弱电网牵引变电所群电压不平衡预评估与治理研究

采用单相交流工频25 kV供电制式的电气化铁路具有牵引功率大、速度快、能源利用率高、经济效益好等优点。但冲击性单相负荷接入电网后,会带来以三相电压不平衡为代表的电能质量问题,不利于电力系统的安全稳定经济运行,在弱电网中尤为明显。首先,分析了电气化铁路牵引负荷接入电网的负荷特性,利用电力系统仿真软件PSD建立“弱电网-牵引供电系统”仿真模型,分析牵引变电所群接入电网方案变化对电压不平衡的影响;其次,依据GB/T 15543―2008《电能质量三相电压不平衡》,评估不同方案下系统各节点电压不平衡度;最后,基于单三相组合式同相供电系统,实现对电压不平衡超标牵引所群的治理。     

电气化铁道牵引变电所负荷概率模型

考虑牵引负荷具有随机波动的特点,提出了一种利用概率模型描述牵引变电所有功功率和无功功率的方法.基于实测数据,统计分析了电力机车和牵引变电所有功功率分布特点.利用单台电力机车有功功率分布和行车密度分布联合对牵引变电所有功功率进行概率建模,进而通过按功率因数特性对机车适当分类,建立了无功功率概率模型.给出了采用模拟退火算法完成概率模型参数辨识的方法.最后通过实例求解和蒙特卡洛仿真,验证了所提出的概率模型的有效性.     

高铁牵引负荷对电网负序电压不平衡度影响研究*

高铁牵引负荷作为典型的负序污染源,接入电网时势必引起电网电压不平衡.针对某地区拟建的3座高铁牵引变电站,以330 kV和110 kV两个电压等级接入地区电网,选择合适的牵引站供电方案及负序电流计算方案,计算出3座牵引站在不同工况下注入电网的负序电流值,以及与牵引站联系较为紧密地区330 kV变电站处的三相电压不平衡度.计算结果表明,3座牵引站以330 kV和110 kV两个电压等级接入电网时引起的地区电网相关变电站三相电压不平衡度最大值分别为0.084％和0.973％,均未超过规范允许值.     

高速铁路牵引负荷对湖南电网的影响

结合近年来湖南电网及高速铁路规划布局,本文从电网静态安全潮流控制、无功电压平衡等方面对高铁牵引负荷对湖南电网的影响进行分析。基于以上分析,为减少高铁牵引负荷对电网带来的不利影响,本文为调度运行专业人员合理安排电网运行方式、计划检修工作及调整控制电网运行潮流及电压提供了建议措施。     

计及电能质量约束的高铁负荷接入主网规划

由于大量工程项目规划阶段未预先考虑可能引起的电能质量问题,非线性污染性负荷的大规模接入易引起系统严重的电能质量问题。本文从铁路部门及电网的利益主体出发,以双方电能质量指标为约束条件,考虑主网变电站间隔投资成本,提出了一种在规划阶段适用于主网的高铁负荷接入方法。结合高铁牵引负荷的功率不确定概率模型,利用蒙特卡洛法及直流潮流法,建立了高铁负荷概率潮流分析模型。针对高铁负荷特性,以双方电能质量指标为约束条件,建立了以投资费用最小为目标的高铁接入电网机会规划约束模型,并采用线性递减粒子群算法对该模型进行求解。最后,以贵州某实际高铁建设工程对该线路接入电网规划方案进行了实例研究。仿真结果表明,某些供电距离较短、短路容量较大的110 k V变电站能够满足高铁供电要求。     

高速铁路牵引供电系统负序概率模型

为了研究高速动车组作为大功率单相非线性负荷引起的电力系统三相电流不平衡问题,通过对V/v接线牵引变压器负序电流的分析,引入随机过程,建立了牵引变电所负荷和负序电流概率模型。利用统计推断解析和模拟负序电流的概率分布,并进行了仿真分析,得出了V/v接线方式高速铁路牵引供电系统的负序电流与功率因数的影响关系和电流不平衡度的主要分布情况。结果表明,该牵引变电所负荷和负序电流概率模型,具有较强的适应性和适用性,能够比较真实地模拟高速铁路的运行特性和负序电流分布情况。     

V2G模式下城市电网电压质量概率评估方法

传统基于确定性潮流和静态概率潮流的电压质量评估方法无法考虑到城市电网中不确定因素的时变性,因此将动态概率潮流应用于电动汽车与电网双向能量传输(vehicle to grid,V2G)模式下的城市电网电压质量评估。建立城市电网中基础负荷和电动汽车功率的动态概率模型,运用基于半不变量法的动态概率潮流算法求得城市电网节点电压概率分布,进而得到1 d中城市电网电压合格率,最终评估V2G模式下城市电网的电压质量。仿真结果表明:电动汽车以V2G模式接入会造成城市电网电压质量下降,但相比于无序充电方式,V2G模式下城市电网电压质量较高,评估结果对未来V2G控制策略的制定以及城市电网规划都具有重要的参考价值。     

