考虑双通道随机时延的区域互联电网AGC方法

在区域互联电网网络化自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)过程中,信息传输在双通道(如控制器到执行器(C-A)、传感器到控制器(S-C))均存在时延问题。基于模型预测控制(MPC)技术,拟利用其预测特征,通过控制过程中信息的存储与处理,消除双通道随机时延对控制效果的负面影响。首先,在考虑双通道时延的前提下,构建互联电网AGC系统模型,并就时延的存在对控制效果的影响进行了分析。然后,针对互联电网AGC系统的控制模式对集中式MPC(CMPC)的实现方法进行了讨论,分析了在CMPC框架下双通道时延的处理方法。在此基础上,分别以阶跃与随机负荷曲线为扰动变量,获取互联电网频率及区域控制偏差曲线。仿真结果表明在考虑互联电网AGC系统双通道随机时延的情况下,所提方法能够保证系统良好的动态响应性能,从而验证了其可行性和有效性。     

基于双层XGBoost和数据增强的空间负荷预测方法

为了解决空间负荷预测面临的特征变量众多和数据匮乏问题,文中提出一种基于双层极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)和数据增强的空间负荷预测方法。该方法首先将待预测区域按馈线供电范围划分为若干子区域;其次构建基于双层XGBoost的特征选择模型,第一层XGBoost对特征进行评分及排序,将组合特征和负荷输入第二层XGBoost并进行子区域负荷预测,根据子区域负荷预测结果选择每个子区域的最佳特征变量;然后利用生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)增强每个子区域的训练集样本,并通过极限学习机(extreme learning machine,ELM)实现子区域预测;最后将每个子区域的预测值相加得到待预测区域的预测值。以上海市局部区域为例,对文中方法进行仿真实验和对比分析。结果表明,文中方法可同时解决特征变量选择和数据匮乏问题,具有更高的预测精度。     

基于模型-数据融合驱动的频率响应分析方法

综合考虑基于模型驱动以及数据驱动的电力系统频率响应分析方法在实时应用中存在的计算速度、计算精度及泛化能力等方面的矛盾，提出了一种基于模型-数据融合驱动的频率响应分析方法。该方法在建模过程中，选取系统频率响应模型作为基于模型驱动的频率初测模型，对系统的频率响应动态过程进行初步预测；选取由粒子群算法优化参数后的极限学习机模型作为基于数据驱动的频率修正模型，对初测频率响应进行误差修正。在保证计算速度的前提下大幅提高计算精度，同时减少模型对样本数据的依赖程度，提高融合模型的泛化能力。通过WSCC 3机9节点测试系统进行仿真算例的设计与分析，验证了该方法可以快速准确地计算扰动后的电力系统频率响应动态过程，并具有良好的泛化能力，可为电网的调度控制提供辅助决策，以防止系统出现频率崩溃事故。     

基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测

新能源大规模并网使得新型电力系统的暂态频率响应特征更加复杂,现有频率在线预测方法难以兼顾准确性和及时性。基于此,提出基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测方法。首先,基于长短期记忆网络,离线训练多个具有不同长度时序数据输入的频率曲线循环预测模型;其次,利用参数辨识方法离线建立各发电集群的通用等值频率响应模型,在此基础上构建系统有功-频率物理机理快速分析模型;最后,串行融合前述频率曲线循环预测模型与有功-频率物理机理快速分析模型,并提出“可信度量化评估指标”,实时分析在线预测过程中不同评估时刻下预测结果的精度,自适应调整输入时序数据长度,直至预测结果满足要求并输出。含风电的IEEE39节点系统的仿真结果表明,所提方法在不同风电渗透率或不同扰动下均能快速、准确地预测暂态频率响应曲线,相较于其他在线预测方法具有更优的评估性能。     

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要，而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点，其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型，结合新能源场站的通用频率响应模型，建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型，在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后，基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后，在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真，结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点，且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值，验证了模型的准确性和通用性。     

基于改进频率响应模型的低频减载方案优化

低频减载(under frequency load shedding,UFLS)是防止电力系统频率崩溃的有效手段之一。在经典系统频率响应模型(system frequency response,SFR)的基础上,建立改进频率响应模型,考虑了旋转备用容量、静态负荷模型及水轮机组调速系统的影响,并引入低频减载模块。建立一种基于PV曲线和负荷频率特性的综合指标,指导减载地点的确定及减载量的分配。提出了基于改进频率响应模型及节点综合指标的低频减载方案优化方法。仿真分析表明,改进的频率响应模型能够较好地描述系统有功-频率动态过程,提出的低频减载方案优化方法能够在保证系统频率稳定的前提下,有效地减小切除负荷量及提高频率恢复水平。     

