高压直流输电系统最优设备选型模型和算法

对高压直流输电工程进行规划、设计时,优化选择设备的型号以取得最大的经济和可靠性效益已成为日渐重要的问题。基于成本效益分析原理,综合计及直流输电系统的可靠性和经济性,给出了高压直流输电系统设备最优选型模型及算法。分析了设备的投资费用、运行维护费用和系统停电损失费用等的计算模型,并在此基础上建立了高压直流输电系统设备最优选型的数学模型,该模型属于离散非线性优化模型,基于遗传算法给出了模型的求解算法。采用整数编码、自适应交叉率和变异率对遗传算法进行改进,并结合直流输电工程实际提出子系统可靠性保留技术,改善了算法收敛性和计算速度。对一单12脉接线高压直流输电系统进行了设备最优选型的算例分析。结果表明,该模型和算法可行,对高压直流输电系统的规划、设计中设备选型有重要的指导作用。     

基于可靠性的电力系统设备备用规划方法

提出基于可靠性的电力系统设备备用规划方法。它对设备可修复失效和老化失效2个模式均进行了模拟。讨论了2个备用分析方法:基于设备组可靠性判据和基于概率费用模型。2个方法可以互相配合,并整合成统一的步骤。用提出的方法所获得的设备备用方案,包括在长期规划期间应购置的备用设备数量和每个备用设备投入的时间。它也能提供短期的设备备用方案。它还能对设备备用方案进行概率的效益/成本分析,因而可以在决策中对其经济上的合理性提供定量的判断。用16台变压器组成的变压器组为例解释了方法的细节,这是在加拿大BCTC公司的一个实际应用。例子中得到2个长期和2个短期变压器备用方案,并对这些方案的可靠性水平和效益/成本比作了比较。所提出的方法和计算步骤能够应用到任何电力系统设备的备用规划。     

特高压交流和直流输电系统可靠性与经济性比较

文中量化对比分析了特高压交流和直流输电系统的可靠性与经济性。首先,分别将特高压交流、直流系统划分为不同的子系统,基于状态枚举法,计入元件备用影响等,分别建立了各子系统可靠性评估模型,其次,结合各子系统间的故障逻辑,分别建立了特高压交流和直流系统多状态可靠性评估模型,并采用状态枚举法求解。然后,综合计入投资、运维、输电损耗和停电损失费用等,建立了二者的经济性评估模型。最后,通过算例对比分析了二者的经济性和可靠性,结果表明:在相同输电距离下,交流系统的强迫能量不可用率低于直流系统;当输电距离超过1300 km时,交流系统的等效停运率大于直流系统;在不考虑停电损失费用的情况下,当输电距离小于1300 km时,交流系统经济性更优,反之则直流系统更好;若计入停电损失,在合理的输电距离范围内,交流输电经济性优于直流。     

计及静态安全风险的输电网短期综合扩展规划

为兼顾输电规划的经济性与可靠性,建立了计及静态安全风险的输电网短期有功和无功综合扩展规划的数学模型,模型中将线路与无功补偿设备投资的年值费用、年运行费用及年风险费用总和作为目标函数,计及了预想事故发生的概率和交流潮流约束。为了基于交流潮流模型进行静态安全风险评估,提出了一种基于有功静态安全域和电压灵敏度循环迭代的2阶段削负荷方法。首先确定最优校正性控制下的负荷削减量,进而用损失电量的社会产值来衡量风险费用。为应对模型求解计算上的复杂性,给出了一个2阶段寻优算法,该法不仅降低了原问题的求解难度,而且最终可获得若干数目的满意解,辅助规划人员决策。通过巴西南部46节点系统算例验证了模型的合理性和算法的有效性。     

基于GA的发输电合成系统最优可靠性计算新方法

将可靠性和经济性相结合,提出了基于总拥有费用法的发输电合成系统最优可靠性算法的总体框架,进而在概率安全性和概率充裕度综合评估基础上,将综合评估风险指标和可靠性经济评估理论相结合,建立了基于遗传算法和蒙特卡罗仿真相结合的最优可靠性计算模型和算法。算法使最终求得的各元件的最优解所对应的规划方案的总成本最小。最后对IEEE—RTS标准测试系统进行了计算,结果表明所提模型和算法是可行的。     

特高压直流输电换流变系统运行特点及备用最优切换研究

超高压直流输电系统中,换流变系统是影响直流输电系统能量可用率和可靠性的重要因素.详细阐述了特高压直流输电换流变系统的元件组停运模型、换流站单侧整体备用模式及换流变压器的两种故障模式等运行特点;研究了换流变系统备用最优切换模型,给出了停运换流单元备用启用最优组合的求解方法,算例结果表明按照备用启用最优组合对停运换流单元启...     

