An on-line distributed intelligent fault section estimation system for large-scale power networks

In this paper, a novel distributed intelligent system is suggested for on-line fault section estimation (FSE) of large-scale power networks. As the first step, a multi-way graph partitioning method based on weighted minimum degree reordering is proposed for effectively partitioning the original large-scale power network into desired number of connected sub-networks with quasi-balanced FSE burdens and minimum frontier elements. After partitioning, a distributed intelligent system based on Radial Basis Function Neural Network (RBF NN) and companion fuzzy system is suggested for FSE. The relevant theoretical analysis and procedure are presented in the paper. The proposed distributed intelligent FSE method has been implemented with sparse storage technique and tested on the IEEE 14, 30 and 118-bus systems, respectively. Computer simulation results show that the proposed FSE method works successfully for large-scale power networks.     

A DIAKOPTICAL TECHNIQUE FOR SHORT CIRCUIT STUDIES OF LARGE SIZE POWER SYSTEM NETWORKS

ABSTRACT

The paper presents a diakoptical technique for deriving the impedance matrices required for short circuit studies of large size power system networks by tearing the system into smaller subsystems by cutting appropriate tie lines. The bus admittance matrix is formed for the sequence networks of each subsystem and then modified later by means of diakoptics. The simulation of mutual couplings is taken into account in the zero sequence networks. Only columns of the impedance matrices corresponding to the faulted buses are computed in the proposed technique which is based on factorized bus admittance matrices and full exploitation of sparsity. The proposed technique can either be used in a single–processor computer for sequential solution of torn subsystems or in a multicomputer configuration for a faster solution by parallel processing of torn subsystems. Both symmetrical and unsymmetrical faults are studied by using the proposed technique which produces exact results as the untorn system. No iterative calculations are required as short circuit analysis is basically a linear problem. Included in this paper is a numerical example of a sample test system.     

Analysis on burst packet buffering of communication gateway between fast IP network and slow facility fieldbus

In the Internet of Things (IoT) age, fieldbuses for distributed embedded systems are often integrated with IP networks with gateways. Because of the vast difference in bit rates between both networks, buffering characteristics of these gateways are becoming important. In this paper, we modeled a fieldbus gateway using an M/M/1 queuing system for the transient packet buffering. Assuming burst packet arrivals at the gateway, time trends of the expected value and the standard deviation of the number of buffered packets were calculated analytically. Validity of our analysis was confirmed using computer simulation for CSMA/CD communications. Time trend curves for the expected value and the standard deviation matched within 5% and 20 %, respectively. Our transient analysis method provides a practical estimation method for the transient performance of the fieldbus gateways. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Optimal siting and sizing of distributed generation accompanied by reconfiguration of distribution networks for maximum loss reduction by using a new UVDA-based heuristic method

A great number of methods have been proposed for distributed generation (DG) placement in distribution networks to minimize the power loss of Medium Voltage (MV) lines. However, very few researches have been done for network configuration in parallel with the DG siting and sizing for the maximum system loss reduction. In this paper, a heuristic method based on “uniform voltage distribution based constructive reconfiguration algorithm” (UVDA) is proposed for the simultaneous reconfiguration and DG siting and sizing. The results obtained from the application of the proposed method on two well-known distribution networks and a real network clearly verify the robustness of the contributed technique. The simulation results demonstrate that the proposed approach is able to find the best solution of the problem found so far. Also, the presented method is applicable to real large-scale distribution systems to find the optimal solution in a very short period of time.     

A Synthesis Method for One-Port and Multi-Port Equivalent Networks for Analysis of Power System Transients

Equivalent networks can be used in power system simulation to reduce simulation equipment or computer time and memory space. In this paper, an iterative method is developed for synthesizing one-port equivalent networks by the removal of poles corresponding to resonances of the driving-point impedance or admittance function. This results in networks formed by the series or parallel connection of modular RLC circuits. The RLC values are calculated using a parameter-optimization technique. Multi-port equivalent networks are first configured as ? or T forme composed of one-port network branches and the latters are then synthesized by the proposed method for one-port equivalent networks.     