面向频率响应容量规划的快速随机生产模拟算法

在新型电力系统频率响应容量规划中，由于需要计及频率动态过程而进行时域仿真，已有仅考虑供需功率偏差的随机生产模拟方法已不再适用。针对新型电力系统的多资源结构，设计了包含风电、火电、燃气轮机发电、水电以及储能设备等资源类型的随机生产模拟算法框架，基于参数聚合与惯性环节拟合，建立了多资源的系统频率响应聚合模型，通过系统开环实现对最大频率偏差的解析分析，进而达到频率动态过程快速分析的目标。仿真算例表明：与基于时域仿真的传统方法相比，所提方法在满足计算精度的前提下，计算效率显著提升，可较好地满足快速频率响应备用容量规划制定的需求。     

基于XGBoost-MTL的综合能源系统多元负荷预测

精确的多元负荷预测是综合能源系统(integrated energy system,IES)优化调度和稳定运行的前提。针对IES中多元负荷之间耦合关系复杂以及影响负荷预测的因素众多等问题,文中提出一种基于极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)与多任务学习(multi task learning,MTL)的多元负荷预测方法。首先通过XGBoost重要度排序得到各影响因素对于多元负荷的贡献度,依据贡献度来选取影响负荷预测的关键性因素作为预测模型的输入,保证了输入特征对于多元负荷预测有效的修正作用;其次以门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)作为共享层来搭建MTL预测模型,各子任务通过共享信息来有效利用各负荷之间复杂的耦合关系;最后以上海某综合能源站的负荷数据为例对文中所提模型的有效性进行验证。结果表明:该模型能够适应实际综合能源系统中各类负荷的变化,有效提高预测精度并减少训练时间。     

基于系统频率响应特性的“三华”电网交换容量极限计算

提出了一种基于系统频率响应特性的大区电网间交换容量极限的计算方法。使用最小二乘法对仿真计算得到的频率响应特性系数进行曲线拟合,依据拟合得到的频率响应特性系数的曲线变化趋势来预测不同交换容量下的频率偏差限制点,在频率响应特性识别与预测分析的基础上进行大区电网间交换容量极限的计算与评估。对"三华"电网的应用表明,所提方法有效、实用,且计算结果具有较高的精度。     

基于模型预测控制的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略

新型电力系统“双高”运行特性给电网频率稳定控制带来严峻挑战,电解铝负荷属于温控负荷,具备功率可调容量大、热惯量大及调节时间快等特性,是一种较好的调频资源。为此,提出了一种基于模型预测控制(model predictive control, MPC)的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略。首先,对电解铝负荷进行了精确建模,为电解铝负荷参与频率控制奠定基础;其次,计及发电机速率限制和负荷调节深度约束,提出了模型预测频率响应模型;最后,基于模型预测控制策略,在考虑不同电解铝可调容量参与系统调频中进行仿真分析。仿真结果表明,电解铝负荷可以提升系统抗扰动能力。所提MPC策略具有良好的控制效果,表现出较强的鲁棒性,能够有效缩短调频时间,提升系统调频的动态性能。     

基于系统频率响应特性的“三华”电网交换容量极限计算

提出了一种基于系统频率响应特性的大区电网间交换容量极限的计算方法.使用最小二乘法对仿真计算得到的频率响应特性系数进行曲线拟合,依据拟合得到的频率响应特性系数的曲线变化趋势来预测不同交换容量下的频率偏差限制点,在频率响应特性识别与预测分析的基础上进行大区电网间交换容量极限的计算与评估.对“三华”电网的应用表明,所提方法有效、实用,且计算结果具有较高的精度.     

基于神经网络非线性模型的开关磁阻电机调速系统动态仿真

实现开关磁阻电机调速系统(SRD)的准确动态仿真是进行系统参数优化、控制策略研究的重要依据.本文在以实测开关磁阻电机(SRM)准确特性曲线为样本数据,并基于BP神经网络建立SRM非线性模型的基础上,构建了Matlab环境下SRD系统的整体动态仿真模型.通过仿真揭示了SRD系统的稳态、动态运行特性,实现了系统性能的准确分析,为设计SRD系统高性能控制提供了理论依据.经与实测电流、转速波形对比,验证了本文提出的SRD动态仿真方法的有效性.     

背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略

相较于交流同步互联电网,低快速频率响应能力的直流异步互联电网频率稳定形势更为严峻.基于主动频率响应控制思想及其框架,提出大功率缺失下的背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略.建立了背靠背直流互联系统网络结构模型及背靠背换流站控制系统模型,计及扰动后背靠背直流互联系统及频率响应动态特性,提出了一种基于模型预测算法的主动频...     