基于全寿命周期等年值成本的蓄热式电取暖方案经济性评估

蓄热式电取暖工程是推进清洁供暖的重大民生工程。然而,当前蓄热式电取暖方案经济性评估方法未考虑不同设备寿命的差异性,以及相关"煤改电"补贴政策等因素,易导致投资不合理,居民取暖成本过高等问题。提出一种基于全寿命周期等年值成本的蓄热式电取暖方案经济性评估方法。首先,建立蓄热式电取暖系统中主要设备模型;进而,提出基于全寿命周期等年值成本的蓄热式电取暖方案经济性评估方法;最后,通过典型算例验证本文所提方法的有效性。     

计及可靠性的电力设备全寿命周期成本管理

单纯依据设备投资费用进行设备选型有一定的局限性。基于设备全寿命周期成本(LCC)原理,结合资金的时间价值,介绍等年值的概念,提出电力设备全寿命周期成本的费用构成和计算模型。结合电力设备实际,给出了在LCC分析中,计及可靠性的设备投资、运行维修、停电损失等费用的等年值电力设备LCC的计算模型。通过实例进行的电力设备LCC计算分析,真实地反映了工程中现金流水平,证实了模型的正确性和工程实用性。     

考虑多维应用场景的MMC-MTDC系统拓扑选择和参数配置

针对基于模块化多电平换流器的多端柔性直流 (MMC-MTDC) 输电系统,提出考虑应用场景多维特征的拓扑选择和参数配置方案。根据时间特性、空间分布和资源容量3个维度的场景特征,建立考虑拓扑差异的多端MMC-MTDC输电系统全寿命周期经济性优化模型。提出改进的二阶锥规划(SOCP)松弛方法,将非凸的二次优化转化为SOCP,得出不同应用场景下经济性最优的拓扑结构,制定相应设备出力及线路容量等参数配置方案。参考中国张北柔性直流电网和舟山多端柔性直流输电工程参数,设计对应长、短2种输电距离典型应用场景的四端和五端MMC-MTDC输电系统。从全寿命周期内的总经济效益、新能源消纳率和网损大小3个方面对3种拓扑结构进行经济性分析,验证所提拓扑选型方法的效果。     

电动汽车充电站接入配电网的规划研究

电动汽车充电设施的规划是电动汽车推广的基础和重要保障。根据Q/GDW 10370—2016《配电网技术导则》中充换电设施接入的技术原则,要避免高峰负荷叠加,改善电网负荷特性,提高电网运行的经济性和可靠性。文章建立了以电动汽车充电站投资运行成本、配电网新增投资运行成本和损耗成本的费用年值总和最小为优化目标的规划模型,费用年值可以反映投资时间价值,是工程中常用的方案评价标准。针对该新建模型,提出改进的遗传算法求解。改进的遗传算法充分利用所求问题特点,基于特殊编码方式使得规划方案在迭代过程中始终满足辐射状和连通性要求,可快速求得电动汽车充电站位置、容量和接入系统的最优方案。通过算例仿真,验证了该方法的可行性和有效性。     

一种优化控制策略在基于电压源换流器的HVDC系统中的应用

文章阐述了基于电压源换流器(VSC)和脉冲宽度调制(PWM)技术的直流输电与传统的直流输电相比具有的诸多优点.在建立交/直流(AC/DC)并联输电系统模型基础上,提出一种优化控制策略,该控制策略将直流输电本身的控制与发电机励磁控制相综合,在系统发生故障时能同时稳定发电机和直流输电系统.还在相同的条件下对基于VSC的HVDC和传统的HVDC进行了仿真比较,仿真结果表明,在该优化控制策略指导下,前者在系统发生故障时体现了较好的阻尼特性,且该HVDC系统本身在该控制策略下也有较高的稳定性.     

