通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响

电网广域保护控制系统能有效地利用广域信息以应对由自然灾害等原因引发的电网设备故障造成的威胁,但其对通信系统的依赖较强。文中以电网广域监测分析保护控制(WARMAP)系统为例,提出了研究通信系统中断故障对电网广域保护控制系统影响的方法。根据电网广域保护控制系统的结构,定性分析通信中断对其的影响;基于风险量化指标提出辨识电网广域保护控制系统关键链路的方法,并进一步提出广域保护控制系统的电力—通信组合预想故障的生成方法。最后以某省级电网的广域安全稳定实时预警及协调防御系统为例,验证了上述方法的有效性,并就电力通信系统如何配置提出了若干建议。     

应对特高压换流站紧急故障的负荷快切通信关键技术研究

特高压换流站双极闭锁等导致电网严重事故问题已引发社会高度重视,事关特高压的建设发展。相对常规稳控的一片切粗暴式甩负荷手段,负荷快切精细到用户内部,极大降低了影响面。在分析了负荷快切手段应对特高压紧急故障控制过程的基础之上,设计了负荷快切通信网络框架,从稳控侧保护专用通信网、营销侧负荷快切决策系统通信网和用户侧负荷快切终端通信网三部分进行了组网方案详细设计。针对负荷快切应对电网故障处理的通信特点和通信需求,提出基于优先级标识的VLAN组网技术、基于SPQ和WFQ通信队列优化调度方法。并结合VPN组网技术及信息安全防护等通信关键技术的应用,提升故障处理过程的通信可靠性、及时性及安全性。最后以成都1100 kV特直换流站为例进行了负荷快切通信分析。     

网荷互动用户可中断负荷选择与恢复策略研究

大规模源网荷友好互动系统通过对负荷资源的分类、分级、分区域管理,实现对用户可中断负荷的实时精准控制,避免对变电所或线路进行整体拉闸,将电网故障的社会影响降低到最低,提升大电网故障防御能力。文中提出了在电网不同运行状态和需求场景下,参与网荷互动的用户及其可中断负荷的选择、参与策略和恢复原则,从而起到一方面实现电网频率紧急控制中的负荷快速切除与恢复;另一方面,确保在紧急控制过程中重要负荷不受影响,保障电网在紧急状态下的安全运行。     

具备终端管理能力的LTE230网管系统研究与应用

智能配用电网中终端种类繁多、数量庞大,且多处于无人监视环境下工作,一旦出现问题很难定位故障位置及故障原因,影响用电信息采集、配电自动化及负荷控制等配用电业务的正常进行。LTE230网管系统,除具备对全网网元进行拓扑管理、故障管理、配置管理、性能管理和软件管理等功能外,更可实现对终端的实时监控、性能统计、告警提示及环回测试,加强了对配用电终端的管理能力,解决了公众通信网络网管系统无法实现终端管理的问题,建立了可视化、图形化且智能化的电力通信专网资源管理系统,提高了工作效率、网络资源维护水平和通信管理水平。     

基于RTDS与QualNet的电网和通信网半实物联合仿真系统

在智能电网和能源互联网中,通信的中断、延时和误码等因素会对电网安全稳定造成影响,因此有必要研究通信系统和电力系统的交互作用,而半实物仿真技术是研究其交互影响的有效手段。在对支撑电网稳控业务的同步数字体系(SDH)通信网络的特点和动态特性分析的基础上,提出了基于实时数字仿真器(RTDS)与QualNet的电网和通信网半实物联合仿真系统的整体框架,并开发了可以实现电力二次控制设备和通信SDH设备实物接入的电网和通信网半实物联合仿真系统,用于研究通信对电网稳控系统的影响。最后,对联合仿真系统的固有延时进行了测试,证明了其可靠性,并以华东频率协控系统闭环仿真为算例,利用该联合仿真系统验证了通信通道误码率增大对稳定控制装置功能和控制效果的影响。     

基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略研究

为了快速切除故障并恢复供电,提出了一种基于多代理技术的分布式电网自愈控制模型。该方法按照分布式电网物理器件特性,将代理分为馈线代理和负荷开关代理两类,将自愈控制过程分为故障检测、隔离和恢复三个阶段。同时考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题,给出了不同阶段的处理算法。按照消息过程将系统分为六个状态,真正实现了对等的电网自愈多代理控制。该方法逻辑清晰,实现简单,为分布式电网实现自愈控制打下良好了的理论基础。     

