考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法

风电功率由于其随机性和波动性,接入系统后对于主网潮流分布有着较大影响,且大规模风电场大多距离接入点较远,功率汇集后并网有着较大的无功需求,因此风电场不同接入方案对电网运行安全性和投资建设经济性影响显著.传统直流规划模型无法计算系统无功潮流及功率损耗,也无法将主网母线电压及汇集站节点电压进行有效约束,规划结果精确度差甚至某些情况下可能产生不可行方案.文章统筹考虑风电场直接并网和经汇集站汇集后并网的不同并网方式,以经济性最优为优化目标,提出一种风电场集群接入系统协调规划的混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型.该模型采用交流潮流模型,可有效计及风电并网功率与系统有功、无功潮流及线路损耗、节点电压之间的耦合关系.利用随机优化方法,通过考虑基础场景与随机场景来平衡风电出力随机性带来的经济性和安全性问题,规划方案更加经济灵活.最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性.     

含大规模风电场的电力系统线性化最优潮流计算

考虑随机因素的最优潮流(optimal power flow,OPF)计算属于非线性计算,随着系统规模增大,计算难度大大增加,计算效率低,难以满足电力系统在线计算分析要求。针对含大规模风电场的电力系统,首先利用近似简化方法对传统考虑风电不确定性的最优潮流模型进行线性化处理,同时利用拉丁超立方采样进行风电场景生成,基于场景削减技术获得概率测度较大的少数风电场景;然后建立一种新的考虑风电不确定性的线性化最优潮流模型;最后利用简化内点法进行求解。IEEE 300节点、Polish 2 736节点系统的计算结果表明,考虑风电不确定性的线性化最优潮流精度高、计算时间短、适用性强。     

计及换流器损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流算法

提出一种考虑换流器精确损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流计算方法。基于计及换流器精确有功损耗的电压源换流器(VSC)换流站一般模型,建立了多端柔性直流互联交直流系统的最优潮流数学模型,推导了不同控制方式对寻优变量设定和等式约束构建的影响。针对电压下垂控制换流器交流侧有功功率与换流器损耗之间的"耦合"问题,提出了一种下垂控制VSC交流侧有功功率的计算方法。进而,在分析雅可比矩阵构成的基础上,采用步长控制原对偶内点法实现了模型求解。最后通过改进的IEEE 30节点算例仿真,分析了换流器损耗、电压下垂控制方式对最优潮流计算的影响,验证了所提方法的有效性、准确性和适用性。     

计及风电不确定性和TCSC 功率调节作用的最优潮流研究

风电并网不仅改变网络中功率的分布,而且风电的不确定性增加了调度的难度,晶闸管控制串联电容器(TCSC)可以改变线路等值参数,从而控制潮流的分布,改善风电并网对网络功率分布的影响。因此有必要建立计及风电不确定性和TCSC调节作用的最优潮流(OPF)模型。模型分为预优化和实时优化两个阶段,预优化阶段通过风速预测、风速-风功率转换,得到以1 h为周期的24 h风电场出力计划。实时优化阶段采用场景描述风电不确定性,在各个场景下通过调节TCSC参数来控制网络中功率的分布,以实现网损最小为目标。利用IEEE30节点系统进行算例分析,结果表明,模型可以改善风电不确定性对电网运行的影响,并且提高系统的经济性。     

多VSC型换流器电力系统潮流计算方法研究

针对电压源型换流器(voltage source converter,VSC)控制方式复杂,状态变量多,潮流计算不便的问题,文中在深入研究不同应用场景下VSC型换流器控制方式的特点及共性的基础上,结合潮流计算的基本要求,提出了不同控制方式下VSC型换流器并网节点等效处理方法,并对雅克比矩阵相应元素的计算表达式进行推导,构建了计及VSC型换流器控制方式的统一迭代潮流计算的牛顿拉弗逊算法。含多端柔性直流输电(VSC-HVDC)输电系统及多类型风电的IEEE-30节点系统计算结果验证了所提出的VSC型换流器并网节点等效处理方法的正确性及潮流计算方法的有效性。     

