基于动态风电穿透功率极限的黑启动方案制定

电网大规模互联提高供电的可靠性和运行的经济性,但也带来电网大停电的风险。一方面,自然灾害、设备故障、人为误操作等诱发大停电的因素无法根除;另一方面,新能源的大规模接入又增加系统的不稳定因素,这都使得事先制定黑启动方案成为必要。而具有启动功率小、启动速度快等优点的风电,如果能安全、平稳地参与黑启动,将大大加快系统恢复进程。为此,该文研究考虑风电参与的黑启动方案制定方法。首先提出动态风电穿透功率极限(dynamic wind power penetration limit,DWPPL)的概念表征系统在黑启动某时段接纳风电的能力。然后,建立求解动态风电穿透功率极限的机会约束规划(chance constrained programming,CCP)模型,并给出相应的黑启动方案制定方法。最后,以含风电的IEEE39节点系统为例,利用所提方法制定黑启动方案,并基于PSCAD仿真平台验证该文方法和模型的可行性和价值。     

考虑暂态稳定的风电穿透功率极限计算模型

为保证风电并网系统的稳定性,建立考虑暂态稳定的模糊随机机会约束规划模型计算风电穿透功率极限。针对风电出力和负荷的不确定性,模型中将两者作为模糊随机变量处理;模型中考虑暂态稳定约束时,根据发电机有功出力和转角的关系,通过时域仿真分析将系统的暂态稳定约束转化为发电机的出力限制约束。采用数学优化方法和时域仿真法相结合来求解所提模型。最后通过在IEEE14节点上仿真分析,证明了暂态稳定约束是风电穿透功率极限的关键约束条件之一。     

考虑风电参与的黑启动方案

风电具有启动功率小、启动速度快的特点,安全、稳定地利用风电将有效加快电力系统恢复进程。考虑系统调频能力和机组爬坡能力约束,提出基于机会约束规划模型的风电参与黑启动最佳接入量评估方法,并对风电接入时机进行评估。为了有效发挥风电的作用,提出考虑风电参与黑启动方案的优化方法,对风电接入和负荷恢复进行分时步协调优化,制定出风电参与的最优黑启动方案。以含风电的IEEE 39节点系统为算例验证所提方法的可行性和有效性。     

风电场黑启动储能容量优化配置：一种考虑储能运行策略的方法

风电在区域电网的占比越来越大。为了解决风电场在黑启动过程中的风电出力波动问题,提出了一种考虑储能运行策略的储能配置方法。首先,基于风电功率预测算法得出预测功率,并利用非参数核密度估计定义黑启动最小风功率概率密度以及黑启动可执行概率倾度,进而确定了黑启动时段。其次,根据储能在黑启动过程中补偿功率缺额和平抑波动作用制定储能运行策略。考虑储能运行策略对容量配置的影响,将储能额定功率和额定容量作为模型自变量,建立以补偿功率缺额最大化为目标函数的储能优化配置模型,并采用改进粒子群算法对模型进行求解。最后,以内蒙古某45 MW风电场数据对储能运行策略和优化配置模型的可行性进行了验证。     

直流受端电网暂态稳定协调优化控制方法

针对大容量直流闭锁故障导致的直流受端电网暂态频率和电压稳定问题,提出一种结合提升直流功率、交流滤波器投切、调相机强励磁以及切除负荷的多控制手段并行协调优化控制策略.应用轨迹灵敏度方法、结合PSD-BPA软件时域仿真结果计算暂态稳定裕度对各控制变量的灵敏度.根据直流有功功率与交流滤波器无功功率联锁关系推导了单一化函数约束表达式,以最小控制成本为目标、系统暂态稳定裕度为约束,考虑各控制变量控制成本差异和权重优先级,建立优化控制模型.基于C++平台设计实现了并行仿真计算与优化模型求解.以华东电网为例进行算例分析,验证了所提模型算法有效性.     

基于构网型风电机组和二极管整流单元的海上风电场黑启动策略

基于构网型风电机组和二极管整流单元(diode rectifier unit,DRU)的中远距离海上风电送出方案具有技术经济性优势。由于DRU必须在交流电压支撑下才能工作，并且其功率传输具有单向性，因此DRU或陆上电网均无法启动海上风电场。在这种情况下，构网型风电机组可以作为海上风电场的黑启动电源。首先，介绍了2种构网型海上风电经DRU送出系统的拓扑。接着，阐明了构网型风电机组的结构和控制策略，分析了风电机组并网启动时的自同步过程。然后，研究了海上交流系统的无功功率平衡，提出了避免风电机组启动时无功功率过载的措施，在此基础上提出了海上风电场黑启动策略。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了中频构网型海上风电直流送出系统和低频构网型海上风电交流送出系统的电磁暂态仿真模型，对海上风电场黑启动过程进行仿真，风电场平稳启动的仿真结果验证了所提基于构网型风电机组的黑启动策略的有效性。     

