高比例电力电子电力系统过电压(二)：交流对称故障下暂时工频过电压机理

随着新能源等电力电子设备占比的不断提升,故障扰动后引发的系统暂时工频过电压问题日渐凸显,严重时易引发新能源大规模脱网,威胁电网安全稳定运行。新能源发电设备的故障穿越特性直接影响过电压水平,亟需进行机理分析。该文首先分析交流对称故障下高比例电力电子电力系统过电压的引发原因,建立计及新能源故障穿越特性的过电压简化分析模型,并基于矢量关系解析三相短路故障后新能源机端过电压最大值;然后分析不同故障穿越策略和系统参数对新能源机端电压最大值的影响;提出防止新能源大规模脱网的故障穿越等效无功电流系数的取值区间,进一步综合考虑新能源故障期间的无功支撑要求和故障清除后的电压安全约束,分析不同系统强度下等效无功电流系数的合理取值区间;最后通过时域仿真验证理论分析的有效性。     

高比例电力电子电力系统稳定性的统一性判据研究(二):区域稳定判据

电力电子电源场站与交流电力系统及其他电力电子电源场站间的复杂交互作用,使得基于单机和单场站思想的稳定性评估方法存在失效风险,引发了电网稳定运行的安全隐患.针对上述问题,提出一种对高比例电力电子电力系统中区域稳定性评估的统一性稳定判据.首先,该文提出区域动态统一性稳定指标(unification stability in...     

高比例电力电子电力系统稳定性的统一性判据研究(一):场站稳定判据

新版《电力系统安全稳定导则》明确提出"新能源场站短路比应达到合理水平",但目前仍欠缺具体的评价方法和标准,无法有效量化电力电子电源集群接入交流电网的稳定程度.针对上述问题,提出一种面向电力电子电源场站稳定性分析的统一性稳定判据.首先,论述了动态统一性指标的定义和指标特性,并基于鲁棒控制理论和多变量频域控制理论提出并网系...     

含高比例电力电子装备电力系统安全稳定分析建模仿真技术

面向高比例电力电子装备接入后的电力系统安全稳定分析需求,首先,梳理了电力电子装备单体建模和集群建模的现状,分析了不同建模方法的技术原理和适用性。其次,介绍了机电暂态、电磁暂态、机电-电磁暂态混合、数模混合等不同仿真技术的原理和应用现状。再次,分析了未来更大规模新能源接入场景的建模和仿真技术挑战。最后,对高比例电力电子电力系统建模及仿真技术的发展趋势进行展望,提出了电源侧和负荷侧精细化建模、大电网全电磁暂态仿真、基于高性能计算的云仿真、多手段协同仿真分析等关键技术研究方向。     

高比例新能源电力系统的发展机遇、挑战及对策

环境污染、气候变化、能源安全和可持续发展等问题日益突出,全球主要国家已将新能源列入国家能源优先发展战略,高比例新能源发展面临重大机遇与挑战。在介绍了国内外新能源发展的背景和现状的基础上,分析了中国大规模新能源发展的主要特点,以甘肃为例,研究高比例新能源接入电力系统发展的机遇,分析了面临的送出、消纳、系统稳定、运行控制、经济性和效率等一系列挑战,展望了高比例新能源发展趋势并提出了应对措施。     

电力电子变压器的理论及其应用(Ⅰ)

分析和讨论了电力电子变压器 ( PET)的基本理论和实现方案 ,并提出了两种新的拓扑结构。仿真研究表明 ,PET可保证原副方良好的电压、电流波形 ,并具备良好的控制特性。     

电力电子设备及含电力电子设备电力系统实时仿真研究综述

大量电力电子设备接入电力系统给电磁暂态实时仿真技术带来了巨大的挑战。文中从多个角度对电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真领域近年来的研究成果进行了综述。在应用场景和利用范式方面,除了硬件在环测试等对仿真实时性具有严格要求的场景,实时仿真还被用于其他单纯对仿真效率有较高要求的场景。在建模与仿真方法方面,无论是基于分立元件的建模仿真,还是基于端口特性或电路等值的电力电子设备建模仿真,都有商业化应用的案例,但如何兼顾高频、复杂设备实时仿真的效率和精度仍是当前研究的热点与难点。在实时仿真硬件平台方面,现场可编程门阵列（FPGA）和图像处理单元（GPU）等具有天然硬件并行性的计算芯片成为除CPU之外的重要选择,特别是FPGA正被越来越多的商业化平台所采用,但所用仿真算法大多基于传统框架,尚未能充分发挥FPGA的硬件架构优势。此外,电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真的算法并行性、强刚性与数值稳定性问题仍具有巨大的研究空间。     

