基于功率传递的电网间同期并列理论

摘要： 介绍了电压源型换流器（VSC）通过功率传递实现电网间同期并列的方法和原理。阐述了并网装置在并网操作完成后通过相应断路器倒闸操作和控制策略转变拓展为FACTS装置的研究,对并网装置转换为UPFC、STATCOM及SSSC等实现对联络线潮流控制的方法,以及基于功率传递电网间同期并列方式转化为UPFC对覆冰线路融冰的应用方法进行了综述,对并网复合装置各元件参数的选取原则和计算方法做了总结。最后,对VSC-HVDC同期并网复合系统存在的问题以及研究新方向进行了展望。     

直流闭锁引发交流联络线功率波动的机理以及峰值计算

直流闭锁引发交流联络线功率波动本质上是一个阶跃扰动问题,直流闭锁激发出了两区域互联电网的振荡模式,因此应用二阶系统阶跃响应理论进行研究。由于区内直流闭锁和区外直流闭锁故障所对应的阶跃扰动量不同,故分别研究了区内及区外直流闭锁故障引发交流联络线功率波动的机理,给出了功率波动峰值的近似计算方法,总结了影响功率波动峰值的关键因素。以特高压互联电网实际系统为算例,分别采用所提近似计算方法以及电力系统仿真软件对交流联络线功率波动峰值进行了对比计算,结果验证了所提近似计算方法的可行性和正确性。     

两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算

提出两大区互联系统交流联络线功率振荡的线性化模型。基于2阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论,阐明联络线功率波动的机制,证明由功率扰动引起两大区电网交流联络线功率波动峰值的大小取决于两大区电网的惯性常数比和区域振荡模式的阻尼比。提出功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法。通过华北—华中互联系统特高压联络线的实测数据验证提出的模型、机制和算法的正确性和有效性。研究结论有助于掌握两大区互联电力系统联络线功率波动的动态特性,为互联电力系统运行方式的安排和控制措施的确定提供依据。     

弱互联大区电网联络线功率振荡研究

以华中华北两大电网特高压互联为大背景,研究大扰动(跳机、直流闭锁)下弱互联系统联络线有功功率波动峰值问题.结合实际振荡过程分析了联络线功率波动的特点.通过两机系统模型对联络线功率波动最大值进行了理论推导,分析了影响联络线功率波动峰值的相天因素.指出波动峰值与联络线两侧系统电磁功率突变量的差值成正比,与故障侧系统和对侧系统转动惯量的比值成反比.由于系统电磁功率突变量的差值与故障位置紧密相关,实际系统中故障地点距离联络线落点越近转移比越小.采用华中华北联网系统作为算例对相关结论进行了验证.     

基于随机波动模型的联络线波动功率幅值估算

大区域互联系统联络线负荷波动引起的不规则功率波动给系统运行带来巨大风险,有必要对波动功率大小进行分析和估算,为此,提出了一种基于随机波动(stochastic volatility,SV)模型的联络线波动功率幅值估算方法,通过建立描述负荷功率波动时序特征的随机波动模型,根据负荷波动与联络线波动功率的关系式计算计及功率波动时序联系的联络线功率波动幅值来统计波动功率幅值的概率分布以及均差和标准差。仿真结果验证了功率波动幅值估算方法的可行性。     

船岸一体化系统中岸电无缝接人与功率优化方法

针对船舶岸电一体化系统岸电接入时,船岸两侧电力系统的差异以及船舶负荷无缝切换的需求,提出了基于并网过程多时段划分的船舶岸电并网功率波动平抑策略,对合闸前、合闸时、合闸后、柴油发电机退出运行时间段分别提出针对性的控制策略,并结合综合能量管理系统(IEMS)的协同管理条件抑制在并网及负荷转供过程中出现的功率波动值,保护船岸两侧配、用电设备。仿真结果表明,所提策略能够实现岸船两侧电力系统的跟踪控制,并在保证负荷不间断供电的前提下完成变频电源分时段控制模式之间的平滑切换,达到了并网功率波动平抑的目的。     

基于功率传递的电网间同期并列理论与应用研究综述

介绍了电压源型换流器(VSC)通过功率传递实现电网间同期并列的方法和原理。阐述了并网装置在并网操作完成后通过相应断路器倒闸操作和控制策略转变拓展为FACTS装置的研究,对并网装置转换为UPFC、STATCOM及SSSC等实现对联络线潮流控制的方法,以及基于功率传递电网间同期并列方式转化为UPFC对覆冰线路融冰的应用方法进行了综述,对并网复合装置各元件参数的选取原则和计算方法做了总结。最后,对VSC-HVDC同期并网复合系统存在的问题以及研究新方向进行了展望。     

