电网技术

高比例可再生能源并网

  • 大规模风电并网的评估指标体系构建与应用

    施贵荣;孙荣富;丁华杰;徐海翔;丁然;王靖然;王若阳;

    基于高质量的海量风电机组数据,构建了大规模风电并网的渗透率指标体系,通过"理论–可用–实际"的全环节风电功率计算,分析了装机渗透率、电力渗透率、电量渗透率、利用率和弃电率等"五率"指标体系对电力和电量平衡的影响;确定不同边界条件下装机渗透率与电力渗透率、电量渗透率、利用率和弃电率的映射关系,评估了不同利用率和弃电率限制条件对装机渗透率的影响。指标体系的建立和信息挖掘能够有助于提高政府监管水平、指导电网针对新能源科学规划、精益调度、增强消纳,并能帮助风电场提高精益化运营水平,具有广阔的应用前景。

    2021年03期 v.45;No.448 841-848页 [查看摘要][在线阅读][下载 1339K]
  • 基于风险价值的大规模风电并网电力系统运行风险评估

    马燕峰;杨小款;王子建;董凌;赵书强;蔡永青;

    为反映未来时间区间内风电功率波动对电力系统整体运行风险的影响,基于风险价值理论建立了大规模风电并网电力系统切负荷风险变化指标和系统越限风险变化指标,并设计了具有递进关系的三层风险评估指标。首先,基于风电场功率预测输出序列,计算系统切负荷风险指标、线路越限风险指标和电压越限风险指标;其次,综合各时刻的第一层评估结果,采用Logistic分布和指数分布描述各指标的概率分布情况,基于风险价值理论计算出表征未来时间区间内电力系统整体风险水平的第二层评估指标,并引入综合风险指标作为第三层评估指标,全面合理地评估电力系统运行风险。最后,通过IEEE-RTS79算例系统验证了所提模型和方法的合理性,并进一步分析了不同风电接入节点、不同风电接入容量以及风电集中接入和分散接入对系统运行风险的影响。

    2021年03期 v.45;No.448 849-855页 [查看摘要][在线阅读][下载 646K]
  • 基于CEEMD-SBO-LSSVR的超短期风电功率组合预测

    周小麟;童晓阳;

    为提高风电功率预测的精度,提出了一种基于互补集合经验模态分解(complementaryensembleempiricalmode decomposition,CEEMD)、缎蓝园丁鸟优化算法(satinbower birdoptimizationalgorithm,SBO)及最小二乘支持向量回归(leastsquaressupportvectorregression,LSSVR)模型的超短期风电功率组合预测方法。针对风电序列的随机波动性,采用CEEMD对风电功率序列进行分解,将分解得到的不同特征尺度的各分量作为LSSVR模型的训练输入量。引入SBO算法对LSSVR的正则化参数与核函数宽度进行优化,建立各分量的预测模型,将各分量的预测输出值叠加得到最终的风电功率预测值。所提CEEMD-SBO-LSSVR组合预测方法不仅有效降低了预测的复杂度,而且保证原始风电序列经模态分解处理后具有小的重构误差。仿真结果表明,与其他预测模型相比,所提方法具有较高的超短期风电功率预测精度。

    2021年03期 v.45;No.448 855-864页 [查看摘要][在线阅读][下载 718K]
  • 计及风电一次调频和频率约束的风电占比极限值计算

    刘福锁;卿梦琪;唐飞;刘涤尘;肖固城;

    随着风电在电力系统中占比不断增加和一次调频技术的大规模应用,准确计算风电占比极限值对于保证系统频率稳定运行和指导风电电源规划具有重要意义。提出了计及风电一次调频和频率约束下风电占比极限值解析计算方法。通过分析风电一次调频响应特性,指出风电实际提供一次调频功率增量小于期望功率增量。为准确计算风机一次调频功率增量,建立了风电一次调频传递函数模型,构建了计及风电一次调频的电力系统频率响应模型,采用解析法求解了频率约束下风电占比极限值。通过MATLAB/Simulink时域仿真平台验证了所提风电占比极限值解析计算方法的准确性。

    2021年03期 v.45;No.448 863-870页 [查看摘要][在线阅读][下载 675K]
  • 梯级水光蓄互补发电系统实时协调控制策略

    王子伊;王玮;马伟;陈哲;吴学智;唐芬;

    梯级水光蓄互补发电系统将梯级小水电(cascade small hydropowerplant,CSHP)、分布式光伏(photovoltaic,PV)和抽水蓄能相结合,可平抑PV功率波动、提高其可调度性。针对这种互补发电系统的实时控制问题,首先提出了基于经验模态分解法(empirical mode decomposition,EMD)的全功率变速恒频抽蓄机组(full size converter based variable speed constant frequency pumped storage unit,FSC-VSCFPSU)平抑PV功率波动控制策略,根据经EMD法提取的PV功率波动的高低频分量,自适应确定平抑目标,快速为FSCVSCFPSU确定所需的补偿功率。其次,提出了基于CSHP与FSC-VSCFPSU协调控制的互补发电系统跟踪调度计划策略,在平抑PV功率波动控制策略处理的基础上,根据调度计划协调分配CSHP及FSC-VSCFPSU的输出功率,以最小化系统出力与调度计划的偏差,确保系统平稳跟踪调度计划运行。此外,还给出了基于变速运行模式的FSCVSCFPSU虚拟同步机控制策略,通过模拟同步机特性来控制机组的全功率变流器运行,实现FSC-VSCFPSU的快速功率响应,保证平抑PV功率波动控制策略及跟踪调度计划策略的有效执行。通过实例仿真计算和分析验证了所提控制策略的有效性和可行性。

    2021年03期 v.45;No.448 871-881页 [查看摘要][在线阅读][下载 732K]
  • 平抑风光联合系统短期出力波动的光热电站储热系统优化运行策略

    韦子瑜;赵书强;方宇晨;