主动配电网低压分布式光伏连锁故障分析

分布式光伏发电系统大规模离散式接入配电网的趋势日益明显,电网节点光伏渗透率升高,功率传输流向发生改变,影响配电网电压分布。含分布式光伏发电系统的主动配电网模型通常是在单一节点处并联等效光伏电源模型,难以体现分布式电源离散性分布的特点。为此,建立含低压分布式光伏发电系统的主动配电网仿真模型,模拟低压分布式光伏系统脱网所引发的配电网电压波动以及各节点分布式电源连锁故障。基于牛顿-拉夫逊法潮流计算原理,提出关于节点功率变化对配电网电压分布影响的分析方法;仿真结果表明,低压分布式光伏发电系统连锁故障的分析方法能够较为准确地描述相应主动配电网在电压跌落情况下的连锁故障情况。     

维持局部孤网稳定切换的网源荷分布式协调控制方法

由于土地、发电资源等条件的限制,现代大型城市主要由外部电网进行负荷供电,形成大型受端城市电网。大型受端城市电网与主系统解列后,功率不平衡会导致频率下降,甚至可能引发网络崩溃,维持其稳定切换以形成局部孤网供电具有重要的理论和现实意义。网源荷协调控制是维持局部孤网稳定切换的关键,然而,对于局部孤网,尤其是非计划形成的局部孤网,是较难实现集中式协调调控的。鉴于此,引入分布式多代理系统,提出一种无需集中控制器的网源荷分布式协调控制方法。有别于依赖集中控制器、且通信结构复杂的传统集中式控制方法,分布式协调控制在仅依靠相邻节点通信的状况下,通过改进的平均一致性算法获取电网运行全局参数,实现网源荷全局协调控制。该控制方法能够较好地适应网络结构变化,挖掘网源荷协调潜能。同时,提出的改进平均一致性算法具有更好的收敛性能,为局部孤网切换时的频率和电压控制提供快速全局数据支撑。基于PSCAD/EMTDC和Matlab仿真平台,在典型工况下对网源荷协调控制策略进行分析和验证,结果表明所提出的改进平均一致性算法和分布式网源荷协调控制方法能够维持局部孤网稳定切换。     

南方电网交直流系统的简化方法

为了在PSCAD/EMTDC中搭建南方电网交直流系统,研究南方电网交直流动态特性,提出了简化南方电网大规模交直流系统的方法。该方法保留交直流系统中500 kV电压等级的主干网架、直流线路以及直流换流站与主干网架的交流通道,而对交流系统220 kV及以下电压等级的低压网络进行简化等值。具体包括以下步骤:首先对主干网架上的500 kV母线进行无误差的简化;然后对系统中所有500 kV母线进行扫描,确定每个500 kV母线所连的低压网络;最后对每个500 kV母线下的低电压等级网络进行简化,对等值发电机和负荷的动态参数进行聚合。使用文中所述方法对南方电网交直流系统进行简化。动态仿真结果及误差分析验证了该方法的有效性。     

基于自适应步长ADMM的配电网分布式鲁棒优化调度策略

以光伏、风电为代表的分布式电源具备较强的不确定性,其规模化、分散式地接入配电网,为系统资源的统一调控带来了严峻挑战。为实现配电网多类型分布式资源的协调调控,提出一种基于自适应步长交替方向乘子法的配电网分布式鲁棒优化调度策略。首先,构建配电网多层级代理系统,为配电网优化调度提供分布式运营架构。其次,建立基于可调鲁棒算法的配电网优化调度模型,提出鲁棒成本系数优化分配方法,实现调度策略保守性及经济性的合理平衡。在此基础上,基于自适应步长交替方向乘子法建立配电网分布式优化模型,并完成调度策略的高效求解。基于改进IEEE-33节点系统的仿真结果表明,所建立的分布式优化模型具备优越的收敛性能,所提鲁棒成本系数优化分配方法可有效提升调度策略的经济性。     

主动配电网分布式经济调度系统的时延稳定性分析

分布式经济调度模式具有更好的鲁棒性、更快的计算速度和更少的通信量等优点,适用于高渗透率分布式电源接入的主动配电网。但分布式模式下各单元之间通信的时延将可能破坏系统的稳定性。因此对采用分布式经济调度策略的主动配电网的时延稳定性进行了研究。首先,引入虚拟分布式电源,设计了主动配电网完全分布式的经济调度策略。然后,建立了采用该分布式经济调度策略下主动配电网对称/不对称时延下的稳定性分析模型。同时利用Lyapunov稳定性定理和自由权矩阵方法得出具有更低保守性的系统时延稳定判据,并通过线性矩阵不等式计算时延系统的稳定裕度。最后,通过IEEE-14节点配电网系统中的仿真算例验证了所提分布式经济调度控制系统时延稳定性分析和时延稳定裕度计算方法的正确性和有效性。     