直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究

正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺额功率,可减小或抑制交流联络线上的随机功率波动。提出基于功率调节比的直流调制控制器性能指标,并采用改进的粒子群算法求取控制器最优增益,可使直流线路按预先给定的调节比部分或完全承担交流联络线上的随机功率波动。对华北-华中互联系统的仿真研究表明,直流功率调制为减小或抑制特高压交流联络线上的随机功率波动提供了一种有效手段。     

基于负荷波动特性的联络线随机功率波动幅值估计

特高压联络线上的随机功率波动已成为限制其输电能力的重要制约因素。以联络线的随机功率波动作为研究对象,通过对联络线传输功率的全微分表达式研究,探讨了两区域频率偏差变化与联络线随机功率波动之间的作用联系。接着根据系统的有功频率响应特性,基于负荷波动分析了联络线随机功率波动从扰动响应阶段到新稳态的两阶段动态变化过程。在此基础上,通过引入蒙特卡洛试验方法,研究并提出了基于负荷波动特性的联络线功率波动幅值的概率分布估算方法。该方法利用概率统计来估计互联区域负荷波动幅值的概率分布,进而计算其波动功率幅值的概率分布以及均差和标准差。对华中—华北特高压联络线随机功率波动幅值概率分布计算分析的结果,验证了该计算方法的有效性。     

基于功率传递原理的并网装置容量计算

在此针对基于功率传递原理的并网装置,提出了其容量的计算方法,以及各参数的选取原则和计算方法。研究了待并电网容量与并网装置配置容量的关系,为实际工程运用、设计及经济分析提供依据。通过仿真,提供了并网功能下的装置容量大小的优化选取。     

光伏并网发电功率波动与对策

分析了光伏并网发电功率波动对电网可能造成的危害及储能型光伏并网系统的运行工况,提出了并网功率的给定方法,即以光伏阵列输出功率进行低通滤波后的值作为参考并网功率,还详细分析了低通滤波器的设计、双向DC/DC变换器的功率控制,最后进行了仿真研究。仿真结果表明,采用此控制策略可以有效控制功率的波动,减小其变化率,即使光照波动较大,光伏系统输出的电流波形也很好,储能系统随着光伏阵列发出功率的波动而改变功率流动的方向和大小。     

平滑微电网联络线功率波动的储能系统容量优化方法

为了抑制高可再生能源渗透率并网微电网联络线功率波动对电网的不利影响,提出了用于控制微电网联络线功率输出的储能系统容量优化确定方法。在已知微电网可再生能源功率输出、负荷、可控电源额定功率及联络线功率控制目标的前提下,基于微电网平滑联络线功率所需可控功率输出的频谱分析结果,可优化选取满足联络线功率控制目标、微电网内部设备输出功率限制、储能系统效率及荷电状态运行约束的储能系统功率及容量。算例验证了所提方法的有效性。     

直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究

正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺额功率,可减小或抑制交流联络线上的随机功率波动。提出基于功率调节比的直流调制控制器性能指标,并采用改进的粒子群算法求取控制器最优增益,可使直流线路按预先给定的调节比部分或完全承担交流联络线上的随机功率波动。对华北—华中互联系统的仿真研究表明,直流功率调制为减小或抑制特高压交流联络线上的随机功率波动提供了一种有效手段。     

直流换相失败冲击下的两区域交流联络线功率波动峰值计算

随着未来多回大容量高压直流高密度接入交流电网,交直流系统间的相互作用变得更加复杂。基于二阶线性系统的冲击响应模型,阐释直流换相失败后的功率冲击对两区域交流联络线功率波动的影响机制;证明直流换相失败冲击下,两区域互联系统交流联络线功率首摆峰值大小主要取决于直流换相失败的功率跌幅和持续时间、交流互联系统区域振荡模式的振荡频率和阻尼比、区域电网的总惯性常数之比,峰值时刻主要取决于振荡频率;提出直流换相失败冲击下两区域交流联络线功率波动峰值的快速估算公式,并从能量守恒的角度进行了推导印证。通过对简单三区域交直流互联系统的仿真分析和华北—华中—华东互联系统直流换相失败的分析验证了所提方法的有效性。研究结果可为互联电网运行方式的安排和控制措施的制定提供依据。     

