负序条件下基于正序有功功率的电能计量方案

将电气化铁路牵引负荷引起的负序功率作为研究对象,以改善电能计量方式为研究目的,首先分析了牵引负荷负序功率流向,阐述了负序条件下有功电能计量方式存在的问题,对此提出正序有功电能计量方案。其次,通过正负序潮流分析对比不同计量方式的合理性。再次,根据三相不平衡系统正序功率算法,推导得出不同计量方式的计量误差理论表达式。通过计算机仿真和实测数据研究对所提方案和算法进行了验证,结果表明:正序有功功率计量方案能够缓解负序条件下电能计量不准确的问题,以及误差定量计算式的正确性和有效性。     

基于牵引负荷负序功率潮流计算及电能计量方式研究

不对称的牵引负荷会引起负序功率潮流,直接影响电能计量结果的可靠和准确性,本文提出了牵引负荷负序功率潮流计算及电能计量的调整方法。分析了牵引负荷负序功率分布情况,将分析结果结合牵引负荷的相关性,采用Copula理论构建牵引负荷负序功率潮流分析模型,计算牵引负荷正序功率的潮流结果以及分布和流向;依据计算结果分析牵引负荷负序功率潮流对电能计量的影响,并提出基于功率因数理论电能计量调整方案。测试结果表明：文中方法具备良好的负序功率潮流计算效果,与实际结果之间的最大差值均低于0.000 6,功率因数的取值为0.7时,能够合理、可靠地完成电能计量,保证计量结果的准确性。     

面向冲击负荷的新型电能表关键技术研究

非线性冲击负荷会对计量点的电流、电压及频率产生较大影响,会引起较严重的电能计量误差。在分析非线性冲击负荷对计量误差影响的基础上,建立了冲击负荷模型,给出较为精确的冲击负荷仿真方法,据此给出了新型冲击负荷电能表的设计方案和设计原理,设计了电压、电流高速AD采样电路,给出了零磁通电流互感器设计方法,提出了一种冲击负荷计量方法及算法思路,给出了基于IIR低通滤波器的冲击负荷滤波算法及具体参数,设计出新型冲击负荷电能表。在冲击负荷模型的基础上,设计了冲击负荷典型实验环境,分别在暂态冲击负荷、短时冲击负荷、长时冲击负荷等条件下对待测冲击负荷电能表进行实验,实验结果表明,所设计的新型冲击负荷电能表能准确计量冲击负荷电能。     

后置低通滤波器对冲击负荷电能计量的影响

从电子式电能表有功计量的原理出发定量分析了后置低通滤波器对电能计量的影响。从理论分析结果可以得出电子式电能表后置低通滤波器对计量周期性的电压电流波形理论上没有影响,对计量冲击负荷产生的非周期性的电压电流波形将会导致计量不准确。最后以电弧炉负荷为例,建立了研究冲击负荷电能计量的仿真模型,仿真结果表明电子式电能表后置低通滤波器会加大冲击负荷电能计量误差。     

自适应陷波器在非线性负荷电能计量中的应用

传统电能计量手段在非线性负荷条件下存在较大误差;本文根据非线性负荷的功率特性,将基于LMS(Least Mean Square,最小均方)算法的自适应陷波滤波器应用于电能计量领域,提出了一种全新的非线性负荷电能计量实现方案;仿真实验结果表明相对于传统电能计量手段而言,本方案对非线性负荷的计量更加准确与合理.     

基于RTDS的谐波对电能计量影响仿真研究

论文对电力系统中的非线性负荷吸收的有功功率进行了理论推导,建立了基于炼钢炉等典型非线性负荷的仿真模型,并在电力系统实时数字仿真系统(RTDS)平台上仿真实验研究了非线性负荷对电能计量装置的影响。实验结果表明,非线性负荷向电力系统注入谐波功率,并对电能计量装置产生负误差影响。     

基于小波消噪法的电动汽车直流充电电能计量算法优化

在常规直流电能计量算法的基础上,针对目前非线性负荷对直流计量准确度影响显著的问题,提出了电动汽车直流充电时的改进计量算法,将离散小波消噪法和梯形积分法引入电动汽车直流充电电能计量;利用离散小波消噪法对采样电压和采样电流信号进行滤波处理,进而得到功率,再利用梯形积分法对功率积分从而实现电能计量。与传统的直流计量法相比,所提改进算法的结构简单、计量精度更高,适合电动汽车的直流充电电能计量。     

供电系统谐波对电能计量影响的研究

本文从电能计量理论出发,推导在存在谐波的系统中,线性负荷和非线性负荷的电能计量计算公式,指出现存电能计量方式的不合理性。然后,利用Matlab的Sim Power Syetems模块对电子式电能表计量的准确性进行了验证;在此基础上,对系统中存在非线性负荷的情况进行了仿真,由仿真结果可知,当系统中存在谐波功率时,线性用户实际消耗电能低于电能表的计量电能,非线性用户实际耗电能高于电能表的计量电能。提出了基于偏最小二乘法回归模型的非线性水平评估方法来进行电能计量,提高了非线性负荷下电能的计量精度。     