    为应对可再生能源集中并网对电网调频稳定性带来的挑战,缓解其短期出力波动对系统调频机(automatic generation control,AGC)产生的调频压力,文章提出光热电站(concentrating solar power,CSP)储热容量滚动优化配置模型。首先,考虑CSP电站光场预热过程的原理,经抽象简化建立光场预热过程模型。然后,基于考虑前瞻性效应的储热系统(thermal energy storage,TES)优化运行策略,运用多时序滚动规划法,建立CSP电站储热容量滚动优化配置模型。其中,前瞻性策略区别于传统策略,有侧重地考虑了前瞻周期内联合系统短期出力波动值对当前时刻CSP电站TES充、放热决策的影响,可更为有效地利用TES储热空间,实现TES充、放热达到全局最优。最后,通过算例对所提策略及滚动优化模型进行验证分析,结果表明:相较于传统策略,考虑前瞻性效应的优化运行策略在平抑联合系统短期出力波动方面更具优越性。模型能够结合上述策略,通过合理配置储热容量参数,最大化平抑风电-CSP联合发电系统短期出力波动。

    2021年03期 v.45;No.448 881-892页 [查看摘要][在线阅读][下载 1760K]
  • 直驱波浪发电系统双扰动观察算法MPPT控制

    谭绮仪;杨俊华;黄宝洲;陈志炀;

    为分析实际海域中波浪发电系统的工作状况,准确获得最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制方案,减少控制算法死区和误判,通过分析波浪发电单元中的浮子水动力,构建永磁直线同步波浪发电单元的出力模型,提出基于双扰动观察算法的波浪发电系统MPPT控制方案。通过2个开关电容双向互补控制,在波浪输入为规则波、不规则波及负荷变化情况下,实现波浪发电系统MPPT控制。仿真结果表明,在波浪输入及负荷突变时,双扰动MPPT控制方法可有效提高系统最大功率跟踪的抗干扰能力,增强系统鲁棒性,提高发电效率。

    2021年03期 v.45;No.448 892-899页 [查看摘要][在线阅读][下载 1130K]
  • 考虑运行环境成本的新能源合理利用率

    董昱;梁志峰;礼晓飞;王帅;李庆;黄越辉;

    考虑到不同地区新能源装机规模、负荷水平、电源调节能力的差异,分地区设置合理的新能源利用率目标是未来引领新能源高质量发展的关键。针对综合考虑新能源发电环保效益、火电灵活性改造及调峰运行成本的新能源合理利用率优化计算问题,提出了一种考虑新能源消纳的电力系统运行阶段环境成本计算方法。首先,建立了新能源发电同时率与发电量的量化关系,得到新能源发电同时率与利用率的分布特性;然后,分析了新能源场站运行经济性与发电盈亏小时数,建立了以运行阶段环境成本最优为目标的新能源消纳优化计算模型;最后,以国家电网经营区省级电网实际数据开展案例测算,得到了不同地区运行阶段环境成本最小场景下的新能源新增装机规模以及对应的合理利用率指标。

    2021年03期 v.45;No.448 900-909页 [查看摘要][在线阅读][下载 541K]
  • 考虑储能变流器容量限制的电网低频振荡抑制策略

    李明贤;熊连松;唐震;郝捷;

    下垂控制与惯量控制是储能系统(energystorage system,ESS)抑制电网低频振荡的主要控制模式,但由于储能变流器的容量有限,当控制作用增强到一定程度时,ESS的输出功率将被限制在变流器的最大功率,即最大功率调制模式,从而失去预期的输出功率调节作用。为此,首先从评价转子转速动态特性的指标出发,对比了ESS不同有功控制模式对转速变化率的抑制作用。研究表明:当变流器工作在最大功率调制模式时,ESS抑制电网低频振荡的能力明显优于下垂控制与惯量控制;但ESS长时间运行在最大功率调制模式会频繁地以大电流进行充放电,导致其寿命骤减。鉴于此,提出了融合最大功率调制与下垂控制模式的电网低频振荡抑制策略:最大功率调制模式使储能变流器以功率限值为基准交替发出或吸收有功,快速补偿系统中的缺额功率或吸收系统中的过剩功率,从源头上抑制产生低频振荡的内在驱动力,即不平衡功率;当转子的转速变化率、偏移量等动态评价指标满足阈值要求后,再利用下垂控制使ESS平滑地退出最大功率调制模式,并进一步减小转子转速偏差,提高系统频率质量。仿真结果验证了所提策略的有效性与先进性。

    2021年03期 v.45;No.448 908-917页 [查看摘要][在线阅读][下载 5143K]
  • 含SVG的双馈系统切换型次同步振荡及其非光滑分岔特性分析

    薛安成;王永杰;付潇宇;乔登科;王子哲;

    研究表明,改善电压稳定的无功补偿装置SVG (static var generator)可与双馈风机作用,形成次同步振荡,威胁电网安全。但其机理尚未完全明晰。有鉴于此,研究了含SVG的双馈系统的次同步振荡,说明其机理之一为限幅饱和引起的切换型振荡,并从非光滑分岔角度,分析切换型振荡随参数变化特性。具体的,首先介绍了切换型振荡和非光滑分岔,以及含SVG的双馈系统及其限幅环节;其次分析了含有SVG的双馈系统的切换型次同步振荡现象,并说明其是由限幅饱和引起的切换型振荡;然后分析了SVG不同控制参数对切换型次同步振荡的影响,确定与系统振荡相关的主要因素,给出了切换型振荡对SVG控制参数的非光滑分岔特性;最后分析了系统外部短路容量和故障严重程度对切换型振荡的影响,揭示了外部参数的非光滑分岔特性。

    2021年03期 v.45;No.448 918-926页 [查看摘要][在线阅读][下载 704K]
  • 基于并网电流反馈的新型有源阻尼方法

    林盛超;熊健;贺诗明;邱增广;

