抑制大规模连锁脱网的风电汇集区域电压预防控制策略

风电场连锁脱网事故给风电并网带来了新的挑战。传统无功优化虽能得到较好的优化控制量,但当风电场N-1脱网,并且在风电场慢无功补偿设备未能快速动作的情况下,系统潮流重新进行分布,从而导致节点电压不能满足安全约束条件。因此,文中建立了带风电场安全约束条件的无功优化模型,以最大化风电安全接纳量和最小化系统网损为目标,保证系统电压在正常情况下和N-1脱网后均能满足安全性要求。其次,采用Benders分解算法求解该优化模型,将优化模型分为主问题和若干子问题,通过主、子问题的交互迭代得到最优解。采用某风电基地9个风电场的实际算例对所提方法进行验证和分析,与传统无功优化的对比结果表明安全约束无功优化能保证系统正常和故障下的电压安全性,是抑制风电场连锁脱网的一种有效预防控制措施。此外,详细分析了风电场容量、风电机组无功调节容量与最大风电接纳量间的关系,为风电场运行调度提供支持。     

计及静态电压稳定约束的无功优化规划

选择无功补偿设备投资和系统有功网损的综合费用作为目标函数,同时考虑满足电压水平和电压稳定性两个约束条件来探讨无功规划问题。选取用电压稳定裕度不低于某一个允许的最小稳定裕度来表示电压稳定约束。分别对正常运行工作点和电压崩溃点引入2组变量和潮流方程,从而使得电压稳定裕度可以用临界运行状态下负荷的总视在功率与正常运行状态下负荷的总视在功率之差来显式表达。该模型相对于传统无功规划模型的优势表现在能够根据稳定裕度的目标值直接求得在合理电压水平下的最佳无功补偿配置方案,但其优化模型的等式和不等式约束及变量的数目却大幅增加,使得计算量远大于传统的无功规划问题。在IEEE 14节点和118节点2个试验系统的计算表明,采用非线性原对偶内点法求解该模型时,其计算精度及收敛性都比较好。     

基于混合整数凸规划的主动配电网无功电压优化运行方法

合理协调主动配电网电力设备的无功调节资源,能够加强电压运行水平、提高分布式能源的渗透率、以及减少网络损耗。首先,建立主动配电网无功电压优化运行模型;然后,通过引入二进制变量和连续变量,将模型中的变压器离散变比约束和离散无功补偿装置运行约束转化为线性约束,并把节点功率平衡约束松弛为二次锥约束形式,得到混合整数凸规划模型;最后,采用33节点系统作为仿真测试系统,并利用工程优化包求解所述模型,获取主动配电网中不同电力设备的运行方案。测试系统上的仿真结果表明本文方法能够有效处理高度非凸的主动配电网无功电压优化运行问题。     

电力系统无功优化模糊建模研究

传统无功优化算法的目标函数一般为满足电压限制下的有功网损最小,未考虑电压的“软约束”特性,这通常会使得优化后的系统部分母线电压非常接近其合格范围的边界,成为系统安全运行的隐患。针对无功优化问题的这些特点,引入模糊规划算法以解决这一问题。建立了带有模糊安全约束的无功优化模型,并采用非线性原-对偶内点法内嵌二次罚函数法求解。算例的结果表明,带有模糊安全约束的无功优化模型能够在降低系统网损的同时确保节点电压留有一定的安全裕度。     

考虑电压稳定约束的无功优化新模型

为了提高电力系统的安全水平,有必要在无功优化中考虑静态电压稳定约束.现有模型以发电机组恒定不变的无功上下限值来确定电压稳定极限,由此可能导致无功的优化运行不满足实际发电机组的运行极限约束.建立了一种含静态电压稳定约束的无功优化新模型.其中,目标函数为正常状态的有功网损最小,约束方程包括正常状态和临界状态的潮流及其他安全约束和电压稳定裕度约束.由于采用一组基于发电机运行极限图的分段函数来准确反映发电机组的无功限制,从而克服了现有模型可能违反发电机组运行极限约束的问题.采用预测-校正原对偶内点法来求解无功优化新模型,通过IEEE30节点系统的仿真计算,验证了本文所建模型的可行性.     

