微网建模的研究

能源与环境问题已经的成为当今社会越来越突出的一个问题。微网作为一种小型的区域性电力系统,为解决能源与环境问题提供了一种有效的途径。有别于传统的配电网,微网汇集了分布式电源(DG)、储能系统、负荷和控制装置,其网络结构也不再是单一形式电源、放射状。本文介绍了微网的基本结构及其特点,然后基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立微网中的各种元件的模型,包括分布式电源的建模、输电线路的建模、负荷的建模及配电网主系统的建模,并分析经逆变器接口微电源的故障特征。     

含小水电配网负荷模型实用化方法

以含分布式电源的配网为主要研究对象,系统研究了分布式小水电的工作原理与运行特性,通过对湖南郴州小水电网络的调查,利用PSASP仿真软件构建了相应的含分布式小水电的仿真网络。分析了10kV小水电并网方式及动态响应特性,研究了小水电电源对配网侧综合负荷特性影响。在此研究基础上,采用加权平均聚合的归纳算法以及利用实际电网运营信息,对考虑配网的分布式小水电系统进行综合等效建模,并确定模型参数。从模型等效功角特性及功率外特性的角度,验证了所提等效模型及参数确定方法的合理性和实用性。     

计及需求侧响应的微网综合资源规划方法

针对微网的特性及发展趋势,将需求侧处理成一种可以主动参与微网规划与运行的电源(即负荷减少的等效作用),而不仅仅是被动接受电能的负荷,构建含需求侧响应具体措施——直接负荷控制建模的微网综合资源规划模型。以一个包含风机、光伏电池、蓄电池储能、柴油机及部分可控负荷(空调负荷)的微网为例,运用非线性规划工具求解综合资源规划模型,算例结果验证了该方法的有效性。通过需求侧响应主动参与规划削减峰荷,可以实现微网系统规划总成本最小的目标。算例的深入探讨给出了不同直接负荷控制策略、参数、成本下的对比分析,提出了规划建议。     

计及频率特性的实测负荷建模

在一些微网系统或较小的孤岛中,如果发生故障或存在特殊的冲击负荷,在负荷建模时同时考虑频率和电压特性,能够真实地反映实际系统的负荷动态特性。本文结合实际电网,改进综合负荷模型结构里静态负荷和动态负荷中与频率相关的部分,同时以电压和频率作为输入量进行负荷建模,将建立的负荷模型应用于实际系统进行仿真验证,并做泛化能力的分析,结论证明依据本文所提方法所建立的负荷模型贴近实际情况,并且证明了在某些特殊电力系统中应该考虑频率因素对负荷模型的影响。     

考虑频率特性的变频负荷模型研究

随着电力电子技术的发展,变频调速技术的使用也越来越广泛。因此,对于变频电机的建模与分析也得到了越来越多的学者的关注。另外,由于分布式电源的接入,频率对电网产生的影响较大,因此考虑负荷的频率特性也具有重要的意义。采用变频调速矢量控制法和动态相量法两种方法对考虑频率特性的变频电机模型进行建模,并与不考虑频率特性的异步电动机进行仿真比较分析,找出更符合实际的负荷模型。     

分布式电源的准入容量与优化布置的实用方法

分布式电源接入配电网后对电网节点电压、网络潮流、网损等方面带来的影响与分布式电源的准入容量及接入位置密切相关。应用静态负荷模型,以电压不越限与线路载流量为约束条件,建立了分布式电源准入容量与接入位置之间的函数关系。进一步以网损最小为目标函数,将准入容量纳为约束条件建立了分布式电源的最优布置函数关系,并针对典型的配电网负荷分布,提供了经简化的实用化计算函数。结论表明所研究的分布式电源准入容量与优化布置的实用化方法可以为快速准确地解决分布式电源在电网规划中的定址优容与定容选址等相关问题提供重要的参考决策。     

含电压源型逆变器和同步电机接口的微网控制

根据微电源类型的不同,其入网接口方式也可分为两种:电压源型逆变器（Voltage Source Inverter, VSI）接口和同步电机（Synchronous Generator,SG）接口。设计了一种包含这两种接口方式的微网控制策略。VSI接口采用针对有功功率限值的设定进行改进的下垂控制策略,并添加相应滤波装置使得控制更加精准。SG接口在下垂控制策略基础上改进输出所需机械功率及励磁电压驱动电机运行。二者之间无需复杂的通信环节,可实现功率输出自我调整,并使微网系统稳定在电能质量允许的范围内。为实现微网与大电网的无缝转接,设计静态开关（Static Switch, SS）使得电网、SG接口的微电源、VSI接口的微电源在彼此电压接近同频同相时接通。仿真算例验证了微网控制策略及静态开关设计的有效性。     