    LCL型滤波器具有比单L滤波器更好的滤波效果,但是其容易使系统引发谐振,并导致系统不稳定。在基于LCL型滤波器的并网逆变器中,为了保证系统的稳定性,通常会采取相关的有源阻尼措施。目前常用的电容电流比例反馈有源阻尼需要引入额外的高精度电流传感器导致系统成本的增加,因此提出了一种基于并网电流反馈的新型有源阻尼方法。该阻尼环节能够给阻尼环的开环传递函数提供一定的相位偏移从而使得阻尼内环稳定,并达到良好的阻尼效果。与无阻尼单并网电流反馈控制相比,引入所提有源阻尼能够降低有效阻尼区间的频率下限,提高了系统对电网阻抗变化的鲁棒性。文章还围绕系统的稳定裕度以及稳态精度探讨了阻尼环节参数与电流控制器参数的设计方法,并给出了简单便捷的参数设计步骤。最后,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

    2021年03期 v.45;No.448 926-939页 [查看摘要][在线阅读][下载 2145K]

能源互联网

  • 可再生能源多能互补热电气联产系统评价方法综述

    王庆刚;杨谋存;朱跃钊;周钰婕;雷建宏;龚涛;

    可再生能源多能互补热电气联产(combined heating,powerandbiogassystemcoupledwithrenewableenergy,RCHPB)系统已成为应对全球能源危机的重要技术手段。RCHPB系统的能源多源异质和源网荷储深度融合特性给系统评价带来巨大挑战,而合理评价其系统综合性能是推动多能互补系统发展的首要前提。针对国内外既有研究成果,从RCHPB系统能效定义、评价指标体系、评价方法等方面进行文献综述。综述结果表明,由于风能/太阳能具有不确定性和波动性以及能量转换的高耦合性等特点,常规的评价方法不能较好地评价RCHPB系统。因此,有必要考虑气候、资源禀赋、储能容量、能源转换关联性对其他评价指标的影响,以构建RCHPB系统评价指标体系及综合评价方法,从而为RCHPB系统的应用与发展提供有力支撑。最后对RCHPB系统评价方法、评价指标等进行总结与展望。

    2021年03期 v.45;No.448 937-950页 [查看摘要][在线阅读][下载 527K]
  • 考虑设备变工况特性的区域综合能源系统优化调度方法

    陈晚晴;穆云飞;贾宏杰;魏炜;何伟;

    区域综合能源系统(regionalintegrated energysystem,RIES)调度方案的经济性受不同能源转换设备模型参数准确性的影响。传统静态能源集线器(energy hub, EH)模型将设备效率视为常数,忽略了设备效率随负载率变化的变工况特性,影响到设备模型的准确性,进而降低了RIES调度方案经济性。为考虑设备变工况特性对系统优化调度方案的影响,提出了一种考虑设备变工况特性的RIES优化调度方法。首先基于静态EH模型,建立一种动态EH(dynamicenergy hub,DEH)模型,可对能源转换设备运行效率进行修正;进而,基于DEH模型,提出了一种考虑设备变工况特性的RIES优化调度方法;最后,针对一个典型的RIES进行优化调度分析。结果表明,该方法由于考虑了设备变工况特性,提高了设备模型准确度,减小了调度方案的成本预测误差,为RIES提供了更为合理且经济的调度方案。

    2021年03期 v.45;No.448 951-958页 [查看摘要][在线阅读][下载 501K]
  • 综合考虑自然灾害与人为攻击的电-气互联系统优化配置方法

    黄格超;李更丰;肖遥;别朝红;孙思源;

    电-气互联系统是一种典型的综合能源系统,综合能源系统能有效应对环境问题与能源危机,但日益频发的极端事件为其发展带来巨大挑战。传统恢复力相关研究大多只考虑极端自然灾害对系统的影响,并未考虑自然灾害和人为攻击同时发生的情况。传统优化配置相关研究主要基于长时间的运行经济性,而对基于恢复力的设备优化配置鲜有研究。为提升综合能源系统在极端事件下的恢复力,综合考虑了自然灾害与人为攻击,提出一种电-气互联系统中燃气轮机与储气系统的优化配置方法。在自然灾害场景生成后,建立防御-攻击-防御(defender-attacker-defender,DAD)的随机优化模型,通过改进的嵌套列和约束生成算法(nestedcolumn&constraintgeneration,NCCG)与逐步对冲算法(progressive hedging algorithm,PHA)对其进行求解。以最小最大后悔值准则(minimax-regret criterion)确定最终配置方案。最后通过算例验证了所提方法的有效性,并分析了不同场景下系统的恢复力水平。

    2021年03期 v.45;No.448 959-970页 [查看摘要][在线阅读][下载 794K]
  • 计及天然气管网压力能消纳的充电设施优化规划

    张安安;邓靓;杨威;李茜;曲广龙;

    针对天然气管网压力能利用能效低及应用场景适应性不足等问题,在"集中充电,统一配送"背景下,提出计及天然气管网压力能消纳的电动汽车充电设施优化规划方法。首先,基于(火用)分析法建立天然气压力能发电潜力评估模型,考虑交通流量及路网结构,建立电动汽车充电需求模型。其次,综合考虑电池供需、功率供需以及站址距离等约束,以社会年综合成本最小为目标构建优化规划模型。然后,利用加权Voronoi图划分集中充电站服务范围,分析评估规划方案的社会环境效益。最后,以包含3个天然气调压站的某城市区域进行算例仿真,结果表明所提规划模型和方法可以有效地消纳天然气压力能,更好地指导压力能利用场景下充电设施的规划。

    2021年03期 v.45;No.448 970-979页 [查看摘要][在线阅读][下载 575K]
  • 基于图强化学习的电力交通耦合网络快速充电需求引导研究

    袁红霞;张俊;许沛东;方舟;

    为应对大规模电动汽车无序快充给电力交通耦合网络带来的巨大挑战,首先建立了包含车-站-路-网的多目标优化模型,提出了基于请求驱动的快速充电站推荐模式,利用图强化学习算法实现了不规则环境信息的提取及快速充电引导策略的学习,最后基于MATLAB-SUMO-Python联合仿真平台进行了实验。结果表明,所提算法能够在保证路-网指标优化的同时,有效降低电动汽车充电前耗时并提高充电站的服务均衡度,从而保证耦合网络的长期健康稳定运行,所提方法具有良好的优化效果及实时响应能力。

