综合能源交直流混联外送系统暂态过电压分析与快速估算

针对大容量直流和高比例新能源集中接入的交直流送端系统中,由于故障扰动引起的暂态过电压难以快速准确计算导致系统安全稳定运行的问题,提出综合能源交直流混联外送系统暂态过电压分析与快速估算方法。首先,建立风火打捆的送端系统等效模型,考虑储能系统接入后的交直流综合能源的调节特性,对故障后的暂态过电压进行修正。分析故障扰动下风电机组的有功功率和无功功率动态变化特性,给出暂态过电压的计算流程。然后,分析暂态过电压时变参数辨识方法,提出交直流系统暂态过电压快速估计方法。最后,以某地交直流送端系统数据建立仿真模型,仿真结果验证了所提方法在交直流送端系统暂态过电压的计算精度和收敛速度方面具有优越性。     

考虑换流器伪量测建模的交直流混联电网状态估计方法

随着直流源储荷的接入与柔性直流电力电子设备的发展,含多种分布式电源（distributed generation, DG）的交直流混联电网被认为是未来电网的主流架构,这给系统操作带来了更多灵活性,但也加剧了量测数据不足的问题,使得系统状态估计求解更加困难。目前成熟的交流状态估计未计及直流系统状态量和量测量的特征及各类DG出力的不确定性,且通常默认换流器控制方式已知,控制方法未知时的伪量测建模技术有待研究。采用计及电压源换流器（voltage source converter, VSC）损耗的模型,对可观型VSC和不可观型VSC分别采用基于控制信息和基于高斯混合模型（Gaussian mixture model, GMM）的伪量测建模方法,在加权最小二乘法（weighted least squares, WLS）的基础上,提出一种改进的交直流混联电网状态估计算法。在经过修改的IEEE-14节点系统中进行大量仿真计算分析,结果表明所提算法不依赖于量测配置和调度中心与VSC间的通信过程,伪量测数据动态描述能力优于6次采样扩展卡尔曼滤波算法（extend Kalman filter, EKF）...     

考虑风电不确定性的交直流混联系统同质化能量函数模型

交直流混联电网是电网发展的新形态,如何有效保障交直流混联系统安稳运行是重大而紧迫的国家需求。文章针对含大规模风电的交直流混联系统稳定性问题,提出考虑风电波动不确定性的交直流混联弱送端系统同质化能量函数模型。首先,研究含大规模风电的交直流混联弱送端系统潮流方程;其次,建立含风电的交直流混联系统支路暂态势能函数模型,研究交直流混联系统功角稳定机理,建立基于同质化能量函数模型;在此基础上,提出基于同质化能量函数的电力系统稳定性评估模型,并推导交直流混联系统稳定性判据;最后,以北方某区域交直流混联系统为仿真算例,验证所提模型的有效性,为含大规模新能源的交直流混联系统的稳定性控制提供理论依据。     

交直流混联系统对交流电网继电保护影响综述

我国交直流混联电网格局已基本形成,但其对交流电网继电保护的影响依旧存在较多难题。重点分析交直流混联电网故障特性及其对交流电网继电保护的影响与对策。对于距离保护,重点分析换相失败时测量阻抗不准等问题;对于方向纵联保护,换相失败时交直流系统出现“竞争”,可能导致非故障线路出现暂态功率倒向引起误动而故障线路有可能发生拒动问题。对于差动保护,换相失败可能导致其可靠性降低,同时换相失败或直流偏磁时换流变差动保护也存在不正确动作。文章进一步对现有存在的解决方案进行了总结与研究展望。     

考虑分布式能源综合利用的交直流混合配电网规划研究

文章建立了包括分布式光伏、负荷和换流站在内的规划模型。以交直流混合配电网扩展投资运行总费用最小为目标,建立满足节点电压、线路有功功率、分布式电源容量约束的数学模型;考虑负荷增长的需求,提出了改进GA的最小生成树规划方法,避免了不可行解,提高了优化效率;通过对分布式电源和交直流混合配电网进行选址定容和网架的综合优化,建立了考虑分布式能源综合利用的交直流混合配电网扩容优化方案。最后,采用对比分析,验证了文章所提规划方法的有效性。     

交直流混联电力系统电压崩溃风险评估

将风险理论应用于交直流混联电力系统的电压稳定分析中,结合电压崩溃发生的概率和产生的后果,定量地求取了不同负荷水平下系统发生电压崩溃的风险程度,并探讨了直流输电容量和直流控制方式对交直流混联电力系统电压崩溃风险的影响.通过确定SVC最佳无功补偿容量的实例,说明电压崩溃风险评估方法在协调电力系统安全性与经济性方面的独特优势...     

