基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。     

三区延迟电力系统鲁棒负荷频率控制研究

电力系统中通信线路的大量使用不可避免地导致了负荷频率控制(LFC)中延迟现象的产生,这些延迟的存在会对系统稳定性造成潜在的威胁。文中旨在针对三区域延迟电力系统提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)与延迟边际估计(DME)的鲁棒负荷频率控制策略。首先通过递归替换程序将系统特征方程中的超越项消去并引进根趋势的定义用于分析频率特征根的稳定性;随后给出了系统延迟边际的解析形式。而后给出了基于此延迟边际与LMI的鲁棒控制器设计流程,其中引进了鲁棒性能指标(RPI)用于衡量外部扰动对系统输出的影响。而后通过对半搜索技术(BST)用于搜索此RPI的最小值并得出鲁棒控制器的控制增益。通过2个仿真实验验证所提方法的性能:仿真1用于验证所提延迟边际估计方法的有效性;仿真2用于评估所提鲁棒LFC方法较传统控制方法的优越性。仿真结果验证了所提出的三区延迟电力系统延迟边际估计算法的有效性以及较传统方法的更佳的鲁棒特性。     

HVDC孤岛运行附加频率鲁棒控制器设计

为提高HVDC孤岛运行时送端系统频率稳定性,提出了一种直流附加频率鲁棒控制器,利用直流功率的快速可控性来稳定系统频率。采用高精度TLS-ESPRIT算法辨识得出系统低阶线性化模型,再采用基于线性矩阵不等式的鲁棒设计方法在兼顾最优性能和鲁棒性能的同时设计了附加频率鲁棒控制器。该附加频率鲁棒控制器控制结构简单、阶数较低,易于实现。在PSCAD/EMTDC中的仿真实验表明,所设计的附加频率鲁棒控制器能显著提高送端系统频率稳定性。并且相比于传统PI控制器,其控制效果更好,对不同运行方式下的不同类型故障都有较强的鲁棒性,即使在联网运行方式下也可继续有效地运行,研究结果可供孤岛运行方式下的实际电力系统应用参考。     

基于PDNN的含风电互联电网负荷频率Tube-RMPC设计

随着新能源大规模接入电网,为应对新能源随机性和波动性给互联系统负荷频率控制(Load Frequency Control, LFC)带来的不确定问题,实现新能源电力系统多约束条件下的优化运行,建立了含风电机组的LFC多胞模型,以减少模型参数不确定对控制系统的影响。设计了基于原对偶神经网络(Primal-Dual Neural Network, PDNN)的Tube鲁棒模型预测控制(Tube-Robust Model Predictive Control, Tube-RMPC)策略。将标称模型预测控制器与辅助反馈控制器结合,通过PDNN实时求解标称模型预测控制器以保证为LFC系统产生最优状态轨迹。设计辅助反馈控制器抵消外部干扰,使实际系统的状态维持在以标称轨迹为中心的Tube内。最后,对含风电的三区域负荷频率控制系统进行仿真研究,结果表明所提出的Tube-RMPC控制策略,不仅能够有效提高控制精度,还能增强系统鲁棒性,提高实时优化效率。     

基于交替方向乘子法的分布式负荷频率控制策略

负荷频率控制(load frequency control, LFC)是维持电力系统安全稳定运行的基础。对于多区域互联电力系统,由于描述动态过程的微分方程组相当复杂,这给负荷频率控制器的设计带来了困难。在此背景下,针对多区域互联电力系统,提出基于交替方向乘子法 (alternating direction method of multiplier, ADMM) 的分布式最优负荷频率控制器设计方法,以取得良好的控制性能,同时具备较高的计算效率。首先,介绍了负荷频率控制问题的微分方程模型。之后,基于二次多项式和矩阵稀疏化构建了分布式最优LFC策略的数学模型,并采用ADMM求解。最后,以三区域互联电力系统为例对所提方法进行了验证。仿真结果表明,针对负荷扰动和时变参数,所提方法能够把各区域的频率偏差和区域间联络线上的功率偏差控制到0。     

基于MPC算法的互联电网负荷频率控制

自动发电控制(AGC)是互联电网进行有功调频的首要方法,研究提出了一种基于模型预测控制(MPC)的互联电力系统负荷频率控制(LFC)设计方法。利用MPC算法使得由发电机参数摄动和负荷扰动形成的电网频率波动减小。为验证所提出方案的有效性,建立三区域互联电力系统频率响应模型并仿真,将MPC算法与常规的PID算法控制效果进行比较。结果表明,在负荷扰动、参数摄动和有通信延迟的情况下,MPC技术对互联电网的负荷频率控制性能均优于PID控制。     