    2021年03期 v.45;No.448 979-986页 [查看摘要][在线阅读][下载 607K]
  • 考虑EV集群时序灵活性的分布式能源协同优化

    张丙旭;许刚;张虓华;

    并网电动汽车(electric vehicles,EV)集群及其他分布式能源协同优化具有降低系统运行成本的巨大潜力。考虑EV用户的需求偏好,将并网EV分为额定功率充电、可调节充电及灵活充放电3类需求方式,并分别构建控制模型;考虑EV随机入网及并网过程中需求方式的动态切换特征,提出EV集群时序灵活性的概念并建立数学模型;结合EV集群的时序灵活性,采用日前–日内两阶段优化实现EV集群与分布式能源的协同优化:日前优化基于风光出力及EV接入预测信息,以最小化运行成本为目标进行预调度;日内优化以风光实际出力及EV集群实际需求,通过滚动时域优化对预调度结果以最小代价进行修正。算例仿真验证了所提策略在最小化系统运行成本的同时可兼顾EV用户的差异化需求。

    2021年03期 v.45;No.448 987-998页 [查看摘要][在线阅读][下载 1047K]
  • 多元化绿色交易体系下直流微电网优化配置方法

    吕宇桦;杨苹;陈锦涛;陈滢;曾凯林;

    随着可再生能源政策的变革,健全多元化绿色交易体系以代替财政补贴是发展的趋势。以直流微电网为研究对象,提出多元化绿色交易体系下的优化配置方法。首先分析了中国多元化绿色交易体系现状,提出了直流微电网参与绿色交易市场的3种模式,结合政策规则和市场供需关系分析市场价格机理并建立了单一市场收益模型。其次,为灵活响应负荷供电和可再生能源消纳需求,提出了一种综合能量调度策略,并以系统等年收益最大为目标,采用K-means聚类和改进粒子群算法求解系统经济优化配置模型。最后,分析绿色交易体系和能量调度策略对配置结果的影响,并与HOMER仿真结果进行比较,算例结果验证了所提方法的有效性。

    2021年03期 v.45;No.448 997-1005页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K]
  • 基于荷电状态的直流微电网中多储能分级运行控制方法

    郑丽君;王子鹏;吕世轩;宋建成;田慕琴;

    无通信前提下,直流微电网中储能单元常用的控制策略难以实现储能荷电状态(state of charge,SOC)均衡、最大化新能源利用率和母线电压支撑三方面的平衡控制,提出一种基于荷电状态的直流微电网中多储能单元分级运行控制方法。首先,考虑微电网多运行状态下对储能单元的不同需求,将储能单元状态划分为5种工作模式,且各模式的电压区间是根据SOC动态调节的。利用直流母线电压信号作为工作模式判据,各储能单元根据SOC大小投入充放电,实现分级运行。随后,功率调节控制根据储能单元各模式的电压区间自动调整下垂曲线,使投入运行的储能单元间根据SOC合理分配功率。最后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明所提控制策略在无通信条件下可实现各储能单元SOC均衡,并且能够实现与其他源储单元协调运行,以最大化新能源利用率,避免了工作模式切换过程中母线电压大幅波动,证明了所提控制策略的可行性和有效性。

    2021年03期 v.45;No.448 1006-1015页 [查看摘要][在线阅读][下载 608K]
  • 基于天气信息的短期冷热电负荷联合预测方法

    马得银;孙波;刘澈;

    随着可再生能源大量接入,增加了能源互联网的波动性与多样性,对冷热电负荷预测的精确度和稳定性提出了更高的要求,冷热电负荷的精准预测是能源互联网运行优化的重要前提,并对需求侧分析具有重要意义。利用天气信息,提出了一种基于气象信息的短期冷热电负荷联合预测方法。该方法包括区域天气预测与冷热电负荷联合预测两大步骤。在区域天气预测中,首先充分利用历史天气、实测天气与天气预报信息,采用调整误差法,对一指定区域进行天气预测;之后利用历史负荷数据、历史天气数据与区域天气预测数据,采取遗传算法优化BP神经网络(genetic algorithm to optimize BPneuralnetwork,GA-BP)预测算法,对冷热电负荷进行联合预测。仿真结果表明该方法能够有效提高负荷预测精度。

    2021年03期 v.45;No.448 1015-1022页 [查看摘要][在线阅读][下载 504K]
  • 基于云图特征自识别的光伏超短期预测模型

    柴闵康;夏飞;张浩;陆剑峰;崔承刚;马波;

    光伏电池超短期输出功率变化的主要原因来源于云层的无规则运动,会在1~2min的时间尺度内显著地影响输出功率,因此提出了天空云图预测方法提高光伏超短期功率预测的准确性。首先,采用云层灰度鉴别对云图提取云形状、云透射率等信息。然后,通过云点跟踪对云运动进行还原,得到云层的位移和速度等信息。接下来提出了云图特征联想和长短期记忆(cloudfeatureassociation-longshort-term memory,CFA-LSTM)模型,通过在LSTM模型中加入图像特征联想(cloud feature association,CFA),从而将光伏超短期输出功率与天空云图关联起来。最后基于云增强现象(cloud enhancement model,CEM),提出了由晴空辐照度作为标准的CEM-LSTM切换模型。实验证明,CEM-LSTM切换模型在全气候条件下不仅可以满足光伏超短期功率预测高精度的准确性需求,还可以满足光伏超短期功率预测高精度、高稳定性的可靠性需求,为光伏电站的高效经济运行提供了可能。

    2021年03期 v.45;No.448 1023-1035页 [查看摘要][在线阅读][下载 1107K]

电力市场

  • 含灵活性资源交易的电力市场实时出清

    钟佳宇;陈皓勇;陈武涛;黄剑平;