考虑静态电压稳定裕度的配电系统无功补偿优化配置

无功补偿优化配置的目的就是在保证系统运行的安全性和电能质量要求的前提下,实现投资费用的最小.本文用最大、最小、一般负荷运行方式和故障运行方式近似代替规划时期的运行状况,建立了以年电能损失费用与折合为等年值的新增无功补偿设备的投资费用之和最小为目标,同时考虑最大、最小、一般负荷运行方式及故障运行方式的无功规划模型.为了减少计算工作量,把这一整体问题分解为四个子优化模型,在故障方式时兼顾系统运行的安全性和静态电压稳定性约束.各个子模型用最大负荷损耗时间来协调统一,实现整体最优.它既避免了只考虑单一负荷方式的片面性,同时又提高了静态电压稳定裕度和减少了计算工作量.对于无功补偿容量的确定是结合在辐射状系统的潮流计算过程中进行的,方法简单.算例结果表明,该方法技术上可行且具有较好的经济性.     

南方电网无功电压运行特性的分析与探讨

介绍了电压失稳的主要形式;根据南方电网无功电压的运行情况,分析电网无功电压的薄弱区域。提出优化无功潮流、提高电网电压稳定性的4种有效措施(如合理规划网架和安排运行方式、合理配置无功补偿设备、制定无功优化控制措施和合理配置电网低压减载装置)。文章指出,为满足电网无功按电压分层分区合理分配,提高系统电压质量,南方电网必须抓紧开展无功优化的研究工作,建立电网电压稳定性分析模型,优化电网无功补偿配置方案和电压调整控制策略,不采用自动电压调整装置。     

电力系统无功优化模糊建模研究

传统无功优化算法的目标函数一般为满足电压限制下的有功网损最小,未考虑电压的"软约束"特性,这通常会使得优化后的系统部分母线电压非常接近其合格范围的边界,成为系统安全运行的隐患.针对无功优化问题的这些特点,引入模糊规划算法以解决这一问题.建立了带有模糊安全约束的无功优化模型,并采用非线性原-对偶内点法内嵌二次罚函数法求解.算例的结果表明,带有模糊安全约束的无功优化模型能够在降低系统网损的同时确保节点电压留有一定的安全裕度.     

计及电压稳定约束的无功优化及其策略研究

为了防止电力系统发生电压崩溃事故,在传统的无功优化中,引入电压稳定裕度指标,提出了在保证一定电压稳定裕度的基础上以系统有功网损和控制成本最小的无功优化模型,并且考虑了N-1运行方式;当裕度不满足要求时,以增强电网电压稳定裕度为主:用非线性原-对偶内点法求解,将电压稳定裕度指标直接放在约束条件中;同时为了稳定控制的需要,在约束中又考虑了发电机无功储备问题;采用十字交叉链表矩阵稀疏技术,开发了高性能的计算程序,在福建省网173节点系统试验表明,该方法是可行的、有效的,达到了预期的效果.     

含风电抽油机的油田配电网区域无功优化技术研究

风电在抽油机上的投入使用节约了大量能源,却给电网的运行方式造成较大的影响。基于PQ潮流算法和混沌遗传算法对配电网进行无功优化,考虑系统的经济性和安全性,并以系统的实时潮流约束、节点电压、功率因数和补偿容量为约束条件,建立配电网区域无功优化数学模型。在模型中,系统的安全性和经济性互为约束,使无功优化模型更实用,更好地保证电网经济稳定运行。     

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。     

考虑电压约束裕度的无功优化新模型

传统无功优化算法的目标函数一般为满足电压限制下的有功网损最小,未考虑电压的"软约束"特性,这通常会使得优化后的系统部分母线电压非常接近其合格范围的边界,成为系统安全运行的隐患。针对无功优化问题的这些特点,本文基于模糊集理论建立了带有模糊安全约束的无功优化模型,并采用非线性原-对偶内点法求解。算例的结果表明,该模型能够有效降低系统的网损并保证节点电压留有一定的安全裕度。     

考虑提高系统无功备用容量的无功优化调度

充裕的无功备用容量是保证系统电压稳定的一个重要因素,因此在日常无功优化调度过程中考虑提高系统的无功备用容量是防止电压失稳的重要手段之一。文章在分析发电机备用容量数学模型的基础上,定义了基于电压稳定的系统无功备用容量的计算公式,提出了考虑增大无功备用容量、减少网络损耗以及减小电压偏移的多目标无功优化调度算法。并将该算法应用于IEEE 30节点系统,证明了所定义的基于电压稳定的系统无功备用容量计算公式的正确性及提高备用容量的无功优化调度算法的可行性。     