基于IGDT的网架重构过程中风电场出力调度

风电具有启动功率小、启动速度快等特点,在停电系统恢复过程中利用风电为其提供功率支持,可以加快系统负荷的恢复。由于风电出力的不确定性,需要对风电场出力进行调度,减小风电场出力的波动范围,在保证已恢复系统安全的前提下提高风电的利用效率。为此,文中提出了一种基于信息间隙决策理论(IGDT)的风电场出力调度方法。首先建立不考虑风电出力不确定性时的风电场出力参考值确定性模型,然后基于IGDT方法将确定性优化模型转变为考虑风电不确定性的风电场出力调度优化模型,再利用人工蜂群算法对优化模型进行求解,最后以IEEE 39节点系统和江苏实际系统为例验证了文中方法的有效性。     

基于实测参数辨识的双馈风机机电暂态建模研究

目前南方电网仿真中风电机组模型主要采用CE模型,与实际情况存在差异,急需开展基于实测数据辨识的风电机组机电暂态建模技术研究。本文主要介绍了PSD-BPA双馈风电机组详细控制模型,并结合现场实测数据完成了东风电气1.5 MW风电机组机电暂态建模与仿真,通过仿真与实测的比较验证了辨识模型的准确性和实用性。     

一种极坐标系的感应电动机三阶机电暂态模型

感应电动机负荷模型是电力系统暂态计算和稳定性分析的基础。通过理论推导计算,提出一种基于极坐标表示的感应电动机三阶机电暂态仿真模型。首先将感应电动机的转子暂态电动势相量表示为极坐标形式,然后将暂态电动势幅值和相角分别对时间求导,最后结合转子运动方程得到极坐标系下的三阶机电暂态模型。以IEEE 9节点系统为算例进行时域暂态计算,从动态功率响应特性及其故障恢复过程中对负荷母线电压影响的两个角度,与PSD-BPA机电暂态仿真程序仿真结果进行比较,验证了所推导电动机模型的准确性和有效性。     

考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略

为了提高停电后电力系统负荷恢复效率,具有调控优势且响应速度快的储能参与系统恢复已经成为必然趋势。现有研究中,储能主要是作为可再生能源的辅助电源,平抑可再生能源出力波动;大规模储能也可作为黑启动电源,为待恢复机组提供启动功率。但上述研究都侧重于利用储能的输出功率,而忽略了储能调频能力在提高系统安全性方面的作用,未能更大程度地提高系统的恢复效率。为此,文中提出了考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略。以恢复尽可能多的重要负荷为目标,考虑储能的功率特性、频率响应特性和其他安全约束,构建电力系统负荷恢复模糊机会约束模型;进一步通过清晰等价类将其转化为确定性0-1规划问题,并采用人工蜂群算法进行求解;以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析,仿真结果表明文中所提策略能够提高负荷恢复效率。     

多直流馈入系统功率调控与机组出力恢复协调优化

含多直流馈入的受端电网发生大停电后,充分发挥直流系统启动后的调控能力是加快负荷恢复进程的重要手段,同时对系统恢复控制提出了更高的要求。在此背景下,提出了一种多直流馈入系统功率调控与受端系统机组出力恢复协调优化方法。首先,从直流系统逆变站的功率调控特性和多直流馈入系统与送/受端交流系统的交互作用这2个层面分析多直流馈入系统的功率调控特性,并建立相应的功率调控约束模型;然后,以机组爬坡时间和直流系统功率调控时间最短为目标,综合考虑直流系统、送/受端系统的约束条件以及常规发电机组的恢复运行约束等因素,建立直流馈入量调整模型,计及系统功率平衡、电压和频率安全、旋转备用等约束,构建多直流馈入受端系统的机组出力优化模型。在此基础上,将该问题建模为双层混合整数线性规划模型,实现传统机组出力和各直流传输量的协调优化,最小化机组出力调整时间,并达到避免直流传输量小幅调整的调度目标。最后,以含多直流馈入的IEEE 30节点、IEEE 118节点系统以及含多风电场的IEEE 30节点系统为算例验证所提模型的有效性。     

