三代电网演化模型及特性分析

三代电网理论将电网发展历程可归纳为三个阶段——第一代小型电网、第二代大型互联电网和第三代智能电网。根据该理论文中分析了三代电网发展历程,从物理层面出发,归纳总结驱动和制约电网演化生长的主要因素,在此基础上提出一种电网演化生长模型,利用该模型成功复现了三代电网演化生长过程,初步奠定了三代电网理论的数学基础。进一步,在长时间尺度上对三代电网演化结果多项网络结构统计特性指标进行计算分析,分析结果从复杂网络层面验证了三代电网理论的正确性和前瞻性。     

中美电网的小世界拓扑模型比较分析

近来,世界范围内接二连三地发生大规模电网停电事故,引起人们对电网可靠性的高度关注.文中从电网拓扑统计特性入手,在深入讨论小世界网络模型后,对美国西部电网和中国北方互联电网进行比较分析,得出中、美两国的大区电网都属于小世界网络的结论.在此基础上,定性分析电网的小世界特性对级联故障传播的影响.     

基于异速生长仿真的配电网结构形态演化模型及其规模特性分析

为了准确把握电网演化的系统论本质,揭示隐藏在海量主体相互作用所呈现出的各种复杂现象背后的简单规律,用异速生长规律研究配电网演化.从电力网络本身的演化机理入手,提出并研究了一种可以模拟电力网络演化规律的新型网络演化模型.基于复杂网络理论构建了电网的生长演化模型,对具体的复杂网络作了粗粒化的简化和近似,通过提取系统最重要的...     

考虑城镇生长特性的区域能源网演化模型

区域能源网的发展是新型城镇建设的重要环节，分析区域能源网的演化规律和形态特征，对于指导网络规划、运行具有重要意义。提出了一种考虑城镇生长特性的区域能源网演化模型，首先根据城镇生长特性总结了空间负荷的增长特性，进而借鉴复杂网络理论中的随机几何图模型模拟城镇负荷的增长过程，然后以最小化投资建设成本为目标，规划得到区域能源网的能源站和综合管线分布，给出区域能源网的演化流程，进一步通过理论分析了演化模型的空间和拓扑特征。算例分析结果表明演化所得区域能源网符合城镇和负荷的生长特性，其形态特征与理论分析结果一致，并且与实际电网具有相似的特征，验证了所提演化模型的合理性。     

基于最优负荷削减的小世界电网连锁故障模拟

现有小世界电网连锁故障模型中,故障严重程度的评价指标不能很好地考虑故障后系统运行情况,且计算方法过于简化,为此,提出以最小失负荷百分比作为连锁故障发生后评价故障严重程度的指标,并运用基于直流潮流的负荷削减最优化模型计算最小失负荷量,从而对基于节点电气介数的连锁故障模型的模拟过程进行改进.系统受到攻击后,该方法通过重新调度系统中的发电功率来消除系统约束违限,在无法避免负荷削减时使负荷削减量最小.算例结果验证了该方法的有效性     

隐性故障对小世界电网连锁故障的影响分析

为了研究复杂电网连锁故障的传播机理,文中在综合考虑电力系统中过负载故障和隐性故障的基础上,构建了一种基于复杂网络理论的电力系统隐性连锁故障概率模型。该模型假设过负载邻接节点中负载率变化最大的节点和每轮连锁故障中负载波动最大的节点均为隐性故障可能发生节点。将该模型在IEEE 300节点网络和Watts-Strogatz网络上进行仿真,仿真结果表明:电力系统隐性故障加剧了故障的传播范围,并且故障传播的范围将随着Watts-Strogatz网络边重连概率的增大而显著增大。最后,指出减小隐性故障的误动概率、降低小世界电网的随机连边概率、防止电网向随机网络演化,是抑制隐性故障在连锁故障中传播、提高电力系统安全性的有效途径。     

大电网脆弱性评估的潮流介数分析方法

针对复杂大电网局部故障后其脆弱性有效定量分析难的问题,将潮流介数理论应用于大电网脆弱性评价分析,并对其可行性进行定量分析.首先,基于复杂网络理论,分析了大电网的拓扑结构,确定了大电网具有小世界网络和无标度网络的特性,即电网的拓扑结构是脆弱的且具有关键的脆弱节点.其次,根据电网在当前运行状态下的潮流分布,根据节点和支路在...     

基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估算法

应用小世界网络理论研究电网中大规模连锁故障传播的内在机理,对寻找电网本身固有的脆弱性并提出有针对性的增强措施具有重要意义.文中提出了基于小世界拓扑模型的大型电网脆弱性评估的综合算法,并对电网的拓扑建模、基本特征参数的统计以及故障模拟与脆弱性评估等各部分的独立算法进行了设计,从而形成了具有良好扩展性、便于对大型电网自身结构脆弱性及大规模连锁故障机理进行深入研究的综合算法.将该算法应用在多个实际电网中,取得了较好效果,从而证实了该算法的有效性.     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

基于小世界网络模型的补偿电网单相接地故障识别与选线

为解决补偿电网接地选线正确率不高,不能识别高阻接地和低阻接地故障的问题,提出了应用小世界网络理论进行单相接地故障识别和选线的新方法。研究了单相接地故障的四种类型,在实验室搭建了低压模拟补偿电网,并针对高阻和低阻接地建立了其故障前后的小世界网络模型,得出了各自的特征参数,以此可以区分不同的故障类型和接地线路。在此基础上,研制了相应的选线装置并进行了接地选线试验。试验结果表明,选线装置能够识别接地故障类型,正确选出接地故障线路,效果令人满意。     