    充裕的灵活调节能力是电力系统应对高比例可再生能源并网的关键。引入灵活爬坡产品(flexible ramping product,FRP)进行市场联合出清能够提高系统的调节能力,但是却存在机组补偿不合理、需求确定不经济的问题。对此,提出一种涵盖灵活性资源需求确定、虚拟竞标曲线形成和市场出清的交易框架。基于概率分布模型和弃风切负荷成本,提出了灵活性资源需求的动态优化确定方法;构建了涵盖虚拟报价和虚拟报量的机组虚拟竞标曲线,从而实现合理补偿机会成本和合理定价的目的;建立了耦合灵活性资源交易的两阶段实时市场出清模型,并利用随机的风电出力样本数据进行仿真,结果表明所提模型能够有效提高新能源消纳能力、降低综合成本和合理补偿机组机会成本。

    2021年03期 v.45;No.448 1032-1041页 [查看摘要][在线阅读][下载 772K]
  • 电动汽车聚合商参与调频备用的调度方法与收益分成机制

    吴洲洋;艾欣;胡俊杰;

    针对电动汽车聚合商参与电网调频的调度与用户结算问题,提出了结合日前电量/备用优化、实时功率分配、聚合商与用户收益分成3个部分的运行框架。通过提出基于充电需求的裕度评估并将其作为核心参数,在日前阶段降低了充电/调频双重变量的复杂性,能够在日前联合优化充电电量和备用容量;并在实时功率调度,和各用户的调频贡献结算这2个过程中解耦充电功率和调频功率,实现快速求解、公平分配,并确保用户的充电需求得以满足。仿真验证了所提框架,并为了鼓励电动汽车用户参与,设计了2种不同参与程度的合约机制,展示并比较了用户视角下2种合约的充电情况和收益情况,证明了所提框架能够满足充电和调频的需求,并给用户带来收益。

    2021年03期 v.45;No.448 1041-1050页 [查看摘要][在线阅读][下载 2124K]
  • 基于有限理性用户选择行为的定制化电价套餐设计

    肖白;崔涵淇;姜卓;赵栩;孙立国;

    利用电力需求响应机制,通过引导用户主动参与电网调峰,能够提高用户和电网互动的积极性、减轻电网峰时供电压力。针对各电力用户因其用电差异性而需要不同的电价套餐,且电力用户选择电价套餐的决策行为普遍是有限理性而非完全理性的,该决策行为存在演化博弈过程的特点,提出了一种考虑有限理性用户选择行为的定制化电价套餐设计方法。首先,采用K-means算法对电力用户的日负荷曲线的负荷特征指标对其进行聚类分析,并生成聚类后的每一类用户的典型负荷曲线,利用模糊理论根据各典型负荷曲线确定各套餐的用电曲线;其次,通过熵权法计算用户效用,并在此基础上应用演化博弈理论计算用户在有限理性情况下的套餐选择比例;然后,建立售电公司和供电公司之间的双边协商购电合同模型;最后,在保障售电公司市场占有率和用户满意度的前提下,以实现售电公司和用户的双赢为目标,建立面向有限理性用户的定制化电价套餐模型。算例结果证明了所提方法及模型的合理性和可行性。

    2021年03期 v.45;No.448 1050-1058页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K]
  • 采用历史数据扩充方法的风力发电量月度预测

    唱友义;孙赫阳;顾泰宇;杜维春;王漪;李卫东;

    月度风力发电量预测面临天气信息不确定性强和历史数据较少等问题,预测精度较低。根据风力所具有较强的季节特性和短时平滑变化特性,提出了风电月度发电量数据集扩展技术。基于扩展后的数据,利用中期天气预测信息前准后差的特点,提出了基于kdtree单元匹配、数据扩充、时间序列3种预测算法的熵权组合综合预测方法,通过理论及算例分析验证了所提数据扩充方法的有效性和综合预测方法的准确性。所提出的数据扩充方法和综合预测方法可为中长期风力发电月度电量预测提供一种可行的解决思路。

    2021年03期 v.45;No.448 1059-1068页 [查看摘要][在线阅读][下载 526K]
  • 基于信息交流机制的经济负荷分配优化算法

    肖子雅;刘升;

    该文提出一种基于信息交流机制的多策略精英反向学习黄金正弦鲸鱼算法(multistrategyeliteopposition-based golden-sinewhaleoptimizationalgorithm,MSEGolden-SWOA)以解决电力经济负荷分配(economicloaddispatch,ELD)问题,将多策略信息交流机制引入精英反向学习黄金正弦鲸鱼算法,以改善个体间的交流机制,增强算法解决实际问题的效率和适应性。4个不同规模的标准IEEE系统的测试表明,相比其他智能算法,MSEGolden-SWOA在处理ELD问题上的求解精度和效率都有所提升,是求解该问题的有效方法。

    2021年03期 v.45;No.448 1068-1077页 [查看摘要][在线阅读][下载 544K]

电力系统

  • 巴西“3.21”大停电后电网恢复情况分析

    常忠蛟;刘云;

    2018年3月21日,巴西电网发生大停电,电网解列为北方、东北和南方电网3个独立运行电网,23个州的供电受到影响,全网损失26%负荷。大停电后,巴西调度部门、发电厂、输电公司和配电公司等协调配合恢复供电。该进程分为2部分,一是独立运行电网内部子网恢复网架及负荷供电;二是独立运行电网间互联,加强相互支援。大停电后,北方电网依靠2座保持在运电厂支撑,设置了4个子网,逐步恢复电网供电。东北电网大停电后全停,通过网内5座具备自启动功能的电厂,设置了6个子网同时黑启动,逐步恢复电网供电。南方电网架基本保持完整。北方、东北和南方3个独立运行电网适时合上网间联络线,恢复全网同步运行。电网恢复进程总体有序,同时,也遇到一些异常情况,包括:现场操作与调度指令有差异;电网潮流大范围自由转移,引起振荡,导致并网合环等操作困难;监控和通信系统故障;断路器、站用电、发电机等设备异常。此次电网恢复过程表明电网恢复的及时性和安全性具有进一步优化提升空间,主要包括:加强电源规划与维护、电网结构配置、设备维护、调度管理等方面。

