基于遗传算法的连锁故障快速模拟及应用

目前,中国电网已进入跨大区互联,超、特高压交直流混合输电的快速发展时期,电网复杂程度急剧增加,发生连锁故障以致引发大面积停电事故的风险逐渐增加。文中在现有连锁故障算法研究的基础上,提出一种基于遗传算法的连锁故障快速模拟算法。该算法应用遗传算法理论,考虑系统运行条件影响,通过模拟基于自然选择的生物进化过程,搜索电力系统连锁故障风险较大的路径,模拟系统在不同初始状态下的可能连锁故障。实际算例表明,该算法可快速模拟电力系统连锁故障,发现系统薄弱环节并发出故障预警,从而进一步为连锁故障阻断对策制定及电网调度提供辅助支持。     

基于Multi-Agent的电网协同保护

为了满足我国电力系统全国大联网发展的需要,增强整个电网的保护性能,基于已有的Multi-Agent系统和Agent特性,分析了MAS成员及其协同关系,设计了一个电网协同保护控制方案。方案中,MAS体系结构分为信息、协同和交互3层。信息层利用SCADA采集信息并传给协同层。在协同层中,各种分析检测Agents对信息进行处理并汇报给决策Agents,再考虑各种因素快速作出正确决策。协同层中采用了过电流保护(OCR)软件及PEDA等。在Agents诊断故障中采用了PEDA技术准确快速切除故障,缩小停电范围。交互层的Agents将处理后的信息传给用户。MAS体系中各层间Agents相对独立又相互协同共同完成电网协同保护。与传统的继电保护配合相比,基于MAS的电网协同保护在整体上更具有可靠性和灵活性,为电网智能化保护提供了有效途径。     

An adaptive approach to load shedding and spinning reserve controlduring underfrequency conditions

Emergency conditions arising due to generating power deficiency and the consequent drop in power system frequency can lead to system collapse and a large scale loss of load. Underfrequency load shedding (UFLS) is a globally accepted practice to handle this situation. Most UFLS schemes use pre-specified step sizes based upon frequency measurements. This paper presents an adaptive scheme which uses both frequency and rate-of-change of frequency measurements to dynamically set UFLS relays if more than one generation outage is experienced. It then proposes a technique for coordinating UFLS and the activation of spinning reserves through localized governor control. Recent developments in computer based frequency and rate-of-change of frequency relays makes this scheme both feasible and attractive     

从乌克兰停电事故看电力信息系统安全问题

在1年之内,2015-12-23和2016-12-18,乌克兰电网系统遭受了两起由黑客入侵而引发的严重停电事故,其中,前一起被认为是世界上首起公开的针对电网基础设施的网络信息攻击事件。回顾了2015年停电事故的全过程,推演分析网络攻击的手法和效果,并归纳了网络攻击的通用框架。在2020年初步建设智能电网背景下,考虑到中国电网的信息安全系统也面临严峻的威胁和挑战,提出了包括从信息化战争视角提高对网络安全的思想重视水平、重审物理隔离、协同平衡系统安全与信息开放的几点思考,以及开展有效的安全演习、推进核心设备国产化等关于构建坚强的信息安全防御体系的几点建议。     

基于贝叶斯网络的电力客户停电敏感度预测

精准预测停电敏感的电力客户群体,能够有效感知客户用电需求,提升客户用电满意度,助力提高电力服务水平。文中提出基于贝叶斯网络构建电力客户停电敏感度预测模型,从95598客服平台、营销业务系统、用电信息采集系统获取分析数据,结合客户基本信息、用电信息、智能电能表计量信息以及用户用电交互行为,定义客户停电敏感度数据标签,对用户的停电投诉进行分析与预测。采用K折交叉验证法对停电敏感度预测模型进行实验验证。实验表明,基于贝叶斯网络构建的电力客户停电敏感度预测模型,在停电投诉分析应用中具备较高的精准度,验证了模型的有效性。     

Evaluation of the marginal outage costs of generating systems forthe purposes of spot pricing