基于多场景变权多目标优化的UPFC在风电并网系统中的配置方案研究

风电出力与负荷的双向随机性使得电网潮流存在较大的不确定性,易造成电压失稳和线路传输功率过载等问题。统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以通过控制线路潮流和稳定节点电压,使风电并网系统运行的安全性、经济性大大增强。针对现有UPFC配置方法存在的未能充分考虑系统运行场景的不确定性及多场景下权重差异性的缺点,建立UPFC多场景变权多目标优化配置模型。利用K-means聚类方法对风电出力-负荷进行场景划分,以有功网损、电压偏移率和负载均衡度以及UPFC安装成本为优化目标,利用NSGA-II算法对UPFC的安装数量、位置、容量进行优化,并提出多场景熵权-层次分析法对Pareto解集排序,得出UPFC配置的最优方案。算例对IEEE 30节点系统进行仿真计算,验证了该模型和算法的正确性和有效性。     

基于场景概率潮流的电力系统无功优化研究

多风电场出力的随机性和互相关性特点对电力系统无功优化调度有着不可忽视的影响。针对这一问题,提出一种基于场景概率潮流的电力系统无功优化方法。该方法将风电出力场景化,结合概率潮流计算,以系统有功网损、发电机无功偏差和节点电压偏差期望加权值最小作为无功优化目标函数,利用粒子群算法求得各风电出力场景下的最优无功控制策略。在含多风电场的IEEE 30节点系统中对所提方法进行测试,并与确定性的场景无功优化方法相对比,验证了所提方法的有效性。     

含多个风电机组的配电网无功优化

风电机组出力的随机性使传统无功优化模型难以胜任.提出了含多个风电机组的配电网无功优化的模型和算法.基于场景分析法探讨了单台和多台不同参数风电机组的随机出力描述方法,并针对不同参数的风电机组同时接入系统时的情况,提出了系统场景的划分规则,继而建立了含多个风电机组的配电网无功优化的场景模型.针对多场景潮流计算的复杂性,提出一种高效算法,该算法先利用场景功率的相似性确定场景的分析次序,再将前一场景的潮流计算结果作为后一场景的初始条件,以加速潮流收敛.仿真结果验证了该模型和算法的有效性.     

考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合系统最优潮流计算方法

提出了含模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的柔性直流交直流混合系统最优潮流模型,考虑了换流器损耗及系统静态安全约束集,采用内点法求解电网中发电机组及柔性直流换流站的功率、电压最优控制值,从而达到整体电网优化的目的。另外,还结合实际物理电网的特点,提出了最优潮流计算过程中电网静态安全约束的实用化处理方法,并根据静态安全校核结果对优化模型约束条件进行修正。最后,通过测试算例及实际电网算例验证了上述方法的有效性。     

计及风电不确定性的含UPFC电力系统的两阶段最优潮流

风速具有随机性和不确定性,大规模风电场的并网会影响电力系统的稳定性,而统一潮流控制器(UPFC)具有实时潮流控制能力,有利于系统稳定。建立计及风电不确定性的含UPFC的最优潮流模型,由日内滚动调度和实时调度两阶段组成。日内滚动调度阶段不考虑风电出力预测误差,制定机组出力计划,优化运行成本;实时调度阶段根据风电出力预测误差调节UPFC参数,实时修正运行计划,并进行潮流优化,以保证系统安全可靠。以IEEE 14节点系统和某实际系统为例进行算例分析,结果表明,所提模型可以通过UPFC的参数控制有效减少风电预测误差带来的影响,从而提高系统的经济性和安全性。     

基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流算法研究

柔性直流输电系统非常适合海上风电场并网,但传统交/直流混联系统潮流算法在计算基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流时存在缺陷:直流系统移开后,风电场交流节点变为孤立节点,剩余交流系统的雅可比矩阵不可逆,迭代过程无法进行。针对这一缺陷提出了一种含VSC-HVDC的混联系统(AC/VSC-HVDC)潮流解耦算法:该算法将交、直流系统进行解耦,分别迭代计算。所提算法克服了目前交/直流混联系统潮流计算方法存在的对交流潮流计算程序继承性差、扩展变量多、计算速度慢等缺点;也解决了风电场VSC-HVDC并网系统潮流算法中存在的问题。通过标准算例的计算验证了所提方法的有效性,可以用来对风电场直流并网系统进行稳态潮流分析。     