两区域互联系统交流联络线随机功率波动机制及幅值估计

正常运行时两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力。研究了随机功率波动的机制与波动幅值估计。基于系统静态频率特性,推导了两区域交流联络线功率波动的公式,阐明了联络线上的低频功率波动是一种稳态过程,是负荷随机功率波动在全系统中再分配后在联络线上的反映。提出了一种联络线功率波动幅值的概率模糊估计算法。首先通过概率统计的方法来估计系统频率波动幅值的概率分布,再通过模糊数来描述贡献因子的不确定性,最后通过模糊抽样和解模糊来得到联络线功率波动的均值和标准差。通过华北–华中互联系统特高压联络线功率的实测数据验证了所提机制和算法的正确性和有效性。研究有助于掌握两大区互联电力系统的随机功率波动特性,为制定抑制联络线功率波动的措施提供依据。     

考虑联络线功率波动的分割多目标输电风险分析

区域联络线上产生的不规则的随机功率波动给电力系统的安全运行带来风险。从考虑联络线随机功率波动对联络线传输容量裕度影响的角度出发,研究分析联络线输电功率越限风险严重度的评价模型和指标。同时针对常规无条件风险分析方法的不足,采用分割多目标风险分析方法,进行功率波动对联络线输电风险影响的研究,建立基于分割多目标风险分析方法的联络线输电功率越限风险评估框架,并通过仿真验证了其有效性。     

基于DMPC的联络线功率波动协调抑制方法

由于采用区域控制误差的区域自动发电控制对联络线功率波动的控制彼此相对独立,可能无法通过各自自动发电控制的协调来快速控制联络线功率波动。针对此不足,基于分布式模型预测控制理论,研究了一种协调区域自动发电控制以抑制联络线功率波动的方法。该方法在建立区域互联系统的有功频率分布式预测控制模型的基础上,通过在预测控制周期内求解抑制联络线功率波动的纳什均衡控制解,以实现各区域自动发电控制的在线优化控制协调,利用模型预测控制的滚动优化达到对联络线功率波动的快速抑制。仿真结果表明该方法具有良好控制效果,验证了其有效性和可行性。     

互联电网联络线随机功率波动统计特性与评价标准分析

正常运行时互联电网交流联络线上存在随机功率波动的现象。基于实际2大区互联电网的历史数据,分析了联络线功率偏差、频率偏差以及2大区电网区域控制偏差(area control error,ACE)的统计特性,结果显示：联络线功率偏差表现出良好的正态分布特性;系统频率偏差和正态分布存在较大差别,原因是电网的频率控制使得频率偏差大于0.03 Hz的概率减小;各控制区的ACE基本服从正态分布。文章认为联络线功率偏差由两端电网的ACE引起,可以通过两端电网ACE的均方根值和相关系数计算出联络线功率偏差的均方根值,从而得到对联络线功率偏差大小分布的估计。对目前采用的 T 标准进行了分析,得出结论：为实现联络线功率控制的目标,两端电网责任度阈值之和为2即可,不一定要求两端电网责任度的阈值都是1;两端电网责任度阈值的分配还需要综合考虑各种因素进行详细研究,以得到公平合理的方案。     

考虑空调负荷的微网联络线功率波动平抑方法

微网与电网并网后,其内部的可再生能源出力波动会对电网造成损害,需要配置储能装置平抑可再生能源出力的波动。作为温控负荷的一种,空调负荷具备一定的热存储能力,可将其视为储能装置。考虑利用空调负荷的储能特性,建立考虑空调负荷的微网联络线功率波动平抑模型。该模型引入不平衡电价对波动进行处罚,在满足用户热舒适度的前提下,通过合理安排空调的启停,平抑微网联络线上的功率波动。以联络线功率购买成本、联络线功率不平衡结算成本、空调用户激励成本等微网综合运行成本最小为目标。对联络线功率波动平抑效果进行了算例仿真,结果验证了所提模型的有效性。     

含大规模风电的互联系统联络线随机功率波动幅值估计

随着我国特高压电网的快速发展,大区电网实现互联是未来发展趋势。然而在特高压电网建设初期,互联系统的电气联系较弱,互联系统的联络线功率波动限制了其输送能力。文中提出了一种考虑负荷与风电随机波动特性的联络线波动幅值计算方法。首先深入研究了联络线输送功率的波动原理,给出了基于电力系统频率响应特性的联络线功率波动机制,并研究了风电与负荷波动的概率分布特性,在此基础上,提出了基于改进拉丁超立方抽样的联络线功率波动幅值估算方法。通过华北—华中互联系统算例分析验证了文中所提算法的准确性和有效性。