系统保护业务需求分析及通信技术研究

随着电网规模不断扩大,现有的"三道防线"保护策略已经无法满足复杂电力系统安全稳定运行的需要,迫切需要构建新一代大电网安全综合防御体系,进而需要建立一种高速、实时、安全、可靠的电力通信网络,以支撑交直流协控、抽蓄控制、精准切负荷、全景状态感知等系统保护功能。基于电力通信网的现状,首先对系统保护业务的通信网需求进行详细分析,包括节点分布及业务流向、传输距离、通道带宽、通信时延等;其次对目前电力传输网技术进行研究分析,提出满足系统保护业务需求的两种传输技术方案,并进行了对比分析;最后对所提出的两种技术方案的通信时延进行实验验证,为系统保护通信网建设提供理论和实践参考。     

主动配电系统中失联分布式电源差异化就地控制策略优化

随着主动配电系统中分布式电源渗透率不断提高,配电网运行对信息系统的依赖程度也不断加深。为降低通信故障场景下的电网运行风险,提出一种失联分布式电源差异化就地控制策略的优化方法。首先,基于故障模式后果分析法,建立通信故障场景与链路有效性状态的对应性模型,形成通信故障场景与链路失效对应性关联关系表。然后,考虑通信故障场景和源荷的不确定性,以包含电压越限、潮流过载(失负荷)的综合风险最小为目标,建立了分布式电源差异化就地控制策略的双层多目标优化模型,并采用区间潮流和智能优化算法进行求解。以IEEE 33节点系统作为算例,验证了策略的有效性,并分析了通信系统配置对策略的影响,研究成果可为主动配电系统中失联分布式电源运行策略的制定提供理论支撑。     

精准负荷控制系统的快速通信接口方案设计

分析了多直流馈入电网精准切负荷系统的实时性需求、控制终端业务断面流量和现有通信接入技术,提出了骨干层基于同步数字序列(SDH)传输网、终端层基于专用光纤的多级点对点通信架构,描述了精准切负荷控制系统的通信组网方式,着重介绍了稳定控制装置STM-1通信接口、多用户共享2M通道接入等关键技术实现方案。在此基础上讨论了稳定控制装置与不同类型的负荷控制终端的通信接口设计方法,并完成了样机研制和系统验证。     

基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制

区域电网间存在较高的数据传输,使有限的通信和计算资源变得拥塞。为降低区域电网间的通信负担,提出基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制(LFC)方法。针对具有通信延迟的LFC系统,建立基于事件触发控制的时滞LFC动态模型。进而采用多求和不等式,提出具有事件触发控制器的时滞相关LFC系统Lyapunov稳定分析判据;在此基础上,推导了基于事件触发通信和输出反馈的负荷频率控制器协同设计方案,以保证电力系统频率稳定性的同时提高数据传输效率。仿真结果表明,所提方法能够有效减小互联系统频率和联络线功率振荡,保证系统的时滞稳定性并减少网络通信的冗余传输。     

电力系统动态电压的单调控制特性

高比例新能源和电力电子设备的接入使得当前电网对动态电压的变化更加敏感。将单调控制系统理论应用于动态电压问题,提出输入-输出单调的判定条件,指出动态电压过程中存在单调控制特性。借助该理论论证不同规模交流系统中低压减载控制与动态电压间的单调特性,并在单机系统与区域电网中进行验证。对于新能源接入后的电力系统,简化其故障恢复期间的动态电压模型,在论证其单调控制特性的基础上,对潜在的反复低电压穿越问题进行预判,并在实际新能源送端电网中对该问题进行仿真,验证了所提改进策略的有效性。     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。     

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。     

基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略

应用智能多代理系统(MAS),提出一种基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的控制策略。首先,基于网络图论的概念,提出了MAS最优通信拓扑设计方法。然后,基于VSC-MTDC系统传统下垂控制给出了完整的MAS控制策略,设计了以换流站交流母线电压、频率为输入信号的频率支撑Agent(FSA)模块和以换流站负载率为输入信号的功率分配Agent(PAA)模块,并深入讨论了FSA和PAA的配合控制问题。其中,FSA通过控制换流站的功率输出对交流电网提供快速频率支撑,PAA通过换流站之间的输出功率再分配保证VSC-MTDC系统中各换流站负载率的均衡分配。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了六端VSC-MTDC系统,通过非线性仿真证明了所提通信网络拓扑优化方法的有效性,并且验证了所提控制策略能迅速实现系统频率的稳定、有效防止换流站功率的过载。     

