利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略

风机增加辅助频率控制模块是解决新能源取代同步机导致的电力系统频率安全问题的一种方案,其中利用转子动能的调频模式可以使风机运行在最大功率点,经济性比功率备用模式更好。已有研究主要让风机通过虚拟惯量和频率下垂控制模拟同步机,却未充分利用风机控制灵活、可塑性强的优点,且未考虑风机转子动能限制及系统频率二次跌落。论文跳出虚拟惯量加频率下垂控制的传统框架,提出利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略。首先将风机输出功率曲线作为决策变量,通过优化得到最优功率曲线,然后设计对应的辅助频率控制策略,实现最优输出功率曲线。仿真结果验证所提策略的效果,并说明风机辅助频率控制不应局限于模拟同步机,而是有更优的策略。     

考虑风电降载的电力系统鲁棒备用调度模型

风电主动控制可抑制风电出力的波动,有效缓解系统备用压力。文中提出了一种考虑风电降载的电力系统鲁棒备用调度模型,考虑风电场和负荷功率预测误差的不确定性,引入风电降载比定量描述风电备用持有水平,建立风电场备用、旋转备用等鲁棒约束条件,同时根据对偶原理将鲁棒优化模型转化为确定性的数学规划问题,利用线性松弛技术和空间分支定界法寻找模型的全局最优解。最后,采用改进的IEEE 39节点算例验证模型的有效性。     

基于新增虚拟节点的系统受扰轨迹预测

提出了基于新增虚拟节点的多机系统受扰轨迹预测方法.首先从对系统受扰在线分析入手,结合状态估计或潮流数据,将系统降阶成只含有配置同步相量测量单元(PMU)测点的发电机节点系统,然后引入虚拟节点,通过该节点和各个保留节点之间的导纳改变,反映原系统中其他各个元件模型参数变化和网络拓扑参数变化,并利用毫秒级PMU量测对其进行修正,得到降阶后系统节点电压、电流关系传递矩阵,通过发电机方程和网络连接模型,与相应的发电机方程联合,实现系统受扰轨迹预测.10机39节点系统对该算法的验证表明了该算法的有效性.     

运用成本效益分析的风/柴/储能系统规划方法

提出了一种基于成本效益分析的风/柴/储能系统规划方法.该方法采用蒙特卡罗仿真计算风/柴/储能系统的可靠性指标,通过保持该系统的供电可靠性在某一水平下,用风力发电机(wind turbine generator,WTG)和储能系统来扩张系统容量以满足负荷增长,同时在考虑风电运行约束、风力资源、燃料价格以及相关设备安装和维护费用的前提下,运用成本效益分析找出风力发电机安装容量和能量储存容量的最优组合.实例系统仿真结果表明,该方法合理、有效.     

基于不确定网络理论计及经济性与可靠性的主动配电网规划

提出了基于不确定网络理论的主动配电网扩展规划模型。首先,考虑负荷与分布式电源出力时间分区相关性,构建特征概率不确定性集合;其次,建立统筹分布式电源、网架、静止无功补偿装置、变电站和有载调压变压器各设备的升级新建及其主动管理措施的经济子规划模型,并提出了适用于规划问题的两阶段整体最优可靠性方法,且通过二阶锥松弛将原模型转化为混合整数二阶锥规划问题进行快速求解。分别得到全过程多阶段经济和综合可靠性不确定性测度分布作为网架树权重。最后,利用不确定网络中最小生成树理论,搜索与理想网架树分布最接近的最优规划方案。改进的IEEE 33节点系统与IEEE 69节点系统算例验证了所提模型的有效性。     

含SVG直驱风电场降阶模型与宽频振荡抑制措施研究

在直驱风电机组状态空间模型、SVG状态空间模型的基础上,建立了含SVG直驱风电场并网系统降阶状态空间模型;分析发现直驱风电场内SVG可能引起宽频振荡。为了抑制含SVG直驱风电场内宽频振荡,提出了含SVG直驱风电场宽频振荡阻尼控制器设计方法。基于降阶状态空间模型,以目标振荡模式的阻尼比为目标函数,通过优化算法整定控制器参数。最后对含SVG直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和时域仿真分析,验证了宽频振荡阻尼控制器设计方法的有效性。     

适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型

目前,保护整定计算中,发电机常采用次暂态模型来简化计算,但该模型未考虑短路电流随时间的衰减,而后备保护具有延时特性,采用发电机次暂态模型进行后备保护整定计算将降低保护定值的精度。为提高后备保护整定计算的精度,提出了阶段式发电机模型,基于在后备保护典型时间节点处获取线路故障时发电机输出的电气量特性,得到该时间段等效的发电机静态模型,继而构成适用于后备保护整定计算的阶段式发电机模型。最后,在IEEE 39节点系统中仿真验证了该模型可以进一步提高后备保护整定计算的定值精度。     