计及电动汽车充电和负荷波动极限的电力系统静态电压稳定性评估方案

为研究电动汽车接入电网后充电的不确定性和负荷波动特性对电网电压失稳事故的影响,提出了一种综合考虑电动汽车充电特性和负荷波动极限的电网静态电压稳定性评估方案。首先建立了系统中的发电机节点、负荷节点、电动汽车接入节点的注入功率随机化模型,充分考虑电网各元件的随机波动性;基于连续潮流和概率潮流相结合方法搜索系统的电压失稳临界状态,对电网的边界运行状态进行统计分析。文中提出了系统静态电压稳定性的评估指标体系,以确定电压稳定的薄弱区域。该薄弱区域在系统电压失稳状态下通常最先发生电压越限,可作为电网重要监控对象,以便及时采取切负荷措施,避免全网大停电的发生。IEEE 30节点算例分析结果验证了该方案的准确性和有效性。     

电铁供电系统的有源电力滤波器

在牵引变电所的一次侧并联接入有源电力滤波器,用瞬时无功功率理论检测法检测待补偿电流的指令值,采用空间矢量脉宽调制控制方法,使逆变器产生出待补偿电流,来抵消因单相交流电气化铁道(简称电铁)牵引负荷的使用给三相电力系统带来的谐波电流、无功电流及三相不平衡电流.因有源电力滤波器并联接入系统,所以这些不利电流只在牵引系统和有源电力滤波器中流动,不会进入三相电力系统,从而保证了三相电力系统不受牵引系统的影响而保持电网电流波形纯正弦.     

高铁污染性负荷接入电网规划模型

高铁牵引负荷合理接入对电网和铁道部门具有重大的意义。从铁路部门和电网的双方利益主体出发,从规划的角度,建立了高铁污染性负荷接入电网规划模型。在分析高铁负荷对电网供电需求基础上,建立了高铁负荷接入电网影响分析模型及电力系统向高铁负荷供电的可靠性评估模型,并给出了高铁牵引负荷接入电网PCC点推荐最小短路容量。最后提出了高铁接入规划流程框图,结合贵州某实际高铁建设工程,对提出的规划模型进行了实例研究。     

含风电场电力系统电压稳定性概率评估及其在无功优化中的应用

为分析风力发电机出力间歇性、随机性对电网的影响,引入随机响应面法建立了一种电力系统静态电压稳定性概率评估模型,并将该概率模型引入到多目标无功优化问题的求解中。随机响应面法能够将输入风机有功出力的概率参数与响应负荷裕度之间的关系以多项式形式进行表达,仅需少量仿真便可估计出响应的统计信息。风电场接入IEEE14节点标准测试系统的算例结果表明,上述概率模型具有较高的效率和精度,提高了无功优化方案对于风速的适应性,更加全面地考虑风机随机出力对电网运行造成的影响。     

电气化铁路牵引供电用光伏发电系统的接入拓扑及其电流控制策略

提出了电气化铁路牵引供电用光伏发电系统的接入拓扑及其电流控制策略。首先,利用V/V变压器将两相牵引电压转换为与电网电压幅值、相位相同的三相电压,为光伏发电系统的接入提供三相平衡电网环境。然后,提出实施于三相静止坐标系中的分相电流控制策略。该策略利用相电流替代正、负序电流作为被控对象,通过对相电流的闭环控制,可在无需正、负序分离提取的条件下完成不对称与三相对称电流的注入,实现光伏发电为牵引负荷供电的自发自用运行和为电网输送功率的全额上网双模式运行。最后,仿真结果验证了所提出接入拓扑与电流控制策略的有效性。     

计及电网电压不平衡的储能型铁路功率调节器负序优化补偿策略

针对偏远地区电网电压不平衡条件下牵引供电系统负序补偿及再生制动能量回收利用问题,基于储能型铁路功率调节器,提出一种在补偿装置容量有限时,计及电网电压不平衡条件的再生制动能量利用及负序综合补偿优化策略。分析了电网电压不平衡时储能型铁路功率调节器负序完全补偿机理,引入储能系统补偿系数,有功、无功电流补偿系数,以负序补偿度和牵引变电所补偿容量及供电臂负荷平衡度作为优化目标,提出储能型铁路功率调节器优化补偿模型。采用序列二次规划法对优化模型进行求解,最后通过仿真验证,表明该策略可以在电网电压不平衡时,使电网侧负序不平衡度降低的同时提高再生制动能量利用率,减少牵引负荷对牵引变电所的能量需求。     