含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战

未来高比例可再生能源的随机变化特性将给电力系统运行灵活性带来前所未有的挑战,对系统的灵活性资源进行规划成为必要的研究工作。对含高比例可再生能源电力系统灵活性规划的研究动态进行评述,首先分析了高比例可再生能源电力系统的基本特征,给出了电力系统灵活性的定义、主要灵活性资源类型和灵活性平衡原理,然后介绍了灵活性定量评价指标体系,最后,提出了电力系统灵活性协调规划的核心内容及求解思路、存在的关键难题及技术解决思路。     

高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架

大力发展可再生能源是应对能源危机和环境问题的重要手段,高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征。文中从高比例可再生能源接入带来的强不确定性和高度电力电子化带来的稳定机理变化两个方面,分析了高比例可再生能源电力系统面临的关键科学问题。在此基础上,从中国未来电力系统结构形态分析与电力预测、含高比例可再生能源的输电系统规划、含高渗透率可再生能源的配电系统规划、电力电子化电力系统稳定性分析、含高比例可再生能源交直流混联系统的优化运行等5个方面,提出了高比例可再生能源电力系统的研究框架,重点阐述了这5个方面的相互关系。最后,对未来高比例可再生能源电力系统的研究进行了总结和展望。     

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述EI北大核心CSCD

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。     

高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测展望

在清洁化、低碳化和智能化的能源革命背景下,高比例可再生能源成为电力系统未来发展的一个突出特征,也导致了电力系统结构形态的巨变。文中对高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测方法进行了阐述。首先分析了电力系统结构形态的内涵及其要素,建立了其形态演化的驱动力综合模型,然后结合高比例可再生能源发展趋势,分析其对电力系统形态结构的影响,建立高比例可再生能源驱动的电力系统形态演化模型。围绕高比例可再生能源电力系统结构形态演化机理和复杂多重不确定性运行场景下的电力预测理论两个科学问题,分四个方面对其研究体系进行了详细阐述。     

电力市场稳定性与电力系统稳定性的相互影响(续完)

讨论了电力市场经济稳定性问题的特点、模型，及其与电力系统物理稳定性的关系。电力生产和消费必须每时每刻平衡，其流通环节在物理和技术上都具有自然垄断性，但其生产规模的扩大却需要很长的时滞。一方面，为了充分利用稳定极限输电能力，并正确地对发电和输电投资进行引导，在输电费中必须考虑物理系统失稳的风险，从而影响到电力市场经济稳定性；另一方面，电力市场通过发电竞争以及对发电和输电的投资影响到电力系统物理稳定性。经济领域现有的动态模型和稳定性研究方法都不适用于电力市场，必须重新定义状态变量，建立合理的数学模型，正确地反映利润积累、投资行为、可用发电容量和可用输电容量的动态行为，正确地反映电力市场经济动态与电力系统物理动态之间的相互影响。市场的各参与者可以在仿真系统提供的平台上，选用代数方程、微分方程、差分方程，以及知识表达式来自己定义交易结算规则或各自的博弈策略。如同虚拟作战指挥仿真系统，这些主观决策是仿真系统的输入信息，而并非由仿真算法固定。在用数值仿真得到电力市场对扰动的时间响应曲线后，就可利用轨迹保稳降维 (TSPDR) 理论，根据实际的高维轨迹来提取有界稳定性信息及结构稳定性信息。例如，计算电力系统动态阻塞的风险，求取电力市场的稳定裕度、市场崩溃的临界条件，支持控制决策，研究物理-经济稳定性的交互影响，并分析电力市场的结构稳定性。     

高比例新能源电力系统振荡机理及其分析方法研究综述

高比例新能源通过大量电力电子变换器并网给电力系统的动态特性带来影响,一些振荡问题逐渐凸显.是目前电力电子化电力系统领域广受关注的重要问题之一.为了深入研究高比例新能源电力系统的振荡问题,对新能源电力系统振荡机理分类和振荡分析方法展开介绍.首先借助LC振荡电路从解析角度对负阻尼振荡、强迫振荡(外共振)和自谐振(内共振)等...     