Parallel computing of multi-contingencyoptimal power flow with transient stabilityconstraints

To deal with the high dimensionality and computational density of the Optimal Power Flow model with Transient Stability Constraints (OTS), a credible criterion to determine transient stability is proposed based on swing curves of generator rotor and the characteristics of transient stability. With this method, the swing curves of all generator rotors will be independent one another. Therefore, when a parallel computing approach based on the MATLAB parallel toolbox is used to handle multi-contingency cases, the calculation speed is improved significantly. Finally, numerical simulations on three test systems including the NE-39 system, the IEEE 300-bus system, and 703-bus systems, show the effectiveness of the proposed method in reducing the computing time of OTS calculation.     

基于dq统一频率变换的电力系统宽频带仿真与分析

随着高比例新能源电力系统的电力电子化特征凸显,电力系统宽频带仿真面临挑战.首先介绍了基于dq统一频率变换建模的基本理论,分析了基于dq统一频率变换建模与准静态相量建模的异同点.而后基于该基本理论,建立了同步发电机、双馈风力发电机和电力网络的多尺度仿真模型.进一步针对系统仿真和分析中的电网高维问题,提出了系统网络简化方法,降低模型阶数.最后采用IEEE 3机9节点算例,验证了所提仿真模型的准确性.仿真结果表明所提建模方法能够准确计算振荡模式下的宽频带仿真模型,弥补了电磁暂态模型无法计算小干扰稳定模式的不足,同时具备快速宽频带仿真能力,其准确性与电磁暂态模型一致,适用于大规模电力系统仿真与分析.     

采用储能电源辅助的暂态稳定紧急控制方法

为减少切机量并使暂态稳定紧急情况得到有效控制,提出采取切机措施同时联合储能电源进行暂态紧急控制的策略。推导了含储能电源的系统三阶等值模型,基于反步法计算中间控制变量的控制律,并进一步设计储能电源装置的暂态稳定非线性鲁棒控制器。在扩展等面积法(EEAC)的基础上提出一种参考切机量的简化计算方法。提出通过切机组合优化算法选择最优切机组合并在切除机组的同时投入储能电源。基于含储能两区域系统近似等效模型分析储能有效控制时段并给出了退出时间的计算方法。利用PSASP 7.0用户自定义(UD)模型搭建储能电源及控制器模型并接入WEPRI 36节点系统中进行控制器及控制策略有效性的验证。仿真结果显示所设计的控制器能够有效提高系统暂态稳定性,所提出的策略和储能电源切除时间计算方法能够达到减少紧急控制切机量和储能充放电次数的目的。     

Derivation of equivalents for dynamic security assessment

A method is described by which the order of interconnected power systems is reduced. When the system under study is composed of a main system and several subsystems connected to the main system, the method gives an equivalent model to each subsystem with far fewer generators, even when each subsystem is connected to the main system at more than one point. The paper also discusses the data that needs to be sent from each subsystem when it is expressed by a reduced-order equivalent model. A numerical example of a 250-bus and 61-machine system shows that the method is effective and causes no loss of accuracy. Although the proposed method provides an accurate reduced-order model, it is rather time-consuming, because it is based on the linearized dynamic equations of the system, and their eigenvectors are needed. This problem must be solved before practical use of the method can proceed.     

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。     

Output power leveling of wind turbine generator by pitch angle control using H∞ control

Effective utilization of renewable energies such as wind energy is expected instead of the fossil fuels. Wind energy is not constant and windmill output is proportional to the cube of wind speed, which causes fluctuating power of wind turbine generator (WTG). In order to reduce the fluctuating power of WTG, this paper presents an output power leveling technique of WTG by pitch angle control using H_∞ control, and the control input of WTG linear model is separated from the disturbance. The simulation results using actual detailed model for WTG show the effectiveness of the proposed method. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 162(4): 17–24, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20657     

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

考虑风力发电影响的配电网可靠性评估

风力发电机(wind power generation,WTG)凭借其发电灵活、环境友好等优势被越来越多地接入到配电网中,这给传统配电网的可靠性评估带来了一定影响。充分考虑风力间歇性、随机性的特点,提出了一种利用1a内的统计风速信息,根据WTG的功率特性曲线获得其输出功率,从而得到WTG的多状态模型的方法。在此基础上,采用改进最小割集算法对含WTG的配电网进行可靠性评估。以IEEE-RBTS 6母线系统为例,计算了WTG接入前后可靠性评估的各项指标,验证了WTG在改善电网可靠性方面的作用。     