基于状态收缩约束的模型预测负荷频率控制

提出一种基于状态收缩约束的模型预测控制策略(SCC-MPC)。这种控制策略具有一般有限时域模型预测控制的特点，并且在算法中引入了一个状态收缩约束，从而保证了模型预测控制算法的稳定性。对SCC-MPC的名义稳定性、鲁棒稳定性分别进行了分析，并用数学方法证明了SCC-MPC算法的名义稳定和鲁棒稳定。用SCC-MPC策略设计多区域电力系统的负荷频率控制器，仿真结果说明系统在受到负荷扰动时， SCC-MPC控制器使系统频率趋于正常值，区域间的交换功率也趋近于计划值。     

面向抽水蓄能电站区域负荷频率的分数阶PID控制研究

由于可再生能源发电系统固有的不确定性以及日益扩大的电网规模和区域内电站结构的复杂度对电力系统稳定运行造成影响。抽水蓄能电站作为一种调频资源,已成为区域电网负荷频率控制(load frequency control,LFC)的重要手段之一。由此,开展了抽水蓄能电站的区域LFC研究,搭建了考虑死区和发电速度约束等非线性因素下的两区域再热式汽轮机组LFC模型,设计了一个分数阶PID(fractional order PID,FOPID)控制器,利用改进Oustaloup算法实现分数阶微分算子的近似并与传统的PID控制器进行比较。仿真结果表明,文中提出的FOPID策略在控制含有非线性环节的系统时能达到更好的控制效果,表现出较强的鲁棒稳定性。对于抽水蓄能电站参与的负荷频率控制,能够缩短频率恢复时间,使二次调频的动态性能得到很大提升。     

基于电力系统二次调频原理的微电源频率控制策略

孤岛运行的微电网由于其容量小,并且大部分微电源通过电力电子装置并网惯性小,因此微电网的频率和电压受微电网中负荷变化影响较大。基于电力系统二次调频原理研究了一种微电网频率控制策略。传统的下垂控制策略属于有差调节,当系统负荷发生变化时,不能保证微电网频率稳定在额定值。提出的基于电力系统二次调频原理的微电源频率控制策略在下垂控制的基础上,引入了比例-积分（PI）控制环节实现了频率的无差调节,类似于电力系统的二次调频过程。为了克服微电网惯性低的缺点,模仿了同步发电机的转子运动方程为该频率控制策略增加了一阶惯性环节,更好地提高了微电网的频率稳定性。基于Matlab/Simulink仿真平台,仿真研究了采用上述控制策略时微电网在孤岛模式下负荷投切、负荷冲击、负荷随机波动、微电网运行模式切换等多种工况时的频率变化,仿真结果证明了该控制策略的正确性和有效性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于柔性环网控制装置的交直流混合配电网接线模式研究

随着分布式电源、电动汽车等直流电源和直流负荷的大规模接入及用户对供电可靠性要求的提高,柔性直流技术在配电网中的应用越来越广泛。该文研究了含多端柔性环网控制装置的交直流混合配电网的典型网架结构;提出了传统交流配电网向交直流混合配电网的过渡目标、过渡原则、过渡过程,并给出了几种典型网架的过渡方式;最后,以三端柔性环网控制装置为例,通过对运行方式的划分,明确了含柔性环网控制装置的交直流混合配电网的运行方式及转换过程,为传统配电网向交直流混合配电网的升级提供理论依据。     

基于多端VSC技术的一种交直流混合配电网网络结构

分布式电源的快速发展和配电网负荷的变化使得传统辐射型交流配电网面临诸多问题。该文利用多端电压源换流器(voltage source converter,VSC)技术,通过在交流配电网中增加直流环节来构建交流直流混合配电网,提出了交直流混合配电网的网络结构,并对其控制策略进行了理论分析,最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型对其网络结构和控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,通过对换流器进行合理控制,能够有效改善原有交流配电线路的电压分布和负荷承载能力,并且能够对系统潮流进行灵活控制,实现对系统能源的合理分配。另外,交直流混合配电网中的直流环节可以作为未来直流配电网的一部分,从而使传统交流配电网可以平缓过渡到未来可能全面建设的直流配电网。     

（17期已排）交直流混合微电网系统建模及协调控制研究

微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。交直流混合微电网是分布式电源、配网以及负荷在种类多样化和低成本化发展进程中较为理想的产物。文章针对未来交直流互联的混合配网中高密度分布式电源、负荷接入和管控的应用场合,提出了一种新型的互为支撑的交直流混合微电网拓扑结构,建立了相应的仿真模型,并进行了交直流混合微电网的系统稳定性分析。仿真结果进一步验证了文中所建交直流混合微电网模型的正确性和所提交直流混合微电网及其方案的可行性。     

