Optimal placement of PMUs for the smart grid implementation in Indian power grid—A case study

Efficient utilization of energy resources is essential for a developing country like India. The concept of smart grid (SG) can provide a highly reliable power system with optimized utilization of available resources. The present Indian power grid requires revolutionary changes to meet the growing demands and to make the grid smarter and reliable. One of the important requirements for SG is the instantaneous monitoring of the voltage, current and power flows at all buses in the grid. The traditional monitoring system cannot satisfy this requirement since they are based on nonlinear power flow equations. Synchro-phasor-measurement devices like phasor measurement units (PMUs) can measure the phasor values of voltages at installed buses. Consequently, the currents passing through all branches connected to that bus can be computed. Since the voltage phasor values at the neighboring buses of a bus containing the PMU can be estimated using Ohm’s law, it is redundant to install PMUs at all the buses in a power grid for its complete observability. This paper proposes the optimal geographical locations for the PMUs in southern region Indian power grid for the implementation of SG, using Integer Linear Programming. The proposed optimal geographical locations for PMU placement can be a stepping stone for the implementation of SG in India.     

Optimal redundant placement of PMUs in Indian power grid — northern,eastern and north-eastern regions

Effective utilization of renewable energy sources and efficient management of electric energy are essential for any developing countries like India. This can be envisioned through the implementation of concepts of smart grid (SG). One of the key requisites for SG implementation is that the grid should be completely observable. Renovation of conventional Indian power grid to a SG necessitates incorporation of the phasor measurement units (PMUs) in the present power grid measurement and monitoring system. Since the cost of PMU is high and any bus containing a PMU makes the neighboring connected buses observable, optimal placement of PMUs is very important for complete observability of the grid. This paper proposes optimal redundant geographical locations in the northern, eastern and north-eastern regions of Indian power grid for PMU placement. The PMUs installed in these geographical locations will make the grid completely observable and maintain the observability under the conditions of failure of some PMUs or branch outages. Integer linear programming has been used for finding the optimal PMU locations. The results proposed in this paper can be a stepping stone for revamping the Indian power grid to a SG ensuring complete observability during different contingency conditions.     

基于图论的电力系统PMU布点优化算法

基于最小支配集理论和电力系统线性量测模型．提出了可观测节点集合、WAMS可观测矩阵两个概念以及一种新的节点可观测性计算规则。以保证系统的完全可观测性和以系统图的最小支配集为搜索范围构成约束条件,以电力系统状态完全可观测和相量测量装置（PMU）配置数目最小为目标,形成了PMU配置优化问题。并应用禁忌搜索（TS）方法求解该问题,保证了全局寻优。最后采用IEEE14、30、57、118节点系统和新英格兰39节点系统对该方法进行了验证,仿真结果表明该方法的有效性和可行性。     

电力系统PMU优化配置问题研究

在PMU最优配置问题的研究过程中,引入了元件权重的概念,来区分不同设备对可观性要求的程度使得OPP求解算法更加灵活,可以考虑更多的因素;结合了发电机同调性的影响,此方法针对电力系统的特点,从而更加有效;把传统的逐点法进行了改进,并根据穷举法与改进逐点法的各自特点,把两者相结合,成为一种实用算法。对以上布点原则和算法在IEEE-39上进行了测试,取得了较好的效果。     

基于全球定位系统和锁相环技术的同步相量测量装置的实现

电网实时相量监测系统对于电力系统的状态估计、稳定监控具有重要意义。着重介绍电网实时相量监测系统中的基本功能单元——同步相量测量装置的原理和实现方法。该装置将全球定位系统和锁相环技术相结合,既保证了不同测量点被测相量的同步采样,又保证了各测量点对被测相量信号的采样频率能自适应地跟踪电网频率变化,使相量测量精度进一步提高。介绍基于离散傅里叶变换的电压相角计算方法,给出了发电机功角的计算公式。该装置可对电网重要节点的电压(幅值、相角)以及发电机的功角进行实时同步测量,并将测量结果实时送往监测中心,实现全网运行状态的实时监测。     

弱电网下LCLLC滤波的并网逆变器电流优化控制策略

弱电网条件下,电网阻抗会影响逆变器控制系统的性能和并网电流波形质量。文章在LCLLC滤波器基础上,采用了准比例积分谐振(PIR)控制的双闭环电流控制方案,分析了电网阻抗对传统的电网电压比例前馈控制系统稳定性的影响,提出了一种加入权重系数的电网电压比例前馈控制策略,该策略可以提高系统在弱电网下的相位裕度,改善并网电流的质量。Matlab/Simulink仿真研究证明,所提出的控制策略对提高并网电流的质量具有较好效果。     

东北电网抽水蓄能电站建设规模研究

分析东北电网目前调峰存在的主要问题。根据东北电网电源现状及负荷需求预测,通过电力平衡及调峰平衡分析,从技术可行性角度,提出东北电网2020年抽水蓄能电站的最小建设规模。通过优化分析,从经济性角度,提出抽水蓄能电站的经济建设规模。两方案的对比分析结果为合理规划东北电网抽水蓄能电站提供参考。     

电力系统和通信系统脆弱性及其战略安全防御体系研究

柔性交流输电系统FACTS、全町控电力系统及基于同步相量技术的广域相量测量系统WAMS是现代电网向未来型电网过渡的主要电网新技术。文中论述电力和通信系统脆弱性及其评估方法及针对系统脆弱性建立战略电力摹础没施防御(SPID)系统的基本概念和必要性;强调WAMS是未来型SPID系统的重大基础设施,分析延迟和响应时间等因素对WAMS可用性的影响,提出要开发和完善广域电网智能自适应多代理系统(MAS)和建设新一代以光纤通信网络为基础的信息通信系统。     