多故障暂态稳定约束最优潮流的轨迹灵敏度法

将暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSC-OPF)计算过程分解为潮流、暂态稳定及轨迹灵敏度、降阶二次规划最优潮流3个子问题的交替求解。在迭代过程中,根据潮流和暂态稳定计算得到状态变量和代数变量时变轨迹;由此判断系统的稳定性,并计算失稳时刻状态变量和初始时刻代数变量对发电机有功和无功功率的轨迹灵敏度;据此将暂态稳定约束最优潮流问题转化以发电机有功和无功功率增量为独立变量的降阶二次规划最优潮流问题;求解这个二次规划模型得到发电机有功和无功功率增量。通过这种交替求解,最终能寻找到满足暂态稳定约束的最优潮流解。以此为基础,提出了不受故障类型和模式影响的多故障处理方法。新英格兰10机39节点和UK 20机100节点系统的计算结果表明,所提方法在计算精度和速度方面具有一定优势。     

主动配电系统中失联分布式电源差异化就地控制策略优化

随着主动配电系统中分布式电源渗透率不断提高,配电网运行对信息系统的依赖程度也不断加深。为降低通信故障场景下的电网运行风险,提出一种失联分布式电源差异化就地控制策略的优化方法。首先,基于故障模式后果分析法,建立通信故障场景与链路有效性状态的对应性模型,形成通信故障场景与链路失效对应性关联关系表。然后,考虑通信故障场景和源荷的不确定性,以包含电压越限、潮流过载(失负荷)的综合风险最小为目标,建立了分布式电源差异化就地控制策略的双层多目标优化模型,并采用区间潮流和智能优化算法进行求解。以IEEE 33节点系统作为算例,验证了策略的有效性,并分析了通信系统配置对策略的影响,研究成果可为主动配电系统中失联分布式电源运行策略的制定提供理论支撑。     

风力发电为主导的孤立发电系统可靠性评估

针对内蒙古的特定情况,采用以风力发电为主导的小型孤立发电系统提供电能,可保证供电可靠性、节省柴油燃料和保护当地的生态环境。本文所述的小型孤立发电系统以风/柴/储能联合发电的形式提供电能。文章采用序贯Monte-Carlo模拟法实现风/柴/储能发电系统的可靠性评估。根据风电场的风速历史数据,建立风电场的风速时间序列模型。由风速时间序列计算风力发电机的输出功率。在考虑机组随机故障的情况下,由发电机和负荷模型得到蓄电池的时间序列模型。针对样例系统,量化评估了仿真样本容量、蓄电池容量、蓄电池充放电率和风力发电机额定功率等,一些因素对风/柴/储能发电系统可靠性的影响。仿真结果可为风/柴/储能发电系统可靠运行提供依据,为政府及电力部门推广风/柴/储能联合发电向偏远地区供电提供依据。     

考虑群内运动和阻尼影响的系统模型研究

基于二群失稳模式提出了一种新的系统模型,计及了群内发电机的相对运动,并考虑了阻尼因素。假设同一机群内任意2台发电机转子角度相对该群的摆动呈线性关系,并据此对模型中的电磁功率表达式进行了化简。利用短时时域仿真数据作为输入,采用系统辨识法辨识模型参数,无需预先知道阻尼系数和机械惯性时间常数。对新英格兰10机39节点系统的仿真计算验证了该方法的准确性。该模型可应用于在线稳定预测。     

Optimal siting and sizing of intermittent distributed generators in distribution system

Intermittent distributed generators (IDGs), such as distributed wind turbine generator (WTG) and photovoltaic generator (PVG), have been developing rapidly in recent years. The output power of WTG and PVG highly depends on the wind speed and illumination intensity, respectively. There always exist correlations among the wind speed, illumination intensity, and bus load, which could have significant influence on the determination of siting and sizing of IDGs in distribution system. Given this background, a chance‐constrained‐programming‐based IDGs planning model, which can take into account the correlations, is developed in this paper. Latin hypercube sampling technique and Cholesky decomposition are introduced to handle the correlations. A Monte Carlo simulation‐embedded multi‐population differential evolution algorithm is employed to solve the developed model. Case studies carried out on the Baran & Wu 33‐bus distribution system verify the feasibility of the developed model and effectiveness of the proposed solving methodology. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.