“双碳”目标下未来配电网构建思考与展望

“双碳”目标推动下新能源快速发展,电力系统不同时空尺度下的能量和功率平衡面临着巨大挑战,亟需开展未来电网尤其是配电网路径构建相关研究。具有自平衡调节能力的综合能源网络——微能网可充分发挥电网在推动能源零碳/低碳化生产消费中的枢纽作用,将在未来电网转型升级中发挥举足轻重的作用。首先,总结对比了传统配电网、主动配电网、未来低碳配电网发展演进阶段和模式;其次,基于未来新型“源网荷”特征,提出一种通过构建微能网,并利用微能网单元与配电网互联互动,自下而上逐层演变的未来配电网构建思路,并给出了一种原子型未来配电网组网形态构想;最后,从不同角度对未来配电网演化构建的研究方向进行了展望。     

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

电动汽车应急救援站选址及资源配置

针对充电设施故障、车辆充电故障等因素会导致电动汽车无法充电,造成交通拥堵,威胁高速公路安全等问题,提出建立高速公路电动汽车应急充电救援站的策略,采用移动充电的形式对发生故障的充电站或车辆进行紧急救援。对应急充电救援站的基本职能进行探究,确定应急充电救援站选址的可靠性、经济性、时间最小性原则,在保证救援最大允许时间限度下,以救援站的建设成本与运行成本之和最小化为目标,优化选址方案,并根据充电站故障概率确定救援站中配备的充电车数量。8个充电站、12个救援站备选点的路网结构算例表明,该模型在保证救援时间的前提下,节约成本,满足经济性原则,证实了该选址定容模型的可行性。     

计及风机运行状态差异的风电场频率协同支撑控制

尾流效应会导致同一风电场内风机的调频能力各不相同,为了充分利用风电场内每台风机的调频能力以提升系统的频率表现,提出了一种计及风机运行状态差异的风电场频率协同支撑控制策略。所提控制策略分为2个阶段：在频率支撑阶段,采用无领导一致性算法使风机与邻近风机实时交换状态信息,实现合理的功率分配,并在此基础上自适应调整调频系数以保障风电场的安全运行;在风机由频率支撑阶段切换至转速恢复阶段,采用渐进转速恢复控制实现两控制间的平滑过渡,缓解二次频率跌落问题。以含风电场的4机2区系统和3端4区系统为算例进行仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略向上调频和向下调频的控制效果相比于集中式控制的优越性。     

国家电网公司直流输电工程控制保护系统运行分析

控制保护系统的运行情况直接影响着直流输电系统的安全稳定运行。文章通过翔实的数据对国家电网公司所属直流输电工程的控制保护系统(主要是ABB公司开发的MACH2控制保护系统)的运行情况进行了详细分析,总结了控制保护系统所出现的问题及国家电网公司为解决这些问题所采取的改进措施,并对今后我国直流输电工程的建设与运行维护提出了建议,对其它直流输电工程及相关制造商等有重要的借鉴意义。     

基于无功电流波形相关性的逆变型电源电站送出线故障方向判别原理

受逆变型电源弱馈、电源阻抗变化等故障特性的影响,使用正序电压或记忆电压作为极化电压的方向元件可能会出现误动作的情况。为了解决该问题,提出了一种基于无功电流波形相关性的故障方向判别原理。利用故障期间逆变型电源与同步发电机正序电流的差异,通过计算无功电流测量波形与参考波形的相关系数判断故障方向。当逆变型电源侧发生正向故障时,无功电流测量波形与参考波形基本一致;发生反向故障时,无功电流测量波形与参考波形存在显著差异。仿真结果表明：提出的保护判据在不同的故障情况下都能够可靠、灵敏地判断故障方向。     

基于波形距离系数的逆变站近区交流线路保护方向元件

逆变站仅有单回出线时,若逆变站近区交流线路发生故障,逆变站的复杂特性导致传统方向元件难以判别故障方向。文中对逆变站近区交流线路故障特征进行了分析。然后,指出了交流线路电流与交流边界元件电流时域变化量之间的相似特征,提出了利用测量电压、电流推算交流边界元件电流的电磁暂态计算方法。最后,利用时域中的交流线路电流与交流边界元件电流之间的波形距离系数在正方向和反方向故障下的差异,提出了一种新的方向判别原理,并通过大量仿真对其性能进行了验证。仿真结果表明,所提方向元件能准确识别故障方向,具有较高的可靠性和灵敏度。     

同轴圆柱SF6气体间隙直流绝缘特性及其影响因素

同轴圆柱是直流SF6气体绝缘设备的基本结构,研制了不同间隙长度和不同气体压力下直流SF6气体绝缘特性基础研究平台,通过试验研究建立了长间隙同轴圆柱SF6间隙直流击穿电压计算模型,对影响间隙直流绝缘特性的表面粗糙度、金属导电微粒、电极表面积大小进行了试验研究和分析。由与直流气体绝缘设备的电场不均匀系数和表面粗糙相似的电极得出的击穿电压计算模型,可为SF6气体间隙绝缘优化提供依据。     

SF_6/N_2混合气体用于GIS母线的研究与应用

GIS母线使用SF_6/N_2混合气体主要考虑气体的绝缘性能,已有研究成果表明,使用SF_6/N_2混合气体替代纯SF_6气体可显著降低SF_6使用量,在不降低绝缘性能的前提下减少温室气体使用量,但国内尚未在GIS上进行工程应用。国家电网公司响应国家节能减排号召,组织开展了SF_6/N_2混合气体用于GIS母线的研究工作,包括混合比、在运GIS母线替换为SF_6/N_2混合气体的适应性研究等,确定了SF_6/N_2混合气体GIS母线可采用统一的30%混合比,多个产品已通过型式试验和新产品技术鉴定,并在8座变电站开展了工程试用,为实现混合气体在GIS母线的推广应用奠定基础。     

干式SF_6气体绝缘换流变压器阀侧套管电流致热型放电故障分析及现场修复

为分析和诊断两例±500k V干式SF_6气体绝缘换流变压器阀侧套管内部放电故障,对放电前后套管绝缘特征量和解体后内部特征进行了测试和检查;通过模拟故障套管运行环温和加载特征谐波电流损耗,对套管载流导电管和绝缘子外套温度分布规律进行有限元仿真计算;故障套管直流电阻值、SF_6分解物含量、温度计算结果、解体后内部过热和放电痕迹表明:伊敏、宝鸡换流站两例套管放电故障均由载流导电管铜铝过渡接触电阻异常发热,尼龙导向锥过热分解物污染套管SF_6/环氧树脂界面绝缘所致。依据IEC标准规定的套管热点温度要求和故障套管温度场计算结果,提出了绝缘子外套最热点温度与环境温度差为25℃的内部发热缺陷诊断准则,通过第3例同型号异常发热缺陷套管对诊断准则进行了验证。对75支同型号套管利用研制的缺陷套管现场修复装置在不移动换流变和不整体拔出缺陷套管的前提下完成了现场修复。研究结果可为SF_6气体绝缘高压套管内部发热缺陷诊断和处理提供方法和依据。