复杂工况下直流电能计量的算法影响及误差分析

现有直流电能表多针对直流稳态电能进行计量,对充电过程中电压、电流变化适应性较差,且忽略功率脉动及高频纹波产生的功率。为此,通过研究整流性负载、开关充电设备以及快速动态变化负荷的直流电能产生原理,结合电能表计量算法和实验阐述了计量过程中存在的误差影响,提出了不同计量场合下减少计量误差的算法参数优化方法。为电能计量精度的提高提供参考,为直流计量算法的优化提供思路,明确改进方向。     

考虑不平衡责任的奖罚性电能计量新方法

将电网中不对称负荷产生的基波负序电能作为研究对象,以合理计量电能为研究目的 ,分析了不对称负荷产生的负序电能对电能计量的影响,针对现有有功电能计量方法存在的问题,提出了一种考虑不平衡责任的奖罚性电能计量新方法.采用功率分解的方法将PCC点处的负序有功功率分解为系统侧和用户侧产生的负序有功功率.基于IEEE Std.1459-2010功率理论提出了一种定量评估不平衡责任的新指标—负序视在功率,给出了不平衡责任的具体计算方法,并根据不平衡责任值设置了奖罚系数的参考值.设计具体的仿真算例,验证了在负序污染严重的电网中,采用所提奖罚性电能计量新方法更加公平、合理.     

计及电动汽车与温控负荷需求响应的分层能源系统优化调度

针对电动汽车(electric vehicle,EV)大规模接入电网对电力系统带来的影响,构建了一种基于电动汽车及温控负荷需求响应的分层能源系统管理框架。受到激励的电动汽车集群(electric vehicles, EVs)和温控负荷集群(temperature-controlled load clusters, TCLs)能够快速响应负荷聚合商的调度策略,以此减少大量柔性负荷并网对电网产生的冲击。在基于卷积神经网络和长短期记忆网络混合模型对负荷进行预测的基础上,假设负荷聚合商可通过调度可控柔性负荷来减小实际负荷与预测负荷的误差,并根据制定的负荷调度策略与电力运营商之间进行点对点(peer to peer, P2P)电力交易,运用分布式优化方法求解双方可获得的最大利益。对于P2P交易以后剩余的能源需求,建立了系统运行成本、碳排放和风能溢出的多目标优化模型,采用集中优化的二代非支配排序遗传算法(non dominated sorting genetic algorithm-II, NSGA-Ⅱ)求解该模型的帕累托前沿,并在IEEE 30节点系统进行了算例验证。仿真结果表明,在所提出的能源优化调度策略下既能满足电动汽车和温控负荷的功率需求,也给电力系统带来了良好的经济效益和环境效益。     

计及电动汽车与温控负荷需求响应的分层能源系统优化调度

针对电动汽车(electric vehicle,EV)大规模接入电网对电力系统带来的影响,构建了一种基于电动汽车及温控负荷需求响应的分层能源系统管理框架。受到激励的电动汽车集群(electric vehicles, EVs)和温控负荷集群(temperature-controlled load clusters, TCLs)能够快速响应负荷聚合商的调度策略,以此减少大量柔性负荷并网对电网产生的冲击。在基于卷积神经网络和长短期记忆网络混合模型对负荷进行预测的基础上,假设负荷聚合商可通过调度可控柔性负荷来减小实际负荷与预测负荷的误差,并根据制定的负荷调度策略与电力运营商之间进行点对点(peer to peer, P2P)电力交易,运用分布式优化方法求解双方可获得的最大利益。对于P2P交易以后剩余的能源需求,建立了系统运行成本、碳排放和风能溢出的多目标优化模型,采用集中优化的二代非支配排序遗传算法(non dominated sorting genetic algorithm-II, NSGA-Ⅱ)求解该模型的帕累托前沿,并在IEEE 30节点系统进行了算例验证。仿真结果表明,在所提出的能源优化调度策略下既能满足电动汽车和温控负荷的功率需求,也给电力系统带来了良好的经济效益和环境效益。     

考虑风电与高载能负荷调度不确定性的鲁棒机组组合

为缓解弃风问题,甘肃等电网开展了高载能负荷与风电的协调调度。然而,以电弧炉为代表的冶炼类高载能负荷在运行时存在有功功率波动,会对电网的自动发电控制(AGC)系统产生影响。为研究高载能负荷功率波动对负荷与风电协调调度的影响,文中提出一种考虑高载能负荷功率波动以及风电不确定性的鲁棒机组组合方法。该方法充分考虑高载能负荷有功功率波动与设备运行状态的关系,对负荷有功功率的不确定性进行建模。接着,考虑高载能负荷与风电协调调度时,负荷不确定性与风电不确定性对电力系统共同作用的特点,构建最小化弃风与切负荷风险的鲁棒机组组合模型,使电网对高载能负荷进行调控时,可充分考虑高载能负荷不确定性的影响。最后,在IEEE RTS-79系统中对所提方法进行了验证,并分析了高载能负荷不确定性对协调调度的影响。     