计及无功/电压特性的停电模型及自组织临界性分析

在总结已有停电模型的基础上,根据电压稳定理论,建立了电力系统停电模型。该模型包含电压静态稳定分析模块,可以从无功／电压角度研究和揭示电网演化的自组织临界特征;所构造的电压稳定分析模块采用3种电压稳定分析方法：临界电压分析法、基于常规潮流和最优潮流的无功／电压模态分析法,其中第3种方法是第2种方法的扩展,具有较大的可信度。IEEE 30节点系统的仿真表明：所建立的停电模型能够较实际地体现电力系统运行和建设的动态过程,进而全面反映负荷损失和电压稳定水平的演化趋势,并从无功／电压角度评估电力系统的安全运行水平。     

基于区域无功均分法的环网内变电站关口无功控制

针对环网内传统关口无功控制范围无法有效适应系统运行方式变化的问题,基于无功分层平衡原理,提出一种区域无功均分法对环网内变电站关口无功控制范围进行差异化整定。该方法首先通过对不同负荷水平下输电线路产生的无功盈余量进行迭代均分,形成趋优控制条件下的关口无功控制临界值,然后在考虑全网电压质量合格的前提下对关口无功区间的边界值进行修正,最终形成适应系统不同运行方式的关口无功差异化控制区间。仿真结果表明,该方法可有效控制系统运行在最优状态附近,在不同负荷水平条件下均具有明显的降损效果。     

无功优化问题三类解的物理特性

在有功调度方式给定的前提下,以有功网损最小作为度量指标,假设仅以连续的无功电源作为控制手段建立数学分析模型,应用非线性原对偶内点算法进行求解.从数学优化的角度按无功分布与电压水平之间牵制疏密程度定义了3种解的状态,即松弛解、局部制约解和临界制约解,分析了其物理本质、优化信息以及对电力系统运行性能的影响,并以三节点两端供电系统和IEEE30节点系统为例予以阐述,为有效地实施无功、电压调度与控制提供了一种思路.     

基于无功能力考虑的配电系统可靠性评估

提出了一种考虑电网区域无功能力的配电系统可靠性评估方法。通过建立区域电网无功能力的数学模型,定义了无功能力的指标,并考虑了电压稳定性、节点电压水平和热稳定等安全约束条件。进而计算出无功能力参数的不确定性对配电系统可靠性的影响。考虑到网络运行条件对无功能力的影响,通过运用原始-对偶内点法计算确定网络运行时的状态。并在系统当前运行情况下模拟多种"N-1"故障,进行了验证仿真,最后在此条件下进行配电系统可靠性评估。算例中,分析了无功能力参数不确定的条件下对配电系统可靠性评估的影响,证明了此方法的有效性、可行性和实用性。     

含风电接入的省地双向互动协调无功电压控制

为应对规模化风电接入对电网无功电压运行和控制的影响,结合现场实际,提出并实现了一种跨电压等级风电汇集区域风电场与传统电厂的无功电压协调控制方法。在控制中心内,研究并提出计及风功率波动和电网N-1安全约束的敏捷电压控制方法,该方法通过控制周期和控制模型的自适应调整,充分挖掘省调直控风电场的无功电压调节能力,抑制风电波动对电网电压的影响,保留足够的传统发电机动态无功储备。在控制中心间,研究并提出计及风电场调节能力的省地双向互动协调控制方法,通过地区电网内风电场与地调直控变电站的协调控制,发挥地调直控风电场的调节能力,减少地调直控变电站的电容电抗器动作次数,通过省地双向互动协调,协调省地双方无功调节资源,支撑末端地区电网电压,提高电网整体运行的安全性和经济性。所研发的实际控制系统已在江苏电网应用,仿真运行和实际闭环结果证明了该方法的有效性。     

大方式下省地电网无功电压实时趋优控制方法

针对大方式下省地两级电网的无功电压调控需求难以同时兼顾的问题,指出了省地电网无功电压调控失配的一种表现形式——220kV变压器中压侧电压调控失配,提出了一种新的失配风险评估模型,增加了变压器中压侧电压调控失配的判据。据此制定了相应去失配策略,避免了因地调无功电压调控手段配合不当而导致的变压器中压侧电压调控失配问题。进而提出了省地电网无功电压实时趋优控制方法,以兼顾省地电网无功电压调控需求为控制目标,以关口无功、关口电压和变压器中压侧电压为控制特征参数,在不依赖于全网精确严格的优化计算的前提下,实现省地两级电网无功电压调控状态的实时趋优。应用到某区域电网的仿真结果表明,所述方法不仅能够实现系统运行的经济性和安全性的统一,而且具备控制实时性和可靠性高的优点。