可再生能源交直流送出型电网暂态能量有限时间控制模型

为提高大规模可再生能源经交直流混合通道送出型送端系统在大扰动下的暂态能量控制能力和稳定性,文章提出了一种基于交直流混联电网能量函数模型的送端电网暂态能量分布式协调有限时间控制模型。在将风电、光伏等可再生能源发电系统等值为同步电源的基础上,建立了交直流混联系统电网能量函数模型和能量交互拓扑模型。针对送端系统中可再生能源发电系统不确定性带来的能量调节干扰,考虑储能的调节能力,建立了基于二阶多智能体的送端电网暂态能量有限时间干扰观测器和非线性积分滑模控制模型。以某可再生能源送出型电网网架结构数据为例,采用所建立的可再生能源交直流送出型电网暂态能量仿真模型进行仿真。仿真及分析结果表明,文章所提出的可再生能源交直流送端电网暂态能量控制模型,能够有效提高电网暂态过程中的功角稳定性能和频率稳定性能。     

改进的Manchester连锁故障模型在交直流混联电力系统中的应用

针对现有的多种连锁故障分析方法中Manchester模型较符合电力系统实际情况,但却只包含快动态过程、未考虑高压直流输电系统的问题,通过加入直流输电线路的故障判断、交直流潮流计算和系统慢动态过程等环节,对原始Manchester连锁故障模型的计算流程进行了改进,使之适用于交直流混联电力系统,扩大了使用范围。算例分析结果表明,改进后的模型可用于判断多种元件突发故障情况下交直流混联电力系统的连锁故障模式和结果,可为连锁故障的预防和电力系统的安全运行提供参考依据。     

改进的暂态过电压监测与暂态分量提取方法

暂态过电压威胁着电网运行的稳定性、可靠性和电气设备绝缘安全,尤其是在交直流混联电网中交流电网产生的暂态过电压会对直流电网造成严重影响,监测暂态过电压有重要意义。针对带高频分量的暂态过电压难以监测的现状,介绍了一种基于常规电容式电压互感器(CVT)加装大电容单元,设计了500kV暂态电压监测装置,通过冲击电压试验验证了装置的响应性能及测量准确度,在将该装置实际挂网运行后,成功监测到电网中的暂态过电压波形;进而基于离散频谱的能量重心校正法提出了一种改进的暂态电压分量提取方法,通过雷电过电压波形仿真试验,对采集到的波形数据进行暂态分量提取,并对结果进行比较和分析,验证了改进后的方法更具实用性。     

可再生能源与热电联合响应的区域多能源电网集群运行优化模型

针对可再生能源发电快速增长下的高渗透率导致的区域级多能源电网功率平衡协调控制困难问题,文章提出了基于热电联合响应的多能源电网集群联合优化运行控制策略,可有效提高电网功率平衡调节能力。首先,研究可再生能源发电、热电联合响应及多能源电网运行特性,考虑可再生能源发电及热电负荷不确定性因素,建立多能源电网集群中可再生能源与热电联合响应运行优化控制模型;然后,研究基于电网运行效益最大化目标的多能源电网集群协调运行策略模型及其求解算法;最后,以东北某地区3个区域级多能源电网运行数据为基础,采用蒙特卡洛方法模拟电网热电负荷特性,建立基于IEEE14节点系统的PSCAD仿真模型。仿真结果及其分析表明,文章提出的基于热电联合响应的多能源电网集群协调优化运行模型能够有效提高可再生能源出力不确定性条件下电网功率平衡能力,减小电网运行与功率调节成本。     

含风电场的交直流互联电网协作式分布式模型预测控制

针对风电场输出功率的强波动性对交直流互联电网调频的影响,提出了基于协作式分布式模型预测控制的交直流互联电网调频控制方法,以提高风电经交直流通道外送互联系统的频率稳定性,克服集中式模型控制方法扩展性差的缺点,该控制策略具有全局最优解。文章建立了含风电场的交直流互联电网调频控制模型,构建了基于协作式分布式模型预测控制的含风电场交直流互联电网的经济性调频控制策略。以3区域交直流互联电网调频控制模型进行仿真,结果表明,文章所提出的协作式分布式模型预测控制方法,能够有效地改善风电场输出功率随机波动的频率稳定性,使系统频率及区域间交换功率在较小的范围内变化,其控制效果明显优于传统的分布式模型预测控制和分散式模型预测控制。     

交直流混合配电网VSC与分布式电源三层协调规划方法研究

为了在规划中充分考虑交直流混合配电网的功率控制能力,文章考虑电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)与分布式电源(Distributed Generation, DG)之间的影响特性,以全社会综合效益最优为目标,建立交直流混合配电网VSC与DG三层协调规划模型:上层模型以直流改造和接入建设成本最小为目标进行VSC的选址定容;中层以DG规划成本最小为目标进行DG选址定容;下层以规划阶段整体综合运行成本最小为目标优化系统的运行状态。采用精英保留遗传算法以及二阶锥规划算法进行求解。算例结果验证了所提方法的有效性。     