大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略

新型电力系统在快速转型中面临严峻的频率稳定局面，隶属于安全稳定控制框架中的防失稳控制防线压力陡增。文中在构建“在线预算、实时匹配”的主动频率响应控制框架的基础上，计及紧急控制成本，提出一种安全与经济相协调的主动频率响应优化控制策略。依据不同调频资源的频率响应动态特征构建区域电网频率响应模型；从经济角度出发，以安全与经济协调为优化目标设计控制原则，构建基于模型预测控制的主动频率响应优化控制策略，通过调频资源动作深度的优化调控，实现频率安全的前提下紧急控制成本进一步降低。仿真分析表明，所提策略可优化协调不同禀赋的调频资源，实现主动频率响应控制的安全与经济协调。     

基于VMD和MPC的电动汽车-火电机组联合调频控制

合理的调频指令分配策略以及有效的指令跟踪控制方法是利用集群电动汽车(aggregate electric vehicle, AEV)联合火电机组开展调频控制、改善调频质量、提高调频经济性的关键。基于此,文中提出基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和双层模型预测控制(model predictive control, MPC)的AEV参与系统调频控制策略。首先,设计AEV联合传统火电机组的频率协调优化控制结构,建立火电机组及负荷频率控制模型,同时将AEV转化为虚拟调频单元,构建在AEV参与下系统单区域多机组负荷频率控制模型;然后,利用VMD将电网调频指令信号分解为含不同频率成分的本征模态函数,整合高频分量作为AEV的调频指令,低频分量作为火电机组群的调频指令,并通过双层MPC分别在AEV和火电机组群内部实现调频指令的优化再分配及跟踪控制;最后,对所提控制策略进行仿真验证。结果表明所提控制策略可实现对系统频率的有效调节,且兼顾了调频的经济性和动态性能。     

基于MMC的多端直流输电系统阻抗频率特性研究

文章研究了基于模块化多电平换流器的多端直流输电(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,M M C-M TDC)系统在交流系统背景谐波作用下的频率响应特性。首先,分析了基于M M C的多端直流输电系统的阻抗频率特性,说明交流背景谐波引起直流网络谐振的原因。其次,分析了平波电抗器的电感值大小与基于M M C的多端直流输电系统的谐振频率之间的关系,可作为合理选择平波电抗器的依据,以避免直流网络在交流谐波互补频率处发生谐振。最后,通过在PSCAD中搭建基于MMC的4端直流输电系统仿真模型,验证了理论分析结果以及直流网络谐振频率和平波电感之间的关系。仿真结果验证了理论分析的正确性,并表明可以通过调节平波电感值来改变直流网络的谐振频率,以避免交流系统背景谐波引起直流网络的谐振。     

考虑频率动态响应实时分区的电力系统惯量在线评估方法

大规模新能源接入电力系统导致系统惯量水平降低,利用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)在线评估系统惯量水平具有重要意义,考虑到电力系统频率动态响应具有分区特性,以区域为单位开展在线惯量评估具备可行性。频率响应分区情况不仅与电网拓扑和参数有关,还与系统运行点、扰动类型和位置有关,固定的分区方案难以保证分区结果满足系统各种运行工况,同时,在实时分区场景下,对惯量参数辨识算法的快速性也提出了更高的要求。分析了电力系统区域惯量在线评估原理,阐明了频率动态响应实时分区的要求;随后,提出了频率动态实时分区方法,采用动态时间弯曲指标和k-medoids算法对全网节点频率响应实测曲线在线聚类,给出了基于卡尔曼滤波的区域惯量参数辨识算法,保证惯量参数计算满足实时性要求,进一步分析了各类误差源对系统分区和惯量参数辨识结果的影响;最后,在IEEE 39节点系统验证了所提方法的有效性、惯量实时跟踪能力和对不同运行场景的适应性。提出的电力系统区域惯量在线评估方法利用PMU实测频率响应实时更新电力系统分区情况,保证在各种运行点和扰动下区域频率响应的一致性,具备现场应用潜力。     

含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂，不适用于理论分析，亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此，利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点，独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下，根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口，结合GSC和WFC等值模型，采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明，通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程，并进行稳定性分析，为控制系统参数整定提供参考。     

基于深度置信网络的电力系统扰动后频率曲线预测

为快速、准确地预测扰动后电力系统的动态频率,该文基于深度置信网络(deepbeliefnetworks,DBN)提出一种预测扰动后电力系统频率曲线的方法。该方法以发电机的电磁功率、机械功率、同步发电机最大出力限制、各发电机对动态频率的影响因子等在内的22维数据作为深度置信网络的输入特征值,输出为系统的动态频率。该文采用新英格兰10机39节点系统和美国南卡罗来纳州的90机500母线系统作为仿真研究算例,通过与PSS/E中的仿真结果相对比,证明使用深度置信网络可以快速准确地对扰动后系统的动态频率进行预测。该方法适用于频率的在线稳定分析,可为后续制定频率稳定控制措施提供依据,对防止系统频率崩溃具有重要意义。     

计及AGC的含风电电力系统频域建模及参数分析

风电功率激励下系统的频率响应特性不仅与风电接入量有关,还受风电接入位置、AGC控制单元和系统参数等因素的影响。为了研究影响频率质量的关键因素,本文建立了一种考虑发电机、调速器、调频器和负荷特性以及系统网络结构的含风电电力系统频率响应的频域分析模型,并推导了计及AGC的电力系统频率响应的传递函数。在IEEE 10机39节点系统上,利用传递函数的幅频特性曲线,分析了风电接入点、AGC控制单元和系统参数变化对动态频率响应特性的影响。最后,利用本文提出的模型,结合实测风电功率数据仿真分析了AGC对系统频率质量的影响。