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

计及一次调频死区与限幅的高比例风电电力系统机组组合

高比例风电电力系统调频供需矛盾日益突出,导致运行工况变动较大,在频率安全约束中若不考虑一次调频死区与限幅影响,会导致机组组合方案难以保障系统频率稳定。对此,针对含风电电力系统频率响应模型,在模型的全响应分析的基础上,通过分类聚合与分段解析推得频率时域表达式,进而构建计及一次调频死区与限幅的频率安全约束;针对所建约束的高度非线性,在机组组合中采用两阶段迭代方法将非线性规划问题转换为主子问题协同求解,并针对单方向补充优化割的不足,提出多方向并行补充优化割的方法以提升解的质量。结果表明,所建约束可更为准确地估计系统调频能力,所提算法能够向更多方向并行寻找最优解,从而使所得到的机组组合方案能有效保障高比例风电电力系统的频率稳定,且开机数量更少、成本更低。     

高比例新能源电力市场不同发展阶段划分及形态结构演进

随着双碳目标和新型电力系统建设要求的提出,新能源将逐步取代传统发电资源成为电力系统主体电源,与此同时,通过市场交易拓宽新能源消纳空间、实现资源在更大范围内的优化配置已形成广泛共识。然而,从当前到碳中和目标的实现过程中,电力市场机制将伴随系统电力电量平衡特性的演化不断动态调整,需分阶段考虑高比例新能源电力市场形态结构演进轨迹;同时,其演进需以电力系统物理形态演进为基础,并与面向电力能源转型的国家重大战略目标相匹配。因此,该文首先对高比例新能源电力系统及电力市场的发展政策进行梳理与分析,以战略导向为依据划分高比例新能源电力市场发展阶段,明确各阶段发展要求;其次,基于阶段划分,详细论述电力系统物理形态结构演进轨迹,并基于此进一步论述高比例新能源电力市场的市场形态结构演进轨迹,归纳各阶段的主要特征与研究边界;最后探讨了服务中国特色高比例新能源电力市场发展的关键技术。     

高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望

随着“碳达峰·碳中和”战略目标的推进以及新型电力系统建设逐步开展，以风电、光伏为代表的新能源持续快速发展，大规模新能源的强不确定性和随机性对电力系统安全稳定经济运行构成了巨大考验。首先，深入分析了高比例新能源电力系统有功功率与频率控制在实时平衡、调频资源、市场发展、安全防御等方面面临的形势与挑战；其次，介绍了多控制区协同控制、多类型资源有序调用、经济调度与自动发电控制的协调配合、安全事件检测与防御、智能化与新技术5个方面的核心问题和研究进展；最后，围绕多控制主体有功频率控制、海量泛在资源协同控制、辅助服务市场闭环控制、风险防御能力提升、人工智能技术深化应用等重点研究方向进行了探讨和展望。     

图深度学习技术在电力系统分析与决策领域的应用与展望

新型电力系统的高比例可再生能源、高比例电力电子设备特性给电力系统分析与决策带来巨大挑战。以深度学习(deep learning,DL)为代表的数据驱动技术擅长应对大规模高维非线性数据建模问题,在电力系统分析与决策的应用愈发受到业界的关注。作为近年来的热门分支之一,图深度学习(graph deep learning,GDL)将DL技术拓展到了不规则拓扑关联数据的处理,加快DL技术实用化的步伐。该文对电力系统分析与决策各领域的任务需求、DL应用现状做了简要归纳,结合GDL的发展脉络与前沿热点技术,全面总结GDL在电力系统分析与决策应用优势与不足,围绕通用性/迁移性、可靠性以及可解释性等方面探讨GDL框架的未来发展思路。     

基于电力电子变压器的逆变器并网系统建模、稳定性分析及控制

电力电子变换器是分布式发电接入电力系统的重要接口,而在弱电网情况下,并网变换器系统将趋于不稳定。为提升系统稳定性,利用电力电子变压器(powerelectronics transformer,PET)实现分布式能源并网。PET可以实现变压和隔离的功能,并对输出电压进行调节,此外可以通过修改控制参数或控制策略调节PET二次侧变换器输出阻抗以提高系统稳定性。针对基于PET的分布式发电并网系统,首先建立了此系统的复频域阻抗模型,利用广义奈奎斯特准则评估系统的稳定性,研究了各控制参数对系统稳定性的影响。然后,利用虚拟阻抗和数字滤波器环节2种稳定控制策略提高系统稳定性。最后通过仿真及实验验证了建模与稳定性分析的准确性以及稳定控制策略的有效性。     

面向电力系统智能分析的机器学习可解释性方法研究(一)：基本概念与框架

机器学习的可解释性是其在电力系统领域安全、可靠应用的关键环节与重要基础之一。针对电力系统智能分析的机器学习模型可解释性方法进行初步探讨。首先，阐述了机器学习模型可解释性的基本概念、数学描述与相关评价维度；之后，梳理了实现机器学习可解释的整体思路与技术路线，将可解释方法分为建模前解释、训练后解释与模型自解释3大类，并对其在模型诊断、安全评估、数据纠偏、知识发现等场景的应用进行了分析；最后，对目前电力智能分析的机器学习可解释性研究面临的挑战进行了展望。