考虑可靠性的交直流混合配电网网架与分布式电源协同优化规划

含高比例分布式电源接入的交直流混合配电网是未来配电网发展的重要过渡形式,且随着电力系统的发展,对于配电网可靠性的要求越来越高。提出了一种考虑可靠性的交直流混合配电网网架与分布式电源协同优化规划设计方法。在场景构建阶段,该方法考虑了配电网中各分布式电源出力的相关性和时序性以及各负荷功率的时序性。在可靠性评估阶段,针对交直流混合配电网的运行特点,建立了完善的同时考虑稳态和故障运行下可靠性的综合评估体系,通过建立各可靠性指标间的联系,客观地将可靠性指标与经济性指标进行统一量纲处理。在优化阶段,对交直流混合配电网网架结构及分布式电源接入容量设计了双层协同优化策略。同时,建立了完备的线路故障抽样模型。以修改的IEEE 33节点交直流混合配电网的优化规划算例验证了所提方法的优越性和有效性。     

新型电力系统下多分布式电源接入配电网承载力评估方法研究

随着光伏和风电等多种分布式电源的接入,使得传统配电网的结构及其运行状态发生了较大改变。因此,通过建立直观的分布式电源接入评价体系,对新型电力系统背景下的配电网接入分布式电源的承载力进行合理评估成为重要的研究内容。以可再生能源及无功补偿装置接入的新型配电网中风电和光伏发电的最大容量为目标函数,建立分布式电源接入配电网的承载能力模型,通过二阶锥松弛将该模型转化为二阶锥规划模型进行求解。然后考虑到配电网运行的优质性、经济性以及灵活性,建立多层次承载能力评估体系,根据模型求解结果计算承载能力评价指标,再通过组合赋权法将评价指标计算结果转化为综合评分。最后通过对IEEE33节点系统配电网模型进行算例分析,结果表明所提评估方法更为全面、有效。     

基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型

为适应未来配电网可能出现的交直流混合拓扑形态,提出了基于二阶锥规划的交直流主动配电网多时段日前优化调度模型。该模型以购电费用和弃光弃风惩罚费用之和最小作为目标函数,通过分布式电源有功和无功调节、容抗器投切、储能充放电功率调节、电压源换流器无功调节及配电网动态重构等多种主动管理措施实现主动配电网有功功率-无功功率联合优化,消除潮流及电压越限,解决高比例分布式电源接入交直流主动配电网后的日前优化调度问题。50节点算例的分析验证了所提模型的正确性。     

基于二阶锥规划的交直流混合配电网优化调度

针对交直流混合配电网优化调度中控制变量多样化的趋势,以网损费用和弃光费用之和最小作为目标函数,综合考虑分布式电源、储能装置、电压源换流器、电容器组和静止无功补偿装置等控制变量集合,建立交直流混合主动配电网有功-无功多时段协同优化新模型,解决电压越限问题,实现功率快速补偿。针对变量维数增加引起的模型最优解精确性问题,采用二阶锥规划对非凸非线性问题松弛凸化,利用Cplex算法求得模型最优解。最后,通过拓展的49节点系统算例测试结果验证所提模型的有效性。     

含柔性变电站的交直流配电网分布式优化调度方法

考虑到集中优化方法存在计算成本高、通信负担重的缺陷,基于分布式管理思路提出一种含柔性变电站的交直流配电网分布式优化调度方法.首先,将含柔性变电站的交直流配电网系统解耦为中压交流子系统、中压直流子系统、低压交流子系统、低压直流子系统和柔性变电站子系统等可独立优化调度的子系统,并建立各子系统的二阶锥优化调度模型;然后,采用目标级联法实现交直流配电网优化调度模型在各个子系统中的分布式迭代计算;最后,通过仿真算例验证所提方法的有效性和准确性,在满足交直流配电网整体运行约束的条件下,交直流配电网实现了整体最优运行.     

高比例新能源交直流混合配电网优化运行与安全分析研究综述

高比例间歇式清洁能源的接入实现了能源利用率的提高和碳排放的减少,但其出力的不确定性为交直流混合配电网的安全运行带来了挑战.同时,高效调度泛在灵活性资源可以促进风光资源的消纳,实现交直流混合配电网的安全经济运行.鉴于此,对高比例新能源交直流混合配电网优化运行与安全分析研究进行了综述.首先介绍了交直流混合配电网潮流模型及运行约束,包括非线性模型、线性化模型和凸松弛模型;其次阐述了交直流混合配电网优化调度研究,包括随机优化方法、两阶段/多阶段随机优化模型和灵活性运行;接着对交直流混合配电网进行了N-1安全分析和可靠性评估,构建了安全域模型;最后展望了未来交直流混合配电网安全分析与优化调度可研究的方向.     

考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划

多类型分布式电源接入配电网对系统灵活性要求越来越高。基于交直流混合配电网的高灵活性和高可控性,提出了一种考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,分析系统灵活性需求与灵活性资源运行特性,建立系统灵活性评估指标;然后,采用K-means聚类算法建立配电网中分布式电源和负荷的典型运行场景集合;其次,建立考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划模型,上层以其年综合成本最小为优化目标,下层以其综合运行成本最少和系统运行灵活性最优为目标,采用非线性化主成分分析法,并结合遗传算法求解规划模型。最后,基于改进IEEE 33节点配网系统验证双层规划模型和储能最优配置方案的合理性与有效性。