    2021年03期 v.45;No.448 1078-1088页 [查看摘要][在线阅读][下载 583K]
  • 计及VSC运行约束的交直流混合配电网分布式优化调度方法

    刘晓林;王旭;蒋传文;龚开;熊展;

    分布式调度可有效克服由于通信能力限制及子系统分属不同利益主体而引发的生产信息难以集中的问题,更有利于发挥交直流混合配电网在网损降低、新能源消纳方面的优势。然而,VSC运行特性方程及配电网交流潮流约束的高度非凸非线性导致传统方法求解分布式调度问题变得异常困难。提出了一种VSC运行特性方程的线性化方法,并结合配电网潮流线性化方程,将各子系统优化问题转化为混合整数线性规划问题,保证了子问题的收敛性及解的全局最优性,并采用目标分析级联法对各子问题进行分布式优化求解。最后通过构建交直流混合配电网系统仿真算例,验证了所提算法的精确性、收敛性以及在不同规模复杂系统下的通用性,算例同时充分反映出分布式调度可有效保护生产主体隐私、降低配电网通信能力要求,适应未来区域自治配电网系统的发展需要。

    2021年03期 v.45;No.448 1089-1101页 [查看摘要][在线阅读][下载 632K]
  • 中压直流综合电力系统建模与实时仿真实现方法

    郝晓亮;付立军;马凡;刘鲁锋;肖润龙;

    舰船中压直流综合电力系统包含大量特种电机和电力电子设备,其模型阶数高、非线性强,电磁暂态仿真计算量大。文章以典型中压直流综合电力系统为对象,首先,介绍了多相发电机整流系统、多相推进电机及其变频器、隔离型DC/DC变流器等组成设备的模型,构建了全系统电磁暂态实时仿真模型。其次,以开关分布平均化和节点数最少为优化目标,提出一种基于元件的启发式系统剖分方法,提高了系统优化剖分计算效率,在消耗较少计算资源的情况下,实现了系统高精度实时仿真。最后,物理试验验证了仿真模型的准确性,并通过对比分析,验证了所提出剖分方法的高效性。

    2021年03期 v.45;No.448 1100-1109页 [查看摘要][在线阅读][下载 687K]
  • 考虑负荷最大概率分布与故障风险的配电变压器优选方法

    陈磊;姜飞;涂春鸣;

    针对我国农网较多居民变压器长期轻载运行、损耗偏大的问题,在保证设备可靠运行的前提下,提出了一种考虑负荷最大概率分布与故障风险成本的配变优选方法。首先,通过考虑配变的经济运行区间及台区负荷的分布情况,对比分析了传统配变选型方法和文中所提选型方法的差异;建立了一种综合考虑配变负载最大概率分布特征、故障概率和额定容量的故障风险成本模型,并基于此,构建了考虑选型故障风险成本的配变全寿命周期成本(lifecyclecost,LCC)模型。最后,通过对某地区10kV配电网变压器选型的实例测算,验证了所提方法的经济性和正确性。

    2021年03期 v.45;No.448 1109-1116页 [查看摘要][在线阅读][下载 601K]
  • 考虑时序趋势分析的周期性谐波异常识别

    张逸;姚文旭;王康;邵振国;林芳;

    考虑传统对谐波等稳态电能质量异常判别中仅以数值大小与限值对比而未考虑数据变化趋势的局限性,针对存在周期性的谐波运行工况,关注谐波监测数据的趋势变化特征,提出一种考虑时序趋势分析的谐波异常识别方法。首先,通过分段线性化提取主要趋势变化特征,并以模式值表征各段趋势;然后,分别由时序趋势相似性与数值离群占比确定趋势和数值异常指标,对二者加权组合,得到综合异常指标;并从历史数据中,选定时序分析周期与基准常态数据;最后,计算后续待识别数据的综合异常指标来辨识监测点是否存在谐波变化异常。通过仿真算例和实例应用分析证明了所提方法识别结果准确,适用性强且容易实现,可方便地集成到现有电能质量监测系统中。

    2021年03期 v.45;No.448 1117-1125页 [查看摘要][在线阅读][下载 738K]
  • 基于功率跟踪目标函数定频模型预测控制的三相PWM整流器

    杨兴武;杨帅;王涛;徐依明;李豪;于艾清;

    传统有限控制集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)在一个控制周期内输出单一的开关状态,当采样频率较低时,控制精度较差,且开关频率不固定导致交流侧滤波器难以设计。针对上述问题,在传统FCS-MPC的基础上,为三相脉冲宽度调制(pulsewidth modulation,PWM)整流器提出一种基于功率跟踪目标函数的定频模型预测控制。首先基于FCS-MPC的功率跟踪目标函数最小值求解,精确计算变换器输出电压矢量的扇区,接着根据扇区确定控制周期作用的两个有效矢量和零矢量,最后利用3个矢量的功率跟踪差值计算各电压矢量的作用时间。通过仿真验证,与传统FCS-MPC相比,所提方法能实现开关频率的固定,减小功率脉动,提高整流器的输出性能。

    2021年03期 v.45;No.448 1125-1131页 [查看摘要][在线阅读][下载 591K]
  • 电力机车单相PWM整流器μ综合直接电流控制

    刘浩然;马磊;彭林;宋文胜;程少昆;

    外界环境改变以及功率器件老化等因素,会不可避免地导致电力机车单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统网侧电路参数发生变化,这一现象易影响整流器系统控制性能。为提升单相PWM整流器系统在网侧电路参数摄动情况下的鲁棒性,提出一种基于结构奇异值(structure singular value,SSV)理论的μ综合直接电流控制(directcurrentcontrol,DCC)策略。在单相PWM整流器dq坐标数学模型的基础上,得出电流环系统状态空间;利用性能加权函数约束电流控制系统跟踪精度、规划抗干扰能力以及限制控制输出大小,同时引入虚拟性能不确定模块,进一步归纳出具有结构化不确定性的单相PWM整流器μ综合控制问题;经D-K迭代所得该μ综合问题结构奇异值曲线峰值为0.895,表明μ综合直接电流控制器可使单相PWM整流器系统满足鲁棒稳定与鲁棒性能要求;通过半实物仿真平台对μ综合DCC策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略进行实验对比研究,结果表明:所提控制策略动态响应速度快,且在网侧等效电感参数摄动情况下系统鲁棒性较强。