This paper describes a methodology based on quantitative power system reliability evaluation for calculating the marginal outage costs of generating systems. The proposed method involves the calculation of the incremental expected unserved energy at a given operating reserve level and lead time and the multiplication of this value by the interrupted energy assessment rate of the system. The method is illustrated in this paper by calculating the marginal outage cost profile of the IEEE-Reliability Test System and by examining the effect of various modelling assumptions on that profile     

Estimation of power outage size based on the dominating differential equation

This paper describes a method to estimate how much power will drop after severe generation outage. When a large generation outage occurs, system frequency plummets to an unacceptable frequency level. Frequency drop affects both customers and generation systems. Thus adequate and quick load-shedding must be done to prevent problems. To institute any load-shedding policy effectively, the size of the generation outage must be precisely estimated in a very short time. So far, several methods have been proposed to estimate the power outage amount by measuring the decaying frequency variations that are obtained at each local bus. These methods are easily applied, but cannot be expected to provide good results in real power system operations because of the noises that are a part of decaying frequency variations. To cope with this problem, a new estimation method based on one that uses the dominating differential equation is proposed in this paper. The most precise estimation at this point is obtained by using additional factors, such as the sine wave included in the decaying frequency fluctuations and considered as a part of the equation. Simulation studies on a model power system consisting of five generating stations and four load points show that the newer method is encouraging. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (3): 39–49, 1997     

基于可靠性成本- 效益分析的电网规划

传统电网规划是以电网的直接投资费用最小为目标来满足一定可靠度的电网规划。电网规划的目的是保证电网的供电可靠性,而没有考虑由于电网的扩展所产生的经济效益,这样规划出的电网并不能获得最佳的社会效益。该文通过引入缺电成本,将可靠性与经济性结合在一起,在此基础上提出了一种新的电网规划成本-效益分析方法与数学模型,该方法将缺电成本作为供电总成本的重要组成部分,并且用缺电成本的大小来衡量可靠性效益的高低,将规划的可靠性成本与可靠性效益统一在对电网的经济性评估上。对规划方案进行了分析和评价,进一步完善了成本-效益分析方     

配电网用户感知停电事故严重性分析及可靠性评估

可靠性评估对于指导配电网规划设计具有重要意义。传统配电网可靠性评估主要从系统侧供电的角度,建立评估指标体系并进行分析,较少考虑停电发生时用户侧的用能需求差异,忽视了不同用户对于同一停电事故严重性的差异化感知,进而造成了传统可靠性指标不能完全准确反映停电事件对于不同用户在不同时段的差异化影响。为解决上述问题,首先,提出了用户感知可靠性的概念,并提出了一种用户对停电事故严重性感知的量化方法,以分析不同用户对停电事故的严重性感知程度及停电容忍程度;然后,分别从用户侧和系统侧提出了一系列基于用户感知的配电网可靠性评估新指标,建立了相应指标体系,并围绕该体系对配电网系统的可靠性评估开展了研究;最后,运用IEEE-RBTS标准算例对所提出的方法、指标进行了计算验证,证明了其可行性及正确性;并通过与传统可靠性指标的对比分析,体现了用户感知可靠性指标相较于传统评估指标的客观优势。     

考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合

发电机故障停运是电力系统运行中的不确定事件。目前在含风电鲁棒机组组合中考虑机组故障停运的方法,不同程度地忽略了机组故障停运的概率特征,难以较好描述机组故障停运风险。在含风电鲁棒机组组合模型的基础上,引入电量不足期望以量化机组故障停运风险,基于成本收益分析建立了考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合模型,并提出计算电量不足期望的简化模型以提升计算效率。基于改进的IEEE-RTS 26机系统验证所提模型和方法,结果表明该方法能较好考虑风电不确定性和机组故障停运风险的影响,该简化模型能显著减小问题求解规模、缩短计算时间。     

A novel collapse prediction index for voltage stability analysis and contingency ranking in power systems

