星，胡善华，等 . 含高比例电力电子装备电力系统安全稳定分析建模仿真技术［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 33 - 42 .

LI Yalou ， ZHANG Xing ， HU Shanhua ， et al . Modeling and simulation technology for stability analysis of power system with high proportion of power electronics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 33 - 42 .

KOUTSOUKIS NIKOLAOS C ， GEORGILAKIS PAVLOS S ， HATZIARGYRIOU NIKOS D . Multistage coordinated planning of active distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 32 - 44 .

KUNDUR P ， BALU N J ， LAUBY M G . Power system stability and control ［M］. New York， USA ： McGraw-Hill ， 1994

胡鹏飞，朱乃璇，江道灼，等 . 柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 2 - 12 .

HU Pengfei ， ZHU Naixuan ， JIANG Daozhuo ， et al . Research progress and prospects of key technologies of flexible interconnected smart distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 2 - 12 .

郭琦，卢远宏 . 新型电力系统的建模仿真关键技术及展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 18 - 32 .

GUO Qi ， LU Yuanhong . Key technologies and prospects of modeling and simulation of new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 18 - 32 .

唐巍，张起铭，张璐，等 . 新型配电系统多层级交直流互联理念、关键技术与发展方向［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 16 ［ 2023-02-17 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20230217.1019.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20230217.1019.002.html .

TANG Wei ， ZHANG Qiming ， ZHANG Lu ， et al . Key technologies and development direction of multilevel ac/dc interconnection in new distribution system ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 16 ［ 2023-02-17 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20230217.1019.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20230217.1019.002.html .

FU Tao ， ZHANG Hengxu ， LI Changgang ， et al . Consistency analysis of DFIG wind generation models in PSS/E and PSASP ［C］// 5th International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies （DRPT）， November 26-29 ， 2015 ， Changsha， China .

LIU W Q ， GU W ， LI P X ， et al . Non-iterative semi-implicit integration method for active distribution networks with a high penetration of distributed generations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 438 - 450 .

徐晋，汪可友，李国杰 . 电力电子设备及含电力电子设备电力系统实时仿真研究综述［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 3 - 17 .

XU Jin ， WANG Keyou ， LI Guojie . Review of real-time simulation of power electronic devices and power systems integrated with power electronic devices ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 3 - 17 .

YE H ， MOU Q Y ， WANG X L ， et al . Eigen-analysis of large delayed cyber-physical power system by time integration-based solution operator discretization methods ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 5968 - 5978 .

YE H ， LI T R ， LIU Y T . Time integration-based IGD methods for eigen-analysis of large delayed cyber-physical power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1376 - 1388 .

LIU C X ， WANG B ， SUN K . Fast power system simulation using semi-analytical solutions based on Pade approximants ［C］// 2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 16-20 ， 2017 ， Chicago， USA ： 1 - 5 .

ABULWAFA E ， ABDOU M ， MAHMOUD A . The solution of nonlinear coagulation problem with mass loss ［J］. Chaos， Solitons and Fractals ， 2005 ， 29 （ 2 ）： 313 - 330 .

熊佳旺，孔力，叶华，等 . 弱电网环境下锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 11 ［ 2022-09-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220923.1312.004.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220923.1312.004.html .

XIONG Jiawan ， KONG Li ， YE Hua ， et al . Analytical analysis of nonlinear transient stability of PLL-type grid-connected converter in weak grid environment ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 11 ［ 2022-09-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220923.1312.004.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20220923.1312.004.html .

GURRALA G ， DINESHA D L ， DIMITROVSKI A ， et al . Large multi-machine power system simulations using multi-stage Adomian decomposition ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3594 - 3606 .

DUAN N ， SUN K . Power system simulation using the multi-stage Adomian decomposition method ［C］// 2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 16-20 ， 2017 ， Chicago， USA .

DINESHA D L ， GURRALA G . Application of multi-stage homotopy analysis method for power system dynamic simulations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2251 - 2260 .

HE Jihuan . Variational iteration method—a kind of non-linear analytical technique： some examples ［J］. International Journal of Non-Linear Mechanics ， 1999 ， 34 （ 4 ）： 699 - 708 .

ABBASBANDY S . A new application of He’s variational iteration method for quadratic Riccati differential equation by using Adomian’s polynomials ［J］. Journal of Computational and Applied Mathematics ， 2007 ， 207 （ 1 ）： 59 - 63 .

ODIBAT Z ， MOMANI S . The variational iteration method： an efficient scheme for handling fractional partial differential equations in fluid mechanics ［J］. Computers & Mathematics with Applications ， 2009 ， 58 （ 11/12 ）： 2199 - 2208 .

VASCONCELOS P G ， GONZALEZ M . Photovoltaic solar energy： conceptual framework ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2017 ， 74 ： 590 - 601 .

李培鑫 . 含高密度分布式光伏的配电网精确建模与仿真算法研究［D］. 南京：东南大学， 2020 .

LI Peixin . Research on accurate modeling and simulation algorithm of distribution network with high-density distributed photovoltaic ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2020 .

DIMAROGONAS D V ， FRAZZOLI E ， JOHANSSON K H . Distributed self-triggered control for multi-agent systems ［C］// 49th IEEE Conference on Decision and Control （CDC）， December 15-17 ， 2010 ， Atlanta， USA ： 6716 - 6721 .

WANG B F ， HUANG J J ， WEN C Y ， et al . Event-triggered model predictive control for power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 1 ）： 715 - 720 .

施博辰，赵争鸣，朱义诚，等 . 电力电子混杂系统多时间尺度离散状态事件驱动仿真方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 9 ）： 2980 - 2990 .

SHI Bochen ， ZHAO Zhengming ， ZHU Yicheng ， et al . Discrete-state event-driven simulation approach for multi-time-scale power electronic hybrid system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 2980 - 2990 .

JU J H ， SHI B C ， YU Z J ， et al . Backward discrete state event-driven approach for simulation of stiff power electronic systems ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 28573 - 28581 .

刘伟琦 . 分布式光伏集群等值建模及配电网动态仿真［D］. 南京：东南大学， 2020 .

LIU Weiqi . Equivalent modeling of distributed photovoltaic cluster and dynamic simulation of distribution network ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2020 .

姚蜀军，张春强，刘刚，等 . 光伏发电单元电磁暂态解耦与快速仿真方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 170 - 178 .

YAO Shujun ， ZHANG Chunqiang ， LIU Gang ， et al . Electromagnetic transient decoupling and rapid simulation method for photovoltaic power generation unit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 170 - 178 .

卢颖华 . 混合微网平滑切换及离网稳定运行控制研究［D］. 长沙：湖南大学， 2021 .

LU Yinghua . Research on smooth switching and off-grid stable operation control of hybrid microgrid ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2021 .

TATARI M ， DEHGHAN M . On the convergence of He’s variational iteration method ［J］. Journal of Computational and Applied Mathematics ， 2007 ， 207 （ 1 ）： 121 - 128 .

TABUADA P . Event-triggered real-time scheduling of stabilizing control tasks ［J］. IEEE Transactions on Automatic Control ， 2007 ， 52 （ 9 ）： 1680 - 1685 .

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