含大规模风电电网的关键线路识别及连锁故障预测

电力系统中的少数关键线路在连锁故障的演化过程中起着重要作用,随着电网风电渗透率的增加,风电出力的不确定性会影响关键线路的识别。为提高辨识准确性,提出考虑连锁故障过程中的支路潮流与结构脆性关联度的综合脆弱性指标来识别关键线路,进而进行连锁故障预测。最后,通过IEEE39节点系统仿真计算与风电并网运行的风险评估结果进一步验证了所提模型和方法的合理性,并且分析了风电渗透率对连锁故障停电风险的影响。     

交直流电网连锁故障研究现状与展望

综述了国内外对连锁故障机理和连锁故障模型的研究现状,分析了高压直流输电系统接入传统电网所带来的影响,讨论了已有连锁故障机理和模型在交直流电网的适用性以及存在的问题。在此基础上,从深入探索交直流电网连锁故障机理、建立更符合交直流电网实际的连锁故障模型、搭建精确高效的连锁故障仿真平台和制定交直流电网连锁故障预防策略4个方面展望了未来研究方向。     

计及冲击风险及分布熵的电网连锁故障预测

电网连锁故障预测有利于预防大停电事故的发生。为了弥补现有电网连锁故障预测中未计及线路故障退出运行后系统均匀性的不足,提出了计及电网故障过程中的冲击风险及故障后电网均匀状态的电网连锁故障预测方法。考虑节点关联度,引入电压波动熵的概念,用以准确描述关键线路退出后电网的电压波动情况;运用熵理论,对断线后电网电压分布和有功分布进行分析,克服了以往连锁故障预测未计及电网均匀性的缺陷。采用离差最大化灰色关联,综合考虑线路自身重要性、冲击风险指标以及分布熵指标。通过RTS-79系统仿真,得出了风险值较高的连锁故障链,结果证明该模型实际有效。     

大规模风电并网对电网的影响及抑制措施研究

分析了风能发电的特点,指出大规模的风电并网将增加系统调峰困难,影响系统频率和省际联络线调节的稳定性,导致潮流断面重载增加并降低系统稳定性,增加系统无功调节难度,降低电网抵御故障的能力。针对辽宁电网风电接入的实际情况,提出了强化风电并网的调度及技术要求。同时,提出提高风电场发电稳定性最好的方法是在风电场建立储能系统。     

风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略

为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压可控,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,设计了耗散电阻和与风机内部斩波电阻相配合的策略,以耗散多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了并网系统无闭锁穿越交直流故障及快速恢复的有效性。     

大规模风电并网问题分析及应对策略研究

针对风电并网的实际情况,分析了大规模风电并网带来的一系列问题,包括风电场并网点电能质量、功率波动、电网调峰、风电送出等。针对发现的问题提出相应的应对策略,在加强风电并网管理,科学合理规划电源结构,积极开展多种方式消纳风电等方面给出了具体意见,提高了大规模风电接入后的电网安全稳定运行水平。     

大规模变速风电机组的并网研究

本文结合福建福清地区的风电"十二五"规划数据,通过建立基于实际运行特性的风电场和区域电网模型,在PSCAD/EMTDC软件平台上对大量主流的变速风电机组——直驱永磁风电机组接入对电网电压的影响进行了研究,为该地区风电并网系统的规划和设计提供了仿真分析基础。     

大规模新能源接入电网连锁故障预防控制策略研究

本文着眼于大规模新能源接入的电网连锁故障预防控制策略研究,在深入分析大规模新能源接入对电网连锁故障影响机理的基础上,提出了适应含大规模新能源的电网连锁故障预防控制策略。该控制策略采用直流灵敏度法甄选出高危线路,并计算出发电功率转移分布系数矩阵,继而采用反向等量配对法,根据发电功率转移分布系数调整发电机组的出力,使得高危线路的负载率得到有效下降,同时保证其他线路负载率维持在重载阈值以下,改善潮流分布,起到预防连锁故障发生的作用。最后通过甘肃酒泉地区电网的仿真分析,进一步揭示了大规模新能源接入对电网连锁故障的影响机理;验证了本文提出的连锁故障控制策略的有效性。     