Affine Arithmetic-based DC Power Flow for Automatic Contingency Selection with Consideration of Load and Generation Uncertainties

Power systems operate under uncertainties from variations of loads and generation with time. Power flow in a power system becomes increasingly uncertain, especially when renewable energy, such as wind and photovoltaic generation, is integrated. In this article, a DC power flow approach based on affine arithmetic is proposed to quantify risks due to uncertainties. The proposed method has been applied to the automatic contingency selection under uncertainties. Numerical studies on IEEE test systems (30, 57, and 118 buses) have proved that the DC power flow approach based on affine arithmetic is a fast and reliable method for power system planning and operation when considering uncertainty. Test cases have shown that the proposed method is as fast as the conventional DC power flow while it is much more efficient than the Monte Carlo method. Thus, the DC power flow approach based on affine arithmetic serves as a new and effective decision support tool for planners and operators to cope with high levels of renewable energy penetration, electric vehicle load integration, and other uncertain scenarios.     

计及电动汽车和柔性负荷的微电网能量调度

针对近年来电动汽车(electric vehicle, EV)数量的不断增加和分布式发电的快速发展对电网造成巨大冲击的问题，提出了综合考虑电动汽车和柔性负荷等可控资源的优化调度方案，降低微电网运行成本并减少了对电网的冲击。首先建立考虑电动汽车和各种柔性负荷的“源-网-荷-储”微电网典型拓扑结构。然后对微电网中可调节资源进行建模，并考虑不同渗透率及电动汽车数量下峰谷平时段的重新划分，求解不同渗透率、储能容量及电动汽车数量下微电网的最低运行成本，同时确定最优微电网配置方案。最后通过仿真验证表明，所提优化方案可以在微电网运行成本降低8.1%的同时，将联络线功率波动维持在50 kW以内并且保持较高的柔性负荷用户满意度。     

应用于微电网的新型潮流控制器

电力弹簧在接有新能源的微电网中能够有效稳定母线电压,为关键负荷提供稳定的供能,根据这个特性,为了降低新能源的波动性对电网造成的冲击,提出一种新型的潮流控制器,由电力弹簧和基于电力电子器件的可调节变压器组成,可调节变压器嵌入在在电网的降压变压器中,使非关键负荷由新能源供能,关键负荷由电网供能,当新能源供能充足时,新型潮流控制器调节潮流,使非关键负荷和关键负荷均由新能源供能,因此降低负荷对电网的需求。介绍潮流控制器的原理和实现方法,实验结果证明了方案的正确性。     

宽电流范围电能表的计量电路设计

针对电网中广泛存在的冲击性负荷的准确计量是研究的热点,在仔细研究了该类负荷对计量电路的特殊要求后,提出了一种宽电流范围的计量方案。该计量方案采用了宽量程高精度电流互感器、可编程增益放大器、24位A/D转换器、DSP芯片。经过全面的精度测试,电磁兼容测试与环境试验,表明该设计方案能达到0.2S级电能表的各项准确度要求与可靠性要求。利用功率电能标准源6100A作为参考进行谐波测试,试验结果表明该电能表在谐波输入条件下具有很好的精度。     

典型家用大功率负载精细化建模及能量管理策略

基于负载本体物理模型和表达用户主观使用意愿的控制模型,提出了三种居民侧典型大功率可控负载(暖通空调系统、电热水器和电动汽车充电负荷)的精细化建模方法。首先,对自定义家庭算例进行仿真,详细分析了各项技术参数的精细化定义及非典型用电过程对负载用电效果的影响。然后,建立了以优化用电成本为目标的能量管理策略优化模型。该研究得到了用户个性化用电环境及主观用电理念能够反映至精细化模型并显著影响智能化家庭能量管理系统负载优化控制策略的结论。     

基于等效的视在功率计算新方法

在电力系统电压、电流波形畸变和不对称的条件下,目前视在功率求解还没有一种认可的方法,导致功率因数计算数值不一致。针对该问题,首先详细分析影响电能传输的因素,然后采用拉格朗日乘数法推导分析一种单等效视在功率计算方法,最后在考虑影响电能传输的不同因素条件下将所提方法分别与矢量视在功率、算数视在功率、双等效视在功率进行对比分析,以研究不同视在功率实际应用特性。算例结果表明,所提方法能够体现不同不利因素对电能传输的影响,且影响程度越大,功率因数越小。