直流系统可靠性故障树评估模型及应用

直流系统可靠性评估已变得日益重要。利用故障树分析的相关理论,根据直流输电的基本原理,从引起直流系统故障的原因入手,建立了高压直流输电系统的故障树结构,所建立的故障树结构,考虑了引起系统失效的所有事件和换流站内元件存在备用的情况,是一种有效的可靠性评估算法。     

基于电压突变量的同塔双回直流输电线路故障选线方法

同塔双回直流线路极线间复杂的电磁耦合关系,增加了其故障极线识别的难度。基于平行四线系统解耦理论,对同塔双回直流线路电压量进行解耦分析,提取出相互独立的一个同向量与三个环流量电压。在此基础上详细分析了同塔双回直流输电线路在不同故障类型以及不同极线故障情况下的同向与环流电压突变量的极性和幅值大小特征,进而利用同向与环流电压突变量极性和幅值大小的差异及相互间的关联关系,提出了一种同塔双回直流输电线路故障选线方法。基于实际同塔双回直流输电系统的PSCAD/EMTDC大量仿真结果表明,该方法准确可靠,且不受过渡电阻影响。     

基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器的设计

为提高高压直流输电系统的抗干扰能力以及模型辨识的准确性,提出了一种基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器设计方法。首先利用微分同胚映射将高压直流输电系统模型中的非线性因素作为系统的控制输入,利用线性最优反馈和非线性误差反馈率确定最优预控变量;然后运用扩张状态观测器来辨识所有不确定因素,从而实现非线性控制...     

一种新的优化协调控制在轻型直流输电中的应用

轻型直流输电是一种新型的直流传输技术，采用电压源型(VSC)换流站以及PWM控制技术。建立了轻型直流输电系统模型，提出一种在发电机励磁和轻型直流输电之间优化协调控制方法，用于改善系统暂态稳定和抑制系统故障后振荡。作为算例，该协调控制方法被用于含有轻型直流输电的多机系统，并将该优化协调控制与发电机励磁、轻型直流输电系统相互独立的控制做一比较，仿真结果表明，在系统大小扰动下，该控制能够给系统提供更好的阻尼特性。     

空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量分布的定量计算研究

空充变压器可能在邻近运行直流线路上产生电压和电流的50 Hz分量,存在引发50 Hz保护动作而导致直流降功率的风险。针对空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量的分布展开研究,为进一步制定合理的应对措施提供指导。分析了运行直流线路产生50 Hz分量的机理,并提出基于测试信号法的直流线路入口端谐波阻抗计算方法。在此基础上,研究了在不同运行方式下,空充变压器时运行直流线路沿线50 Hz分量的定量计算方法。以牛从直流的PSCAD/EMTDC仿真模型为例,利用上述方法进行计算,并将计算结果与仿真结果进行对比。分析结果表明,二者具有较好的一致性,这验证了所提定量计算方法的准确性和有效性。     

发电机励磁与高压直流输电的协调控制

针对包含励磁控制的发电机与高压直流输电的交直流互联系统,设计了发电机励磁与高压直流输电的协调控制器。首先建立整个系统的数学模型,然后利用非线性控制理论将系统精确线性化,并结合最优协调控制理论得出协调控制规律。最后应用EMTDC程序进行仿真,结果表明,上述协调控制器能有效地提高整个系统的稳定性。     

一种优化协调控制策略在VSC HVDC 中应用

随着大功率电力电子技术的发展和可工作在高频率开关状态的完全可控器件(如大功率IGBT，IGCT等)的出现，使得电压源型直流输电(VSCHVDC)成为现实，这种新型的直流输电技术和传统直流输电相比，体现了诸多优点。该文建立了一种适合于研究VSCHVDC基频下的运行与控制特性的VSCHVDC模型，并将该模型方程与电力系统微分代数方程统一起来。在此基础上提出一种VSCHVDC与发电机励磁协调控制策略，在AC／DC交直流混合系统中研究了该控制方式对各自的影响，仿真表明，采用该优化协调控制，发电机和HVDC在系统发生故障或者扰动后都能够快速恢复正常稳定运行，且该控制方式对于系统参数变化具有一定鲁棒性。     

模块化多电平变流器HVDC输电系统控制策略

建立模块化多电平变流器（modular multilevel converters,MMCl的电磁暂态数学模型以及采用MMC为变流器的高压直流输电系统（high voltage direct current,HVDC）直流侧电压的动态数学模型。在此基础上,分析HVDC系统的直流侧电压动态特性,给出HVDC控制器参数协调设计原则和算法。最后,基于PscAD／EMTDc的数字仿真结果证明了所提出的HVDC控制系统参数协调设计原则和算法的正确性。     

交直流混联输电系统充裕度评估的最优负荷削减模型

最优负待削减模型是交直流混联输电系统充裕度评估的重要组成部分.文中针对交直流混联系统运行条件复杂、运行约束多的特点和直流系统的运行特性,建立了以直流极功率方向系数为控制变量的最优负荷削减模型.该模型能有效计及互联电网间直流系统功率支援与功率调制功能,以及由运行条件约束导致的直流极投退等工程实际问题.同时,为克服平启动时...