计及风电并网的机组组合方法研究

风电具有间歇性和波动性的特点,其并入电网时会对传统以火电机组为主的机组组合造成明显的影响,针对此问题,提出了计及风电并网的机组组合方法。该方法首先对风电功率预测结果误差进行统计,在此基础上,建立了风电功率预测误差的分布概率模型。然后,该模型与传统火电机组累积停运容量概率表结合,形成了考虑风电功率的机组累积停运容量概率表。接着,将该表以解析表达的方式引入机组组合的拉格朗日松弛法中,形成风电接入后的机组组合模型,并采用传统拉格朗日松弛法进行求解。最后以某实际电网为例,验证了所提算法的优越性。     

大型风电基地连锁故障在线预警系统研究与开发

针对大规模风电连锁脱网事故频发,研究并开发了大型风电基地连锁故障在线预警系统。首先分析风电连锁故障的事故特征,确定建立风电连锁故障在线预警系统的关键环节,完善风机模型、建立风机保护模型和无功补偿模型。然后基于在线动态安全评估技术,提出了适合于大型风电基地的连锁故障在线安全预警的方案和基本结构,包括在线数据整合与预想故障集,风电场连锁脱网事故搜索方法,连锁故障严重性评估方法和连锁故障在线预警并行计算方案。研发的系统在电网中进行了实际应用,验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于潮流熵的电网连锁故障传播元件的脆弱性评估

为研究电网连锁故障机理,同时判别出连锁故障传播过程中的关键脆弱元件,从熵的基本原理出发,结合过负荷与断线扰动下潮流的分布特性,提出了基于潮流熵的脆弱元件评估模型。通过对新英格兰10机39节点系统的模拟计算,节点单位过负荷扰动下,节点的潮流分布熵越小,越容易导致系统支路越限,节点越脆弱;支路受"发电机—负荷"节点对的潮流冲击越大、支路潮流转移熵越小,支路越脆弱,在连锁故障中起到关键传播作用;与基于介数、风险等方法的脆弱元件判别结果相比,基于潮流熵的脆弱元件评估模型物理意义明确,计算速度快,脆弱元件集符合实际情况。     

基于效用风险熵的复杂电网连锁故障脆弱性辨识

研究了基于效用风险熵理论的复杂电网连锁故障脆弱性评估模型和算法实现问题。首先,结合支路断开后的潮流转移特性和潮流分布特性建立支路脆弱度评估模型,计及支路退出运行给系统带来的影响;其次,建立节点脆弱度传递模型,克服目前社会网络类指标和系统科学类指标存在的不足;最后,以元件脆弱性评估结果为基础,辨识电网组织结构面临的风险不确定性。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所述方法的合理性和有效性。     

通信光缆故障对电力网连锁故障的影响

连锁故障研究在应对突发的大面积停电方面具有重要意义,而传统连锁故障研究很少考虑信息网通信光缆对电力网连锁故障的影响。从信息网边的角度出发,在直流潮流模型下,通过建立信息网对电力网连锁故障影响模型,并以IEEE 30节点系统为例,研究了通信光缆遭受随机故障和不同信息网拓扑结构对电力网连锁故障的影响。仿真结果表明,由于信息网的引入,电力系统脆弱点增多,导致大停电的风险增加,随着信息网中通信光缆故障规模的增大,信息网对电力网连锁故障的影响强度由强变弱,直至稳定。同时,信息网网络拓扑结构对电力网连锁故障影响显著,信息网更宽的度分布增加了电力网的脆弱性,在规则网络中,信息节点的度越大,通信光缆故障对电力网连锁故障的影响越小。     