Voltage instability is a serious phenomenon that can occur in a power system because of critical or stressed conditions. To prevent voltage collapse caused by such instability, accurate voltage collapse prediction is necessary for power system planning and operation. This paper proposes a novel collapse prediction index (NCPI) to assess the voltage stability conditions of the power system and the critical conditions of lines. The effectiveness and applicability of the proposed index are investigated on the IEEE 30-bus and IEEE 118-bus systems and compared with the well-known existing indices (Lmn, FVSI, LQP, NLSI, and VSLI) under several power system operations to validate its practicability and versatility. The study also presents the sensitivity assumptions of existing indices and analyzes their impact on voltage collapse prediction. The application results under intensive case studies prove that the proposed index NCPI adapts to several operating power conditions. The results show the superiority of the proposed index in accurately estimating the maximum load-ability and predicting the critical lines, weak buses, and weak areas in medium and large networks during various power load operations and contingencies. A line interruption or generation unit outage in a power system can also lead to voltage collapse, and this is a contingency in the power system. Line and generation unit outage contingencies are examined to identify the lines and generators that significantly impact system stability in the event of an outage. The contingencies are also ranked to identify the most severe outages that significantly cause voltage collapse because of the outage of line or generator.     

计及关键负荷功能恢复需求的韧性城市配电网恢复方法

大停电后,利用城市配电网本地分布式电源快速恢复重要负荷,是减小停电损失、提升电网韧性的有效方法。城市中既存在需要电、水、气等各类资源共同支撑才可实现正常运转的终端用户负荷,也有如交通灯、水泵等关键基础设施负荷,且电网、用户负荷、关键基础设施负荷之间存在密切的耦合关系,需要在恢复决策时予以考虑。提出了一种计及关键负荷功能恢复需求的多时段配电网故障恢复方法。在荷侧,考虑了用户负荷功能对于电、水、气资源的需求及交通负荷用电需求;在网侧,考虑了电网、水网、气网的运行约束;在源侧,考虑了可移动发电资源接入灵活和本地发电资源能量有限的特点。算例测试结果表明,所提方法可最大化恢复多类型负荷的社会功能,实现有限发电资源的最优分配。     

计及关键负荷功能恢复需求的韧性城市配电网恢复方法

大停电后,利用城市配电网本地分布式电源快速恢复重要负荷,是减小停电损失、提升电网韧性的有效方法。城市中既存在需要电、水、气等各类资源共同支撑才可实现正常运转的终端用户负荷,也有如交通灯、水泵等关键基础设施负荷,且电网、用户负荷、关键基础设施负荷之间存在密切的耦合关系,需要在恢复决策时予以考虑。提出了一种计及关键负荷功能恢复需求的多时段配电网故障恢复方法。在荷侧,考虑了用户负荷功能对于电、水、气资源的需求及交通负荷用电需求;在网侧,考虑了电网、水网、气网的运行约束;在源侧,考虑了可移动发电资源接入灵活和本地发电资源能量有限的特点。算例测试结果表明,所提方法可最大化恢复多类型负荷的社会功能,实现有限发电资源的最优分配。     

基于直流灵敏度法的节点间可用输电能力计算

设计了基于直流潮流的灵敏度算法,并建立了数学模型;给出了几种灵敏度系数的定义及计算公式,如功率传榆分布系数(PTDF),支路开断分布系数(LODF)和支路开断传榆分布系数(OTDF).文中推导了无开断下、单一支路开断下以厦单一发电机开断下节点间可用输电能力的计算公式,给出了计算流程,利用IEEE与节点例题对该算法进行测试,得到无开断和单一支路开断下的ATC值以及相关的功率分布系数值.本文的研究开发为电网可用输电能力(ATC)的实际应用提供了理论和技术基础.     

基于工作票的输变电停电事件自动集成

随着电能质量在线监测系统深化应用,输变电停电事件自动集成已成为电能质量在线监测系统核心的管理功能,实现了从源头系统采集数据并能自动生成停电事件。但是,停电事件生成后,还需要人工进行判断和修改停电性质及原因,增加了管理人员工作负担,同时也不能保证对相关事件管理和统计的及时性。该论文从技术路线与架构、数据流向和数据研判等方面介绍了一种基于工作票的输变电停电原因自动集成典型设计,在现有电能质量在线监测系统中实现了停电原因自动集成。     