考虑削峰填谷的分布式电源集群协同控制方法

针对大规模分布式光伏并网导致的主网调峰压力以及通信难度增大的问题,提出一种考虑削峰填谷的分布式电源集群协同控制方法。首先,以系统运行成本和净负荷方差最小为目标,联合分布式光伏和储能设备等配网侧可调资源,构建分布式电源削峰填谷模型;然后,基于集群的边界耦合关系,提出集群分区解耦机制;最后,采用一致性交替方向乘子法（ADMM）对各集群优化模型进行并行求解。仿真结果表明,所提方法在保证配电网运行经济性的同时,能有效平抑净负荷峰谷差,缓解主网调峰压力。     

考虑跨区多能源协调的交直流输电系统稳定性控制模型

我国已建成世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网,如何有效保障交直流混联系统安稳运行是重大而紧迫的国家需求。文章针对含大规模风电的交直流混联系统稳定性问题,将动态逆方法作为鲁棒控制的内环,将储电、储热装置作为多能源进行协调,对模型不确定性进行外环鲁棒控制补偿。在H∞控制基础上进行了含风电的交直流混联弱送端系统μ综合的分析与设计,建立了考虑跨区多能源协调的交直流输电系统稳定性控制模型。仿真结果表明,文章所提模型保证了动态逆方法的鲁棒性,提高了交直流输电系统的控制性能。     

考虑无功裕度的受端电网暂态电压稳定性控制方法研究

随着送端电网中大规模可再生能源发电容量的增加,在一定程度上导致外送系统无功支撑容量不足,使得系统电压出现波动。另外,无功功率不能在传输网络中长距离有效传输,增加了受端电网的无功平衡控制的难度。文章针对大规模外送系统中的受端电压波动所导致受端电网电压稳定性降低的问题,提出了一种基于无功裕度的受端电网暂态电压稳定性控制方法。首先,对系统无功裕度以及电压稳定性进行分析,得到系统静态电压稳定极限与无功需求容量的关系;然后,通过分析受端电网各节点无功需求特性,在能够允许受端电网电压最大波动的条件下,进行系统无功裕度的确定;再通过机器学习算法进行无功裕度控制,达到系统电压稳定控制的结果。通过仿真验证表明,采用文章所提出的基于无功裕度的受端电网暂态电压稳定性控制方法,能够精确地得到受端系统电压稳定工况,实现系统电压的稳定控制。     

分布式能源资源的通用数字孪生体构建与模拟方法

分布式能源资源的复杂、异构、海量、随机等特点为运行模拟带来了巨大挑战。文章基于数字孪生思想,系统地提出了DER的通用数字孪生体构建与模拟方法。首先基于功率分解思想提出了DER通用稳态模型和暂态模型;然后提出了基于通用模型的DER数字孪生体运行模拟方法。通过算例测试表明,所提方法的有效性,能够实现各类DER运行模拟和预测,为实际电网调度提供参考,有利于促进可再生能源消纳和系统优化运行等。     

考虑海缆影响的风电集群无功优化配置方法

针对海上风电集群的无功补偿配置问题,在充分考虑双馈式发电机(DFIG)的无功调节能力及机群拓扑结构对海上风电无功优化影响的基础上,计及高压海缆对地电容与匝间电容的影响,以降低海上风电集群有功功率损耗和使离散设备调节的成本支出最小为目标函数,将海上风电集群内各节点电压偏差作为罚函数,建立了适用于海上风电集群和高压海缆一体的无功优化模型,采用细胞膜优化算法分别计算DFIG额定功率和空载两种运行方式,得到无功补偿配置最优方案。算例分析表明,该算法有效可行。     

面向电网规划设计的电磁暂态仿真研究与应用

  [目的]  为了在特高压与超高压电网规划设计中对相关电气设备电磁暂态特性进行评判,需要进行电磁暂态仿真专题研究。  [方法]  提出影响此类仿真结果的关键因素主要有电力系统潮流与短路资料、输电线路物理结构与电气参数资料、变电站主要电气设备详细电气参数资料的完整性与准确性以及仿真工具的适用性。  [结果]  基于权威的电磁暂态仿真软件,提出了进行潜供电流与恢复电压、工频过电压、操作过电压以及变压器中性点加装小电抗等电磁暂态特性仿真时应遵循的主要条件与要求,并阐明了相应的仿真结果与应用。  [结论]  研究成果已用于电网规划与输变电工程设计,可满足电力系统电磁暂态仿真要求。