    2021年03期 v.45;No.448 1132-1141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1011K]
  • 一种新型高效的多功能Buck/Boost/Buckboost型功率因数校正电路

    刘斌;李伦全;叶昌;李俊;

    提出了一种新型高效的多功能Buck/Boost/Buckboost型PFC整流器。对该整流器的几种工作模式进行了分析,并根据开关管的占空比关系,讨论了系统的控制器设计,基于输入电网电压的瞬时值,得到系统的前馈占空比,并就如何将占空比分配到各个开关管进行了分析。由于该整流器在每个采样周期中只有2个高频开关动作,并且只使用一个电感,从而相对于传统的PFC变换器,提高了系统的效率。最后通过实验对文中结论进行了验证。

    2021年03期 v.45;No.448 1142-1149页 [查看摘要][在线阅读][下载 659K]
  • 超导电力设备中YBCO超导带材不均匀性对载流特性的影响

    谭亚雄;文明乾;周湶;罗书山;潘家骏;

    随着第二代高温超导带材技术的发展,YBCO超导带材在超导电力应用中愈加广泛。但超导电力设备中依然存在像制备或运行过程中产生的内部缺陷等影响超导体稳定性的因素,对超导电力设备的运行可靠性产生影响。为研究超导电力设备中超导带材的内部缺陷造成的不均匀性对带材载流特性的影响。先通过磁探针扫描法研究了带材应力型缺陷对临界电流密度的不均匀退化的影响,并通过建立缺陷仿真模型与扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)微观照片分析了临界电流退化的机理。随后通过实验研究了宏观缺陷的不均匀性对超导带材载流特性的影响趋势。结果表明,超导带材在应力下产生的内部缺陷会造成超导带材临界电流的退化与不均匀性,主要原因是由超导层结构损伤造成的临界电流密度退化与微裂纹造成的超导通流面积降低造成的。超导带材的载流能力不仅受到局部临界电流退化程度的影响,更是受到沿电流方向优先失超区域面积的影响。所得研究结果可以为超导带材的制备与超导电力设备的载流设计提供有益的参考。

    2021年03期 v.45;No.448 1150-1157页 [查看摘要][在线阅读][下载 628K]

自动化

  • 基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法研究

    韩彬;陈维江;常乃超;金玉琪;郄鑫;韩奕;朱炳铨;谭盛武;余越;张静;王文博;赵泽昕;

    随着我国电网的迅速发展,电力系统中短路电流超标问题逐渐突出,严重影响系统及设备安全运行。针对现有短路电流限制措施的不足,该文提出基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法,在短路故障期间短时快速改变系统拓扑,降低短路电流,避免采用常规措施带来的对系统正常运行的影响。该文研究了系统拓扑调整方法、配合时序及动作策略,结合典型系统结构研究了短路电流抑制效果,分析了拓扑调整对系统稳定和继电保护的影响。对该方法的关键设备高速开关的关键技术进行了初步分析。

    2021年03期 v.45;No.448 1158-1166页 [查看摘要][在线阅读][下载 522K]
  • 直流配电系统阻抗判据与导纳判据的比较分析

    张辉;朱刘柱;潘鹏鹏;陈武;

    阻抗法是解决级联变换器系统稳定性分析问题的有效方法,随着直流配电技术的快速发展,直流配电系统的拓扑结构与控制策略更加复杂,由变换器间阻抗不匹配导致的直流母线电压不稳定问题日益突出。总结了目前直流配电系统的主要阻抗判据,可分为阻抗比判据与并联阻抗判据两类。在分析多并联并网逆变器系统的谐波稳定性问题时,基于全局导纳的稳定判据被提出,即通过系统的全局导纳是否满足广义奈奎斯特判据,判断系统的稳定性。由于导纳是阻抗的倒数,且在电路上可以相互转化,所以也可以从导纳的角度分析直流配电系统的稳定性。因此,提出了一种基于导纳的直流配电系统稳定判据,并与现有的阻抗判据进行对比分析,表明了各判据的主要特征。最后,通过仿真验证了所提导纳判据的正确性,并通过案例对比得出了阻抗判据和导纳判据的优缺点。

    2021年03期 v.45;No.448 1167-1174页 [查看摘要][在线阅读][下载 761K]
  • 基于场景建模的电力巡检异物检测样本扩充方法

    孙慧;李喆;江一;赵航航;顾超越;史晋涛;盛戈皞;江秀臣;

    利用深度卷积神经网络来进行图像目标检测是电力巡检异物检测的常用手段。训练神经网络需要大量样本,但电力行业存在着图片难以收集导致训练样本不足的情况。为方便目标检测神经网络的训练、提升目标检测模型的识别性能,利用一种基于已有样本的场景建模方法,自动生成大量符合实际电力场景的图片,以扩充样本。该方法利用卷积神经网络实现场景建模,并采用泊松融合进行图片合成,同时加入尺寸变换、图像旋转、图像滤波等数字图像处理方法。通过实例验证,该样本扩充方法可以实现扩充目标检测训练所要求的图像样本,也可以在样本完全缺失的情况下快速生成一定量的样本,提高目标检测模型的性能。

    2021年03期 v.45;No.448 1175-1180页 [查看摘要][在线阅读][下载 644K]
  • 一种电动汽车动态无线充电的负载检测方法及导轨切换策略

    郭敏;肖静;吴宁;祝文姬;冯玉斌;李克文;

    为实现分段导轨模式的电动汽车移动无线充电过程中,系统对于负载接入的有效检测并适时在低功率待机模式与功率输出模式之间的转换,提出一种基于原副边均为LCC补偿结构的负载检测方法以及导轨功率输出控制策略。基于分段导轨模式电动汽车动态无线充电过程以及双LCC补偿结构的数学模型,得到电动汽车在一段导轨上行驶位移与原边逆变电流之间数学关系,通过检测和分析原边逆变电流判断导轨是否进行功率发射,仿真和实验验证了该方法的有效性。