计及不确定性的移动应急电源鲁棒优化调度

建立电力应急响应机制对提升电力系统应急保障能力意义重大,发生停电事故时合理调度移动应急电源可以降低停电损失,是应急响应过程中重要的一环。停电事故发生时实际停电持续时间、移动应急电源行驶时间和重要用户缺电功率都存在不确定性,然而现有的与移动应急电源优化调度有关的研究大多并未考虑这些不确定因素。在此背景下,提出一种计及不确定性的移动应急电源鲁棒优化调度方法。首先,以区间数表示调度过程中的不确定因素,建立以重要用户停电损失最小为目标函数的包含区间数的优化模型。接着,针对该模型中包含的非线性函数及二次项,通过引入辅助决策变量的方法将模型转化为混合整数线性规划问题。然后,针对悲观解在很多情况下可能过于保守的不足,提出一种基于可接受的解的波动范围的鲁棒优化方法。最后,通过算例说明了所提出模型能够有效地应对移动应急电源优化调度中的不确定因素并得到有效的调度方案。     

基于EPSILON约束法的配电自动化设备多目标优化布点模型

通过在配电网中配置自动化设备可以有效限制故障带来的负面影响,从而提高供电可靠性,减少停电损失,但采用全覆盖式的布点方案会极大程度地加剧电力公司的资金压力。为了合理地配置各类自动化设备,最大程度地发挥资金效能,提出了配电自动化设备的多目标优化布点模型。首先,分析了各类设备布点情况与负荷停电时间之间的关系,进而获得了供电可靠性与停电损失关于设备布点情况的表达式。然后,以各类设备的全生命周期费用作为约束,搭建了基于混合整数线性规划的配电自动化设备多目标优化布点模型,并通过数学求解器配合EPSILON约束法对其进行求解,以有限的资金获得最大的供电可靠性以及最小的停电损失。最后,基于IEEE RBTS-BUS4的算例结果表明,所提出的模型可以精确有效地对配电自动化设备进行优化布点,并直观地反映供电可靠性与停电损失之间的关系,为电网规划人员提供了辅助材料。     

Typical Applications of Induction Generators and Control System Considerations

Induction generators are seeing increasing use for energy recovery applications because of their inherent simplicity and ease of connection to an electrical power system. Often questions concerning induction generator control considerations are presented. These include power system short-circuit contribution, automatic reclosure after a power outage, power factor correction, system startup, and self- excitation. Induction generator applications and control considerations often encountered are addressed, and some answers and ideas are provided for the engineer planning an induction generator energy recovery system.     

防灾应急电源优化调度的机会约束规划方法

在电力系统防灾应急体系中,需要合理调度防灾应急电源,以最大限度地降低停电损失。在实际停电事故发生时,调度环境非常复杂且具有很多不确定性因素,而现有防灾应急电源优化调度方面的研究大多未计及多重不确定性因素的影响。在此背景下,假定应急电源的行驶时间近似服从正态分布,失电用户的缺电功率近似服从区间均匀分布,在此基础上建立基于机会约束规划的防灾应急电源优化调度模型。该模型以重要失电用户的总停电损失最小为优化目标,采用置信水平处理模型中的不确定参数,并在量子进化算法中嵌入蒙特卡洛仿真来求解。算例分析结果表明所提方法可以处理电力应急过程中的多重不确定性因素,合理分配防灾应急电源,进而降低停电损失。     

基于目标级联分析的输配电网黑启动分布式协同优化方法

协调优化大停电后输、配电网的恢复进程,充分发挥分布式电源的黑启动价值,可加快系统恢复速度,减小停电损失。考虑完整时间尺度下的黑启动过程,文中提出了一种输配电网黑启动分布式协同优化方法。首先,以最小化停电损失为目标建立了输配全局电网黑启动优化模型,利用经济手段量化黑启动方案的恢复效果。然后,基于目标级联分析将其分解为输电网黑启动优化子问题和各配电网黑启动优化子问题,子问题建模采用混合整数二次规划模型,计及了黑启动各时步电网不同元件的恢复操作。输、配电网控制中心仅需交换各时步的边界功率等少量信息就可进行分布式协调,进而得到输配协同的黑启动方案。最后,输配全局电网算例分析表明所提方法可有效协调输、配电网的恢复资源与进程,减小停电损失。