计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好。     

基于功率传输转移分布因子的简化电网潮流计算方法

为了减少大型电力系统的潮流计算时间,研究简化电网的潮流计算方法具有重要意义。现有方法将传统Ward等值技术用于电网简化后,简化电网却产生与原始电网不同的潮流结果。针对这种情况,提出了一种改进的简化电网的直流潮流计算方法。在已有研究的基础上,给出了基于功率转移分布因子的直流潮流算法以及使用Ward技术对电网的简化方法。结合上述两部分,给出了基于功率转移分布因子的简化电网潮流计算方法。通过仿真算例表明,所得的结果具有较高的精度,可用于简化大型电网的潮流计算、潮流预报等应用中。     

一种复杂电力网络的时空演化模型

网络拓扑对电力网络的脆弱性和鲁棒性有重要影响,当前经典网络模型与实际电力网络有较大差异.基于电力网络本身的演化机理,对BA无标度网络模型进行扩展与改进,构造了一种复杂电力网络的时空演化模型.提出网络生长点的概念,将其定义为靠近网络中原有节点但并未被占据的位置.新节点加入时,其坐标从网络生长点中随机选择;已有节点与新节点连接的概率由该节点的度数和该节点与新节点间的物理距离共同决定.分析了该模型的统计学特性,通过美国西部电网、中国北方电网与几种典型网络模型在平均度数、聚类系数、特征路径长度和度分布曲线等方面的对比,验证了新模型能很好地反映电力网络的演化规律.     

一种求解交直流互联电网分布式最优潮流的同步ADMM方法

对于具有多个调度中心的大规模多区域交直流互联电网,对最优潮流计算进行分布式求解更符合信息的保密性和安全性需求。通过将联络线复制同时放到相邻分区中和引入边界变量一致性约束的方法建立交直流互联电网分布式最优潮流模型,并提出了一种完全分布式的不需要任何协调中心的同步交替方向乘子法(Synchronous Alternating Direction Method of Multipliers,SADMM)求解最优潮流模型。对于交直流系统直流部分的网络分区,提出将换流站保留在各自区域中只将中间直流线路复制的直流联络线处理方法。SADMM通过对高斯赛德尔型ADMM(GS-ADMM)进行改进,将当前迭代得到的相邻区域边界节点电压值的加权平均作为下一次迭代的固定参考值,实现不同区域间的并行同步计算。并根据优化问题的特点,确定算法中惩罚因子的合理取值,以加快算法的收敛性。以某一实际大规模交直流互联电网和两个修改的IEEE交直流系统为例,通过与集中式最优潮流计算比较,验证了所提算法的正确有效性。     

含电压源换流器的交直流混联电网无功优化模型

随着厦门柔性直流输电工程的建成投运,福建电网形成了以柔性直流输电通道与交流输电通道环网运行的交直流混联电网。为解决含柔性直流的交直流混联电网的无功优化控制问题,提出了一个含电压源换流器的无功优化模型,并采用分支定界法及原对偶内点法求解。所提模型及求解方法已在福建电网自动电压控制系统中进行了测试,实现了对辖区范围内机组、容抗器、有载调压抽头和电压源换流器等各类无功电压调节策略的在线实时优化计算,取得了较好的测试效果。     

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。     

结合直流潮流模型的电网断面热稳定极限快速评估方法

电网结构的增强使得系统的热稳定问题日益突出。采用直流潮流的方法对典型等值系统的断面热稳定极限进行了推导,分析了断面设备N-1开断对在运设备有功潮流变化的影响。基于有功潮流的阻抗分配原理,提出了对断面热稳定极限的评估方法和流程,可实现断面热稳定极限和限制故障的快速评估。最后,以河南电网2014年夏季大负荷方式为例,对豫北断面的热稳定极限进行了评估,仿真结果证明了所提方法的可行性。     

Distributed power flow loss minimization control for future grid

In this paper, a novel decentralized algorithm is proposed to minimize power flow loss in a large‐scale future grid connecting with many real‐time‐distributed generation systems by which power flows bi‐directionally. The DC‐power loss at each link is defined as the product of resistance and the square of current that can be considered as a quadratic flow cost. We employ the notion of tie‐sets that reduces the complexity of the power flow loss problem by dividing a power network into a set of loops that forms a linear vector space on which the power loss problem can be formulated as a convex optimization problem. As finding a solution in each tie‐set enables global optimization, we realize parallel computing within a system of independent tie‐sets by integrating autonomous agents. Simulation results demonstrate the minimization of the power loss on every link by iteratively optimized power flows and show the superiority against the traditional centralized optimization scheme. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于小世界加权拓扑模型的配电网接地故障选线研究

为解决传统的利用电气特征量进行接地选线存在的诸多问题,提出了基于小世界加权拓扑模型的配电网接地选线新方法。首先,对一单母线的10 kV配电网进行了小世界建模,计算得到了相同线路发生不同接地故障的特征参数,所得的特征参数可以显著地区分不同类型的接地故障。然后建立了不同线路发生相同接地故障的小世界加权拓扑模型,根据线路的长度设定了权值,并计算得到不同线路发生接地故障时的加权平均距离。模拟实验结果表明,越长的线路发生接地故障后其加权平均距离越小,因此可将加权平均距离作为接地故障选线的判据。在同一条线路发生高阻接地相较于金属性接地来说,加权平均距离明显降低,这反映了高阻接地因增大了零序回路的阻抗,而导致了故障传播深度的减小。     

基于网格技术的连续潮流方法

提出了一种利用网格技术快速求解P—V曲线而获得静态稳定临界点的方法,具有简单、计算速度快、对静态稳定临界点判断准确的优点,可以在很短的时间内获得节点数多的大型实际系统的比较准确的解。采用IEEE118节点的标准系统算例,验证了该方法在计算速度上的优越性及计算结果的有效性。