紧急切负荷网荷互动终端设计与实现

鉴于调控切负荷和营销负控切负荷控制手段都无法同时满足特高压直流线路闭锁故障时负荷紧急控制和保障大型用户重要负荷供电的需要,文中提出了通过改进专变用户终端实现负荷快速控制的方法,设计了一种可满足用户可切负荷精细化采集、实时通讯、多主站安全快速控制的通用型紧急切负荷网荷互动终端,并针对现场的负荷接入、功率计算、跳闸出口设计了一种可灵活配置的解决方案,最终实现终端在用户现场应用,通过实际切负荷测试验证了终端完全满足精准切负荷系统的要求。     

多层次的广域保护控制体系架构研究与实践

从功能配置、系统结构、内部数据的交互方式、与外部系统的协同模式、通信组网方案等多个角度进行研究,提出了包含站域层、区域电网层、广域电网层的多层次广域保护控制体系架构。针对不同层级电网关注的问题,提出了不同层级电网的保护控制功能配置方案。按照数据分类、分层处理的原则,给出了广域保护控制系统内各设备之间的数据交互方式,提出了广域保护控制系统与调度监控系统之间的交互模式。结合广域保护控制系统结构,给出了包括区域保护控制通信网络、广域保护控制通信网络的两层组网方案。所述广域保护控制体系架构中的区域保护控制系统已经在实际电网中实现了工程应用,相关技术的可行性与合理性得到了实践验证,为后续的广域保护控制技术研究与应用提供借鉴。     

±660 kV银东直流闭锁后的紧急切负荷决策

分析了特高压交流运行初期银东直流闭锁故障对系统稳定性的影响,提出直流双极闭锁后通过切除山东电网内部分负荷以减少特高压联络线北送功率来防止系统失稳。设计了切负荷控制系统,依据电网运行状态及时计算刷新银东直流双极闭锁后的切负荷量,并根据各子站负荷性质和负荷量合理选择切负荷站点。相比于对分法,基于弦割法的临界切负荷量搜索策略能够快速找到银东直流双极闭锁后山东电网内的临界切负荷量。     

提升电力信息物理系统韧性的通信网鲁棒优化方法

依赖于先进信息技术的现代电力系统是典型的信息物理系统。电力信息物理系统不仅在业务层面存在能量流与信息流的耦合,在网架拓扑层面,物理电网和电力通信网因采用光纤复合架空地线等也存在高度的耦合特性,因此存在着故障跨空间传播的风险。为提高电力信息物理系统的韧性,基于建立的信息流及通信网模型,文中定义了一种考虑信息-物理耦合的信息流关联负荷度指标及通信网关联负荷度指标,并提出了一种面向极端场景下电力信息物理系统韧性的通信网鲁棒优化方法。该优化方法可用于电力通信网中与负荷相关的传输网层面关键业务,将重要的信息分配到更可靠的链路上,实现极端场景下电力信息物理系统韧性的提升。基于中国广东电网的实际算例系统验证了所提方法的有效性,该方法已初步应用于广东电网原型系统。     

计及传播路径的电力系统连锁故障多阶段阻断控制

开展连锁故障的多阶段阻断控制研究对于电力系统安全稳定运行及电网的升级改造均具有重要的应用价值.简要阐述了过载主导型连锁故障的传播过程,并分析了该类型的连锁故障传播路径与阻断控制策略间的交互影响.在此基础上,针对考虑传播路径的连锁故障开展了多阶段阻断控制研究,提取了故障/非故障路径线路的停运概率约束以及潮流控制力度约束,建立了以期望控制成本和失负荷风险之和最小为目标的考虑传播路径连锁故障多阶段控制模型.算例分析结果表明,基于该连锁故障阻断控制模型求得的控制策略能够在驱动连锁故障仍按预测传播路径发展的同时有效降低故障路径内线路故障概率,为连锁故障的防御决策提供了重要参考.     

提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究

为了提高酒泉风电的接纳和送出,从系统视角提出一种大规模风电接入电网线路的继电保护与控制一体化新方法。利用基于统计分析的潮流波动判据和基于本地信息量的潮流转移识别,从风电潮流波动中甄别出某重负荷线路发生了故障、判别出该线路因故障被继电保护动作切除、进而还识别出原先由故障线路承担的负荷潮流转移到了非故障线路上,并导致非故障线路过负荷。结合自适应过负荷保护,在线路安全的前提下尽可能挖掘其潜在载流能力。同时融合紧急控制功能,按实际需要切除风电,消除非故障线路的过负荷而不是切除该线路,解决连锁解网问题。在理论和仿真研究的基础上,研制并现场安装保护装置并检验所提系统保护方案的正确性。