含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算

由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动,所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形,为了使电网既能安全运行,又能实现经济调度,提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。模型以火电机组的总成本最小为目标函数,并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束,采用内点法进行求解。算例结果表明,引入误差场景后,虽然火电机组的总成本增加了,但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足,从而保障了电网的安全运行。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

多风电场接入的灵敏度场景静态无功/电压评估

风电出力对电力系统运行的影响存在复杂的非线性,现有处理风电随机性的风电场景模型难以保证风电场景与电力系统优化运行保持一致,为此提出含多风电场的电力系统无功/电压灵敏度场景分析方法。首先利用网损/电压灵敏度计算方法计算多风电场相关性出力样本的网损/电压灵敏度,再基于主成分分析构建联合网损/电压灵敏度特征空间,并在此基础上进行场景聚类,得到多风电场网损/电压灵敏度场景。将某2个风电场的实际数据接入IEEE 30节点系统中分别进行传统风电场景分析和所提灵敏度场景分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于二阶锥优化的交直流系统多目标最优潮流研究

为解决广域大范围内新能源的并网和消纳问题,柔性直流电网技术得到了快速的发展,已经发展成为了直流环网的形式.直流环网具有多条冗余线路,能更好更灵活地调度各发电单元和线路之间传输的功率.针对柔性直流电网的特点,提出一种基于二阶锥优化和超效率数据包络分析法的交直流互联系统最优潮流计算方法.基于含VSC-HVDC的交直流系统稳态模型,建立了综合考虑环境因素和系统网络损耗的多目标最优潮流模型;采用二阶锥和IPOPT(内点法)相结合的交替求解方法将其转化为二阶锥凸优化问题;再通过SE-DEA从Pareto最优解集中选取出有效近似度最高的有效折中解.基于修改的IEEE 14、IEEE 30节点算例结果验证了所提方法的有效性、准确性,能够很好地解决含VSC-HVDC交直流系统最优潮流问题.     

基于概率预测的混合储能平抑风电波动随机优化调控方法

在风电场中安装不同类型的储能设备可以有效平抑风电波动,减少风电不确定性给电力系统安全运行带来的影响.对于由风电场和混合储能系统构成的风储混合系统,提出了基于概率预测的混合储能平抑风电波动随机优化调控方法.首先,通过风电概率预测结合多元Copula函数生成具有时间相关性的风电场景集;随后,提出自适应变分模态分解方法计算并网风电功率和混合储能系统充/放电功率的目标预调度值;接着,基于所获得的预调度目标功率,考虑储能充/放电循环次数约束和存储能量机会约束,构建并求解了混合储能平抑风电波动随机优化调控模型;最后,通过算例分析说明了所提混合储能平抑风电波动随机优化调控方法的有效性和经济性.     

基于柔性分析的风电并网容量优化建模

针对目前风电并网容量优化分析对风电出力随机性考虑的不足,在电力系统柔性分析研究的基础上,引入柔性参数,将风电功率的随机性柔性化表示,并将其量化为惩罚成本计入风电运行价值函数中。同时,考虑风电运行价值对风电并网容量的影响,建立了风电并网容量优化柔性数学模型,并运用拉格朗日函数的鞍点理论将此多目标优化模型简化为2个单目标的优化问题。通过IEEE 30节点算例分析表明,风电功率的柔性化表示充分反映了风电出力随机性强的特点,同时优化柔性数学模型的应用使得风电并网容量规划方案的经济性和安全性有机地结合起来,实现了风电运行价值和风电并网容量折中决策。     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。     

计及源-荷多灵活备用资源的随机优化调度

大规模新能源并网给电力系统的调度运行带来了新的挑战。为缓解系统的备用压力,提出一种计及源-荷多灵活备用资源的随机优化调度方法。首先,基于场景生成方法建立可变场景模型,考虑了风电并网容量和光伏并网面积对新能源出力不确定性的影响。其次,建立电力系统中多种灵活资源的备用模型:在源侧,分别建立常规机组和风电/光伏的备用模型,并考虑了风电/光伏备用的不确定性;在负荷侧,引入激励型需求响应,对需求侧备用进行建模。然后,基于两阶段随机优化方法建立备用调度模型。该模型考虑了日前的运行和备用决策以及日内不确定场景下的弃风、弃光以及切负荷风险。最后,基于改进的IEEE RTS-24测试系统验证了所提模型的有效性。     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。