基于最大熵原理的含风电和电动汽车电力系统概率潮流

提出了一种基于累积量框架和最大熵原理的概率潮流计算方法,用于计算含风电和电动汽车的电力系统在不同时刻和参数条件下的概率潮流。首先,建立了基础负荷、风力机出力和电动汽车充电负荷的短期概率模型;其次,给出了考虑风力机有功与无功功率、电动汽车有功与无功充电负荷之间线性相关性的累积量计算框架;最后,根据最大熵原理求得节点电压和支路功率的概率密度分布和置信区间。IEEE 118节点系统算例结果表明,所提方法可以快速、准确地求解计及风电和电动汽车的电力系统概率潮流,且计算精度不易受到参数和条件改变的影响,所得结果能够反映系统运行的概率信息,具有良好的实际应用价值。     

计及电压稳定裕度的配电网光伏发电选址与定容

本文针对光伏出力的随机性和负荷的波动性,考虑光伏出力及负荷在不同状态下发生的概率,提出了一种多场景光伏发电负荷混合概率模型。采用电压灵敏度分析法寻找电压支撑点,作为光伏发电接入的候选节点集,提高光伏选址的效率。以改进VPII指标为目标函数,将多场景光伏发电负荷混合概率模型加入功率潮流平衡方程,建立光伏发电的选址和定容模型。最后,以IEEE14辐射型配电网系统为算例,验证了本文所提模型的合理性和有效性。仿真结果表明,合理选择光伏的接入位置和容量,能够有效提高配电网的电压稳定裕度,提升其稳定性并降低网损。     

电铁牵引站接入薄弱电网供电质量评估分析

电气化铁路具有输送能力大、能源消耗小、运输成本低、经济效益好和无环境污染等优点,是连通我国东西部的重要“桥梁”。受机车频繁启停、变速等因素影响,铁路负荷具有冲击性强、波动性大等特点。当大功率冲击性铁路负荷接入薄弱电网时,可能会造成电压不平衡、电压偏差、谐波等问题,严重影响电网安全运行,因此有必要对接入电网的铁路牵引变电站进行供电质量评估分析。以某电气化铁路牵引变电站为例开展供电质量综合测试,并基于国家相关标准,对该典型牵引变电站电压不平衡度、电压偏差、谐波、三相电压不平衡度等电能质量指标进行了定量评估分析,为接入薄弱电网的电铁牵引站安全高质运行提供可靠数据支撑。     

考虑三相负荷平衡的电动汽车有序充电策略

电动汽车负荷的大规模接入可能导致配电网出现三相不平衡问题,威胁电网安全经济运行。当前提出的大部分有序充电方法均针对等效的单相系统进行建模,忽略了三相不平衡问题的处理。文中提出一种考虑三相负荷平衡的电动汽车有序充电策略。算法外层运用三相前推回代法迭代修正节点电压,内层则通过求解一个电动汽车有序充电三相模型获得优化充电功率。通过调控电动汽车的充电功率及时段,可实现降低配电网网损以及三相之间负荷平衡的控制目标。仿真结果表明,所提出的有序充电策略可以有效避免电动汽车负荷大规模接入导致的三相不平衡现象,同时降低配电网网损、平抑负荷波动,保障电网安全经济运行。     

电动汽车随机负荷建模及对配电网节点电压分布的影响

根据车辆调查数据,在合理的假设条件下考虑影响充电负荷模型的主要随机特性的概率分布,建立了3种充电方式的概率负荷模型。对IEEE 33节点系统加入时变特性,提出了3种充电方式以不同渗透率比例接入配电网时对负荷曲线及节点电压影响的计算方法。计算结果表明,不同充电方式接入比例的不同,会使得配电网的动态概率特性相差很大,常规充电方式对电网稳定性影响最大;更换电池方式可以减少负荷的峰谷差,降低节点电压越限的概率,有利于电网的高效、安全运行。     

倒送功率约束下的分布式电源最大接入容量分析

分布式电源(DG)接入配电网后,低电压等级电网可能倒送功率至高电压等级电网,对电网造成不利影响。在各种影响因素中,倒送功率限制是影响DG接入电网的主要因素。从倒送功率约束的角度出发,结合节点电压及潮流约束,建立了以DG接入容量最大为目标的数学模型,给出了最大接入容量的计算方法,并分析了DG的接入对配电网有功网损的影响。考虑节假日对负荷的影响,给出了调整倒送功率约束以增大DG接入容量的建议。以一个33节点的10 kV配电网接入分布式光伏电源为例,验证了所提方法的可行性。     

高速铁路牵引供电系统供电能力评估方法

针对高速铁路牵引变电所的供电能力评估,归纳了牵引变电所供电能力指标体系,主要包括电压水平、载流量、牵引变压器寿命损失三个方面,并给出了各个供电能力指标的计算方法,在此基础上,结合某高铁牵引变电所现场实测数据,评估了其供电能力。