考虑安全约束的交直流配电网储能与换流站协调经济调度

直流配电网技术的发展,为分布式电源、储能的接入提供了更高效的方式,同时也使配电网呈现出交直流混合的拓扑形态。提出了基于安全约束的交直流混合配电网储能与换流站协调经济调度方法,通过优化换流站的无功调节与储能的充放电,一方面能确保配电系统安全运行,另一方面在输配分离的电力市场环境下可最小化供电公司从上级电网购电的成本。另外,交直流混合配电网经济调度模型属于混合整数非线性规划,缺乏快速有效的求解方法,通过线性化技术将原模型转化为能有效求解的混合整数线性规划问题。最后,通过算例测试验证了所提方法的效果及求解的快速性。     

基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术

随着分布式电源等复杂设备的接入,针对配电网暂态过程的分析逐步依赖详细建模和电磁暂态仿真。图形处理器(GPU)等细粒度并行计算设备可显著提升配电网的电磁暂态仿真效率。提出了一种基于GPU的并行仿真技术,在GPU中加速了对大规模配电网系统的电磁暂态仿真。首先,将配电网电磁暂态仿真的计算过程分为异构计算、同构计算和网络求解三部分,并分别建立了细粒度并行计算模型。其次,针对上述三种计算模型,分别设计了基于分层有向图的异构计算核函数,基于积和熔加计算的同构计算核函数以及基于矩阵运算的网络求解核函数,最终实现了完全基于GPU的配电网电磁暂态仿真。对大规模配电网算例的仿真结果表明,所提出的细粒度计算模型和仿真算法可在保证仿真精度的前提下,提升在GPU中进行大规模配电网仿真的效率。     

适用于交直流系统电磁暂态仿真的三序网络动态等值方法及其在华东电网的应用

电磁暂态仿真能准确模拟交直流系统在不对称故障下的动态特性，为减小仿真计算量，提高仿真效率，需对大规模系统进行等值简化。提出了一种适用于交直流系统电磁暂态仿真的三序网络动态等值方法，该方法基于物理等效的动态等值技术，改进了低压网络标准等值结构，考虑了不对称短路故障时的负序和零序电流，采用了一种工程实用的等值发电机参数聚合和控制器模型选取方法，实现了等值前后主网各序网络阻抗相等，提高了等值系统在不对称故障下的仿真精度。该等值方法在网络简化过程中不会产生负电阻支路，同时避免了等值变压器负电阻和负电抗的出现，等值后的系统可直接用于电磁暂态仿真。最后开发了相应的等值软件，并将其应用于华东电网，等值结果验证了所提方法的有效性。     

Calculation of magnetic fields from electric power transmission lines

The conventional method is applied for computation of magnetic fields around multi-phase AC lines where each subconductor is represented by a filament current extending along its axis. The method is checked against a more accurate efficient method based on the simulation technique. In this technique, each subconductor current is simulated by a finite number of filamentary line currents distributed within the subconductor. The number and coordinates of the simulation currents are not arbitrary but dependent on the number of subconductors and their arrangement in space. The ground-level magnetic-field profile is almost the same whatever it is calculated by the simulation technique or by the conventional method. However, the distribution of the magnetic-field intensity around the phase conductors calculated using the simulation technique is symmetrical around the periphery of the outer phase conductors in comparison with the asymmetrical one obtained by the conventional method. The present calculated components of the magnetic flux density agreed satisfactorily with those measured and calculated before underneath three-phase single- and double-circuit transmission lines.     

基于 Matlab/Simulink 的电力系统仿真工具箱的开发

详细介绍了电力系统暂态仿真软件的开发原理,并在此基础上开发了一个基于 Matlab/Simulink 的电力系统仿真工具箱(power system simulation toolbox,PSST).该仿真工具箱目前可完成潮流计算,小干扰稳定分析和动态时域仿真等方面的分析和研究,具有使用方便、可扩展性强等优点,克服了常规的大型商业化软件难以添加新模块的缺点,能够无缝地以 Simulink 模块的形式添加自定义新模块.此外,还可以根据实际仿真精度的要求灵活选用合适的 Simulink求解器进行仿真求解而无需修改仿真模型.通过对同一个新英格兰系统进行时域仿真,将 PSST 和电力系统工具箱(power system toolbox,PST)的仿真结果进行了分析对比,验证 PSST 仿真结果的有效性和准确性.最后以静止无功补偿器的广域附加阻尼控制器的设计为例阐述了用PSST设计控制器的基本原理和方法.可以看出,PSST 非常适合用于电力系统控制方面的研究     