电网友好型微网经济运行分析

从传统的负荷侧挖掘电网运行潜力,分析电网友好型微网响应电网运行需要的能力。通过微网内各类分布式电源的优势互补,发挥电动汽车的移动储能功能消纳随机性电源出力波动性,使微网出力在一定范围内具有可伸缩性。建立了微网经济运行模型,分析微网响应外部系统负荷特性的能力。算例结果表明微网在协调各类电源出力的方式下可消纳其内部间歇性电源,并能良好地完成系统调度计划,可调度性潜力巨大。     

一种基于SOC的电动汽车充电过程等效电阻模型

电动汽车大规模接入配电网将对电力系统的运行产生显著影响,电动汽车不同充电阶段的充电负荷不同,建立电动汽车充电过程的准确等值模型将为分析其充电带来的影响提供理论依据。文章研究电动汽车充电,分析充电机基于充电功率的充电过程等效非线性电阻模型,进而建立基于电池荷电状态(state of charge,SOC)的等效数学模型,最后将电动汽车充电负荷接入典型低压配电网中,仿真分析了重载方式下电动汽车充电负荷与配电网感应电机负荷对配电网供电的影响,对比分析了充电过程的功率模型和SOC模型的准确性,验证其建模方法具有计算量小、原始参数易获取的特点。     

风柴储孤岛微网的风险评估体系研究及应用

以孤岛运行模式下的风柴储微网为研究对象,本文提出了一种全新的孤岛微网风险指标评价体系,即负荷损失指标(Load Loss Risk, LLR)和电源损失指标(Power Loss Risk, PLR),从用电和发电两个角度全面评估其风险水平。首先,对风柴储微网各元件进行建模,特别是采用马尔可夫链建立了风电机组多状态可靠性模型,体现了风速变化的连续性。其次,在微网各元件可靠性模型的基础上,模拟微网的运行情况,并采用全新的风险评估指标量化其运行风险。最后,以欧洲典型低压风柴储微网为例,算例验证了本文所提指标的合理性,并对不同风速、风机故障率、风电装机容量以及储能容量对微网孤岛运行风险的影响进行了灵敏度分析,所得评估结果可为风柴储孤岛微网的容量配置以及规划运行提供参考。     

计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法

基于分布式电源下垂控制、负荷静态特性和三相不平衡网络模型,提出了一种三相不平衡孤岛微电网的直接潮流算法。首先基于配电网直接潮流算法,并计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的影响,推导建立了三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法的计算模型。为了求解所提直接潮流算法的计算模型,提出了一种两层潮流迭代法,其中内层潮流迭代法用于求解除虚拟节点外的三相不平衡孤岛微电网的潮流计算,外层潮流迭代法用于更新虚拟节点电压和系统角频率。最后分别基于澳大利亚真实网络和25节点典型微电网开展多场景仿真分析,并将其与牛顿信赖域方法进行对比分析,仿真及对比结果表明所提算法能够快速准确地反映微电网的特点以及真实运行状态,并能够解决三相不平衡孤岛微电网的潮流计算问题。     

计及分布式电源功率特性的微电网经济调度模型

针对微电网能量管理所获分布式电源(DG)运行点常常不满足DG功率特性的局限,提出了一种计及DG功率特性的微电网经济调度模型。该模型基于解析几何线性化DG的PQ功率极限,与微电网经济调度模型集成并求解,有效计及了逆变型DG、双馈感应发电机、同步发电机的功率特性。在多时间尺度微电网经济调度框架下,对某微电网系统进行算例分析,验证了所提模型的可行性以及有效性,并在此基础上分析了不同的分段数对DG运行点可行域覆盖率的影响。     

考虑可削减负荷参与的含风光储微网经济优化调度

现有的微网经济运行大都以分布式电源及储能单元为可控变量进行优化调度,对微网负荷资源的管理关注较少。首先提出了微网中可削减负荷补偿代价模型,其次以微网运行一天综合经济成本最低为目标建立了可削减负荷、分布式电源、燃料电池联合优化调度的四种模式。以一典型微网系统为例,在Matlab环境下编写了优化算法程序,针对四种模式建立了能量优化调度策略,分析了四种模式下微网优化运行结果。仿真结果表明,微网与主网间的能量双向交互能明显降低微网的运行成本,可削减负荷的参与能够有效提高微网运行的经济性。此外,优化模型为微网中联合优化调度进一步发展提供参考依据。     