基于轨迹灵敏度的紧急切负荷优化算法

超/特高压直流远距离、大容量输电使受端电网发生大功率缺额的概率增加。为防御失去大电源导致的电网安全稳定破坏,提出了一种兼顾暂态安全性和经济性的紧急切负荷优化模型,并设计了高效求解方法。优化模型以总切负荷代价最小为目标,计及暂态电压安全、暂态频率安全和切负荷量约束。暂态安全性均基于时域轨迹严格评估,是带时域参数约束的大规模非线性规划问题。分析了问题最优解的特征,针对带时域参量约束的非线性规划无法直接求解的问题,利用轨迹灵敏度将安全约束线性化,将问题转化为线性规划求解,并通过逐次迭代保证解的一致性。以实际省级电网为例进行仿真分析,验证了算法的有效性。     

基于改进粒子群优化算法的风电场最大接入容量计算

位于电网末端的大型风电场的接入极大地影响电力系统的安全,风电场最大接入容量研究成为风电场规划和运行的重要课题。根据静态安全约束和暂态稳定约束条件,提出一种基于粒子群优化算法的风电场最大接入容量的确定方法。通过改进粒子群优化算法,其全局搜索能力可进一步提高,并可避免陷入局部最优。通过在IEEE New England 39节点系统上的仿真计算,验证所提方法的有效性,同时还分析了其他影响风电场接入容量的因素。     

F级燃机调速系统建模研究与应用

在对某F级重型燃机调速系统负荷-频率控制策略、实际调频特性进行试验研究以及对现有电力系统仿真软件PSD-BPA所提供的调速器和原动机相关模型进行适用性分析的基础上,从电网频率安全要求出发,对调频性能满足电网需求的F级燃机建立了适用于国内主流调速系统的仿真模型和参数实测方法,仿真计算结果与试验数据对比表明该模型能够较好地仿真燃机的实际调频性能,随着燃机数量的增加,采用该模型进行电力系统仿真计算将能够较好地模拟燃机真实的负荷-频率特征,对完善电网仿真计算数据基础、电力系统暂态稳定分析、电网控制策略研究和制定电网安全预警控制措施等都将起到重要的作用。     

风电机组无功动态响应性能评价

风电场无功对电网有较大的影响,目前相关标准对风电场动态无功响应时间、持续时间提出了要求,却未对风机的无功动态响应性能提出要求,因此,提出风机无功功率响应时间、响应能力和支撑能力指标,实现对风电机组无功动态响应性能的定量评价。利用PSD-BPA仿真及实际风电场电压、无功运行监测数据对风机无功功率支撑能力指标的有效性进行验证。该指标值与风机暂态电压稳定极限值正相关,风机电压跌落深度越小,风机发出无功持续时间越长,该值越大,说明风机无功支撑能力越强。     

计及关键场景的超大规模电网暂态安全风险评估方法

为解决超大规模规划电网暂态安全风险评估时考虑的场景和多重故障不全面的问题，提出一种多重暂态安全预想故障筛选方法，并开发能应用于实际电网的软件。首先，文章建立基于改进K-means聚类的关键场景生成指标和算法；其次，从系统降维的角度提出多重故障筛选思路，建立考虑功角稳定破坏风险、电压稳定破坏风险的多重故障筛选指标和算法；最后，基于PSD-BPA潮流程序，开发超大规模电力系统故障集合平台。以实际规划电网为例验证所提方法的有效性。     

采用混合智能算法的含风电电力系统多目标优化调度

为了增强含风电电力系统的安全性和稳定性,提出一种计及运行风险及备用成本的含风电电力系统环境经济调度新模型。在目标函数中加入了系统运行风险指标和正、负旋转备用成本;增加了系统可靠性约束条件,确保了较低的系统运行风险,并同时获取正、负旋转备用量。采用一种新型高效的场景生成技术来描述风电功率的随机性。基于花授粉算法及差分进化算法提出一种具有时变模糊选择机制的多目标优化算法。将所提模型及求解方法在具有一个并网风电场的4机组系统中进行仿真。分析了各参数变化对系统运行的影响,并与其他两种启发式智能算法进行比较,验证了所提模型及算法的可行性和有效性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

双馈风机调频特性对系统暂态功角稳定性的影响

计及双馈风机(DFIG)调频特性,建立适用于暂态功角稳定性分析的DFIG等值阻抗模型。在含DFIG的扩展双机系统中,将其等值为含DFIG的扩展单机无穷大系统,基于等面积定则推导出极限切除角关于风电比例和调频控制中下垂系数的表达式,进而理论分析系统极限切除角随DFIG的风电比例和下垂系数的变化趋势,并结合功角特性曲线揭示其变化的内在机理。充分考虑DFIG低电压穿越特性和调频控制特性,在PSD-BPA中对DFIG进行详细建模,搭建了含详细风电模型的扩展两机系统和云南电网仿真模型,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果均表明,DFIG参与调频对系统暂态功角稳定性具有一定的改善作用。