利用自适应校正设计的同步发电机神经控制器

电力系统是大规模非线性系统,其不确定性、快速动态等特性一直是稳定控制中难以解决的问题。神经网络控制由于具有自组织性、自适应性、容错性等性能,近年来在控制领域取得了很大的发展。文中介绍了一种新型神经控制器,该控制器应用自适应校正设计的原理,选用基于控制网络的启发式动态规划(Action-DependantHeuristicDynamicProgramming),设计中利用控制网络与校正网络交替训练的方法进行控制器的优化,具有结构简单,不依赖于受控系统的优点,并且能够实现在线学习。以单机无穷大系统为例,在Matlab/Simulink环境中对系统不同运行方式进行仿真,将该神经控制器同传统控制器进行对比,结果显示前者能够对系统振荡进行更好的阻尼,并且对不同工况保持稳定一致的控制效果,体现了很强的鲁棒性。     

下垂并网逆变器网络的慢同调与聚合方法

近年来,同调等值方法被广泛应用于大型系统的动态等值中,得到的降阶模型能够准确反映系统的动态响应,其中,代表性的慢同调算法具有对故障位置和严重程度不敏感等优点。然而,由于模型限制及准确性差的问题,使得传统慢同调算法难以应用于分布式发电网络中。为此,提出了一种适用于下垂控制并网逆变器网络的慢同调与聚合方法,依据奇异摄动理论建立慢同调模型并分析阻尼的影响,以解决下垂控制逆变器网络的适用性问题。同时,将模糊C均值空间聚类算法用于模态矩阵的空间向量,以达到准确识别同调电源的目的。最后,应用聚合方法建立降阶模型,并通过对10台并联逆变器的仿真验证了所提方法的有效性。     

基于径向基函数神经网络的在线分布式故障诊断系统

作者建议使用分布式智能系统解决大规模电力网络的实时故障诊断问题,并为此提出了一种新的基于最小度排序的图形分割方法,它能够将大规模电力网络有效地分割为给定数目的连通子网络,并且各子网络的故障诊断负担近似相等,同时每个网络边界元件的数目最小。然后用径向基函数神经网络完成各子网络的故障诊断。所提出的分布式智能故障诊断系统已使用稀疏存储技术编程实现,并在IEEE14母线、30母线和118母线系统中进行了仿真研究。计算机仿真结果表明该故障诊断系统能有效地解决大规模电力网络的故障诊断问题。     

基于分布式共识协同的光伏逆变器电压控制策略研究

为了解决大规模分布式光伏接入配电网导致光伏并网点出现电压越限问题,提出了一种基于分布式共识协同(distributed consensus collaboration, DCC)的光伏逆变器电压控制方法。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式,利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率,实现对光伏并网点电压的控制。分布式协同共识是将接入系统的光伏有功功率输出与光伏最大输出跟踪比作为状态变量,通过分布式共识协同算法实现下垂控制启动参数的调整和光伏逆变器之间的电压协同控制。通过一个含分布式光伏的真实馈线系统进行算例验证,基于德国DIgSILENT软件进行仿真。结果表明,所提电压控制方法能有效抑制光伏并网点的电压越限问题,并在电压调节过程中降低光伏有功功率出力的削减,提升光伏逆变器的无功功率调节量。     

基于逆Broyden拟牛顿法的分布式暂态稳定仿真算法

基于调度中心间的广域通信网络进行分布式暂态稳定仿真,需要尽可能减少协调计算过程所需通信次数,以克服较高通信延时对仿真效率的影响.文中提出了一种基于逆Broyden拟牛顿法的分布式暂态稳定仿真算法.该算法采用节点撕裂法对互联电网进行切分,并采用逆Broyden拟牛顿法求解边界协调方程,从而实现暂态稳定仿真分解协调计算.对IEEE 39节点系统和东北一华北一华中联网系统的测试结果表明,所提出的算法具有较高的计算准确性和收敛速度,即使在高延时广域通信网络中也可实现超实时仿真,具有较强的实用性.