基于微型同步相量测量单元的配电网单相接地故障定位

准确定位配电网的故障对于提高供电的可靠性和减少连续停电所造成的损失有着重要的意义,微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)的应用,为配电网故障准确定位提供更多的信息。为此,提出了一种基于μPMU信息的极限梯度提升和基于遗传算法的支持向量机的配电网单相接地故障定位方法。首先,通过μPMU提供的零序电流方向判断故障区段;然后,依据端电压电流正序向量和实际故障距离的特征集训练组合算法测距模型;最后,用组合算法故障定位器对验证集的故障定位。通过Matlab/Simulink仿真,证明该方法能够有效定位故障,承受过渡电阻、故障类型和噪声的影响,与传统的机器学习方法比较,组合模型定位方法的定位精度更高。     

用模拟退火算法改进管壳式换热器的优化设计

介绍了一种由两级管壳式换热器组成的换热器系统的优化设计数学模型，数学模型属于典型的有约束非线性规划问题。目前对有约束非线性规划问题还没有通用的求全局最优解的算法。转轴直径搜索可行方向法(DSFD方法)是一种比较有效的求解有约束非线性规划问题的算法。但它只能得到局部最优解。将模拟退火(Simulated Annealing)算法结合DSFD算法，构成了一种DSFD—SA—DSFD算法。在应用模拟退火算法的同时引入了罚函数法．将有约束非线性问题转化为无约束非线性问题。计算结果表明，DSFD—SA—DSFD算法能较快得到换热器优化问题的最优解，克服了单纯用DSFD算法只能得到局部最优解和单纯用SA算法效率不高的缺点。图3表11参8     

并网准则要求下的风电场设计和分析方法

随着风力发电比重的增加,电网对风电场并网的技术要求也越来越严格。为了确保规划的风电场满足电网的并网技术准则,并网运行风电场的方案必须根据并网技术准则的要求进行设计。对风电场并网准则的技术内容进行了分析,介绍了维斯塔斯公司根据并网准则进行风电场方案设计的方法。这些方法包括根据并网准则要求设计主回路;计算短路电流,检验方案的短路容量是否满足要求;通过潮流计算确定并网准则对无功补偿设备的容量要求;分析风电场在电网电压下降时的暂态行为,判断并网准则中的低电压穿越要求对方案的影响;给出了当规划的风电场不符合并网准则时应采取的解决措施,如采用无功补偿及相应的补偿设备和补偿量。文章最后给出了相应的算例分析。     

不平衡电压下双馈变速风电机组的控制策略

提出了不平衡电网电压下双馈发电机的控制策略,并建立了双馈发电机在正、反旋转坐标系下的数学模型。在此基础上推导和分析了电网电压不平衡条件下双馈发电机输出的瞬时有功、无功功率的组成。提出了4种可供选择的不平衡电压控制方案,并给出了不同控制目标下转子的正、负序电流目标值的计算原则。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了控制方案的有效性。     

基于CFD软件的直接空冷系统热风回流现象的分析

热风回流现象是直接空冷机组的一个普遍性问题。利用计算流体动力学(CFD)软件,采用计算机模拟方法,定性地分析了热风回流发生的原因及其对空冷机组的影响,其分析结果对直接空冷机组的设计和运行有一定的指导意义。     

跨网送电机组甩负荷后带厂用电运行的意义与措施

摘要：针对全国第1个用专线、长距离、跨电网送电火电机组的一些特有问题,分析这种单元机组甩负荷后自带厂用电运行在保证其自身安全、经济、方便等方面的重要作用。结合实际问题和试验结果,从控制系统的设置、工艺系统的适配、辅机运行等方面探讨提高机组甩负荷后自带厂用电运行可靠性的若干措施。     

工程量清单计价在电网工程中的应用研究

工程量清单作为建设工程招标、计价方式已在国内外普遍使用。结合国家电网公司《输变电工程工程量清单计价规范》要求,对电网工程建设中如何编制、应用工程量清单,以及在使用工程量清单计价过程中应注意的问题进行了研究与探讨。     

双馈式变速变距风电机组LPV控制器设计

提出了一种将闭环极点配置到满足动态响应区域内的增益调度LPV(linear parameter varying)鲁棒H_∞控制器设计新方法,以解决机组的动态稳定性问题.利用LPV的凸分解方法,将风电机组线性化模型化为具有凸多面体结构的LPV模型,然后利用LMI(linear matrix inequalities)方法对凸多面体各顶点分别设计满足H_∞性能和闭环极点配置的反馈增益,再利用各顶点设计的反馈控制器综合得到具有凸多面体结构的IPV控制器.与PID控制的仿真结果相比较,验证了该控制器具有良好的控制性能.     

微电网多端口变换器拓扑结构研究综述

发展微电网已成为破解高渗透率分布式能源高效、安全接入电网的客观需要,多端口变换器(multi-port converters, MPC)作为微电网中电能转换的核心装置,在微电网的建设中有着巨大的应用价值和广阔的应用前景。首先,分析了电能变换器拓扑结构的发展过程,并在其基础上对国内外适用于微电网的二端口变换器、三端口变换器、四端口变换器以及多端口变换器的典型拓扑结构进行了分析和比较。然后,指出多端口变换器在功率密度、转换效率以及变流功能等方面具有传统双端口变换器不可比拟的优势,是未来电能变换器的发展方向。最后,在拓扑结构、潮流控制以及运行可靠性等方面指出多端口变换器在工程应用中亟待解决的几个关键技术问题,并从多个方面分析了微电网多端口变换器的发展趋势。