电网连锁性故障序列的模糊综合评价方法

为研究电力系统在隐性故障下的故障传播路径,在分析隐性故障发生机理的基础上,提出基于扰动距离、潮流过限、潮流转移率和综合脆弱性4类模糊指标的支路故障综合可能性指标。应用灰色关联理论获取指标影响权重,采用模糊综合评价得到支路故障综合可能性指标,并进行故障排序。该方法能够综合考虑多种故障触发不确定因素,更准确地评估预误动集中支路发生故障的可能性。在IEEE 30节点系统的仿真验证了该方法的有效性和普适性。     

考虑系统频率特性以及保护隐藏故障的电网连锁故障模型

在大规模电网中,由简单故障触发的电力系统连锁故障经常导致大面积停电的灾难性后果.为了研究故障在电网中的传播情况,同时估计发生连锁故障的风险和损失,找到关键线路,文中从电力系统分析的角度建立了电网连锁故障模型.模型考虑了保护隐藏故障、计及了系统频率特性,可以帮助系统规划、设计和运行人员找到系统发生连锁故障的临界负载率、关键线路,并得到某种运行状态下的连锁故障风险指标.在IEEE RTS96系统上对此模型进行了验证,得到的结果与用PSASP分析的结果及前人的结论一致.     

基于CCA分析法电网连锁故障分析

通过以往大停电事故分析不难发现,其事故本质为源故障发生后,后续局部调整失败导致的连锁故障传递使电网运行环境恶化,最终引发大停电事故。基于CCA(cause consequence analysis)分析方法,依据电网拓扑结构和控制设备基本特性对电网的连锁事故的原因以及控制失败后可能引发的后果进行了分析,对电网故障的动态传递过程给予了较为直观的揭示和说明,并利用该方法对2011年美墨大停电事故进行了实例事故分析,验证其适用性,为大停电事故分析提供借鉴。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

考虑电网拓扑演化的连锁故障模型

针对OPA模型及其现有改进模型中未考虑电网拓扑演化的问题,提出了一种考虑电网拓扑 演化的连锁故障模型。该模型结合OPA模型和电网拓扑的时空演化模型,OPA模型用以模拟负 荷增长、线路改造等电网的演化过程和由于线路开断引起的连锁故障,时空演化模型用以模拟电网 的拓扑演化。基于改进后的OPA模型分析了不同的演化参数对电网连锁故障的影响,仿真结果 表明,中国北方电网与美国西部电网相比,小规模故障概率较大而大规模停电概率较小。本模型为 研究不同的电网规划方案和参数在较长时间尺度上对电网演化的影响提供了一种途径。     

考虑电网运行状态和结构关联的连锁故障序列预测

针对传统连锁故障考虑因素单一的不足,该文提出一种综合考虑电网运行状态和网络结构的连锁故障预测方法。首先,根据系统运行状态,建立潮流相关的线路故障概率模型和基于Markov方法的隐性故障模型;其次,基于复杂网络理论,提出网络电气结构和保护关联区间,建立故障级间的结构关联模型;最后,兼顾故障后系统运行状态和网络结构的变化,提出连锁故障预测方法,从而辨识出最易受初始扰动影响的下级故障及其影响范围,使预测结果更加符合电网实际运行情况。基于IEEE 30节点系统仿真结果验证了该方法的有效性和实用性。     

基于Hadoop架构的电力系统连锁故障分布式计算技术

以提升大规模组合故障快速仿真分析能力为目标,在Hadoop框架下研发了连锁故障分布式计算技术。基于PSD-BPA软件计算模块,利用Java开发连锁故障计算分析功能,实现驱动判定、故障集筛选、事故链搜索、严重度评估4类模块。通过部署Hadoop分布式文件系统(HDFS)存储调度功能,将事故链解耦为小粒度单一故障场景进行计算,可针对连锁故障仿真的不同复杂度提供跨系统的分布式计算服务,灵活应对计算开始前连锁故障中事故链组合的不可预测性。利用10机、16机系统和某省网实际数据进行技术测试,结果表明所研发系统实现了连锁故障分析应用与数据在计算服务网络中的分离,具备动态调配计算节点资源的能力,能自动适应事件规模为电网连锁故障的仿真分析提供强大计算能力,具有在线应用前景。