储能装置运行策略及运行特性对微电网可靠性的影响

储能装置可有效平抑间歇性分布式电源的出力波动,有助于提高系统运行的可靠性。然而,储能装置运行策略和运行特性的选取对系统可靠性水平有着重要影响。搭建了计及储能运行策略和运行特性的、更为精准的储能充放电模型,提出了基于序贯蒙特卡洛模拟法的风/光/柴/储微电网可靠性评估模型,并分别针对负荷点、系统和储能提出了一系列评估指标。通过对IEEE-RBTS标准算例系统进行仿真,分析了储能装置的运行策略、容量、最大充放电功率对微电网可靠性水平的影响,并评估了切负荷策略中位置权重系数对负荷点及系统可靠性水平的影响,评估结果可为微电网的优化规划提供有益参考。     

柴发主电源型孤岛微电网频率优化控制方法

针对以柴油发电机(Diesel Generator,DG)为主电源的孤岛微电网,存在负荷扰动下频率波动大、动态响应慢等问题,本文提出一种改进辅助调频方法以改善系统的动态响应过程。首先,建立了柴油发电机系统的模型,分析了柴发主要参数包括转动惯量、响应延时对柴发动态过程的影响。其次,提出储能(Energy Storage System, ESS)在下垂控制的基础上,增加惯量调频的方法进行辅助调频,并给出了适用于工程应用的储能辅助调频参数设计以及储能功率裕度设计方法,并通过建立柴储并列的小信号模型分析了该系统的稳定性。最后,搭建了柴储微电网的动模试验平台,试验结果表明,应对微电网内的静止负荷或者电动机类负荷,本文所提控制策略均可以有效减小系统在动态过程中的频率波动。     

考虑可中断负荷的微网能量优化

建立能量模型协调优化微网可靠性与经济性对系统经济效益的提高至关重要.考虑在并网模式和孤岛模式下都将可中断负荷纳入微网能量管理,优化各分布式电源DG(distributed generation)出力,并网时还包括微网与主网交换功率,使微网投资运行费用和补偿停电损失费用之和最小.该模型不但考虑了微型燃气轮机热(冷)电联供的发电特性,而且将热(冷)能供给优化转化为电能供给优化统一求解,回避冷热价格对模型求解影响,简化微网综合供能模型.以一个微网系统算例验证了模型和算法的有效性,计算结果表明该方法不但能确保微网负荷的可靠、经济供电,也有利于主网整体经济供电能力的提高.     

计及详细源荷模型的三相独立微电网连续潮流计算方法

连续潮流是电力系统静态电压稳定分析的基本工具,为更准确计及独立微电网中分布式电源和感应电动机模型对电压稳定的影响,文章建立了包含详细分布式电源和感应电动机模型的三相独立微电网模型。在分布式电源模型中考虑了下垂控制特性和非光滑约束,并对非光滑约束进行了光滑处理。针对上述模型,提出一种三相独立微电网连续潮流计算方法,预测环节采用切线预估法,校正环节利用投影牛顿法处理变量边界约束,避免了校正方向造成的数值问题。对13和15节点三相独立微电网系统采用所提方法进行连续潮流计算,分析了下垂控制特性、非光滑约束和详细感应电动机模型对独立微电网电压稳定的影响,验证了考虑详细模型的连续潮流计算方法的正确性和必要性。     

基于负荷组合与光伏电源匹配算法的微电网配置

微电网中的负荷与可再生电源的输出功率具有不同日分布特性,为此,建立了兼顾负荷侧与用电侧的微电网投资效益模型,提出了基于负荷与光伏电源功率匹配算法的微电网配置方法。通过构造有根树,对微电网供电可行域内的负荷组合进行遍历,评价不同组合下负荷叠加曲线对光伏电源发电曲线的适应度。根据适应度评价结果,划定微电网的最优供电区域。最后在此基础上,进行全年模拟运行,确定微电网内各微源和储能设备的容量,使投资效益达到最优。以RBTSBus6系统为例进行计算分析,验证所述方法的有效性。     

基于黑板模型的配电网故障恢复多代理协作机制设计

基于多代理理论,提出一种考虑负荷控制的含分布式电源配电网故障后快速恢复供电的多代理方法。构建了包含重要负荷代理、负荷全局控制代理、分布式电源代理、微电网代理的多代理系统,完成供电恢复策略的制定。引入黑板模型作为协调机制,并对黑板和知识库进行了模块化设计。恢复过程中每个代理寻找问题解部分,黑板组织协调各个代理行为,通过信息的更新与存储过程提高了信息利用率,这种协作机制既实现了并行计算,又避免了代理之间的不同步造成的信息滞留。算例表明,所述方法在处理配电网故障恢复问题时,恢复策略准确,速度快,具有高效性和实用性。     

考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。