    2021年03期 v.45;No.448 1181-1187页 [查看摘要][在线阅读][下载 657K]

高电压技术

  • 串联谐振下电缆局部放电的双传感器检测技术

    叶彬;周凯;黄永禄;汪先进;李泽瑞;

    为了实现电力电缆耐压与局部放电(partial discharge,PD)同步测试,提出了变频串联谐振下电缆局部放电的双传感器检测技术,并在实验室搭建测试平台对该技术进行了验证。首先,基于电缆局部放电信号传播特性,利用高频电流传感器(high frequency current transformer,HFCT)检测流经电缆接地线上的脉冲信号(包括干扰信号与局放信号)做主信号,利用超高频传感器(the ultra high frequency,UHF)检测变频电源产生的脉冲干扰信号作参考信号。然后,采用基于阈值窗的时域滑动能量搜索方法对两路信号进行脉冲提取,并根据HFCT中干扰信号和UHF信号在时域上发生重叠的特点,采用交集判别算法实现HFCT信号中局放信号的分离识别。最后,构造局放相位分布(phaseresolvedpartial discharge,PRPD)谱图确定局放源的类型。实验结果表明,该技术能在变频电源强干扰下实现PD信号的分离识别。该方法可实现耐压与PD测试,对实际工程有一定的指导意义。

    2021年03期 v.45;No.448 1188-1194页 [查看摘要][在线阅读][下载 985K]
  • 电压上升率对GIS绝缘缺陷击穿特性的影响

    梁成军;刘轩东;张玲俐;张明康;

    随着气体绝缘金属封闭开关设备(gasinsulated switchgear,GIS)设备容量不断增大,现场越来越难以开展对应电压等级的雷电冲击试验,其产生的冲击试验电压的波前时间可能长达十几μs。探究长波前冲击电压波前参数对SF6气体间隙放电特性影响的研究,认识GIS中绝缘缺陷在冲击电压作用下的放电特性,是判定采用长波前冲击电压进行现场试验是否合理的前提与基础。主要探究了在棒–板电极和同轴母线针–板电极两种不同电极结构下,波前电压上升率(d U/dt)对SF6间隙击穿特性的影响规律。结果表明,2种结构电极间隙击穿电压随着电压上升率增加呈现U型变化趋势。研究表明U型曲线拐点电压与空间电荷"电晕稳定化"作用相关,且在U型曲线左右半支的击穿电压变化规律受空间电荷"电晕稳定化"和背景电场的"扫除作用"共同影响。

    2021年03期 v.45;No.448 1195-1200页 [查看摘要][在线阅读][下载 593K]
  • 水珠对复合绝缘子表面电场畸变特性的影响

    吕玉坤;王佳文;宋庆壮;刘云鹏;

    潮湿环境中,凝结在绝缘子表面的水珠会畸变其表面电场。以FXBW4-10/100型复合绝缘子为研究对象,利用COMSOL软件对10kV直流电压作用下该型绝缘子表面有无水珠凝结时的电场进行了数值模拟;以电场强度和场强畸变率为评价标准,分析了水珠相关参数(粒径、间距、电导率、相对介电常数)对该绝缘子表面电场畸变特性的影响。结果表明:水珠表面的电场强度远高于其周围电场,而其内部则反之;水珠的粒径、间距和相对介电常数对该绝缘子表面电场强度的畸变影响均较大,畸变率最高可达573%,而其电导率的影响则较小;水珠距离绝缘子中轴线越远,其场强畸变率一般越大,且多集中于复合绝缘子的边缘处,易引发污闪。

    2021年03期 v.45;No.448 1201-1207页 [查看摘要][在线阅读][下载 773K]
  • 35 kV线路用自灭弧防雷间隙及工频续流遮断试验

    王巨丰;黄上师;韩力;闫仁宝;徐宇恒;

    为了验证35 kV线路用自灭弧防雷间隙在继电保护动作前的灭弧有效性,因此对其工频续流遮断能力进行研究。对自灭弧防雷间隙进行灭弧机理分析,明确其多断口灭弧结构的性能。依照国家标准中雷电冲击放电试验和空气间隙距离的规定进行试验,确定其击穿放电电压应大于325.1 kV,空气间隙距离约376mm,额定电压为40.5kV。根据IEC标准搭建了工频续流遮断试验平台。该试验平台能够产生1.2/50μs的标准雷电冲击电压和10个完整周期且频率为50 Hz左右的工频电压,并具有选相触发能力。工频续流遮断试验结果表明:35 kV自灭弧防雷间隙在1.5 ms附近产生的气流作用于电弧最为强烈,在3 ms内熄灭峰值为1.289 kA的工频续流,且不会发生电弧重燃现象。

    2021年03期 v.45;No.448 1208-1213页 [查看摘要][在线阅读][下载 548K]

工程应用

  • 混合级联特高压直流输电系统方案设计及动模试验验证

    刘泽洪;马为民;王绍武;种芝艺;黄勇;郭贤珊;张进;乐波;田杰;肖鲲;许冬;刘杉;

    提出了同站布置的混合级联特高压直流输电技术,并设计了该拓扑的直流滤波器、可控避雷器和快速旁路开关等关键设备及混合级联协调控制策略。为验证该技术的工程可行性,搭建了含真实一次和二次系统的低电压等级的动模平台,该动模平台不仅包含直流线路、换流阀、换流变、控保装置等常规直流设备,而且包含可控避雷器和快速旁路开关等特有设备,可准确模拟出该拓扑的实际特性。在动模平台上验证了系统的启停、阀组投退、故障穿越特性,动模平台的试验结果表明,混合级联直流方案启停平滑、运行方式灵活、故障穿越可靠,符合设计指标,具备工程可行性。

    2021年03期 v.45;No.448 1214-1222页 [查看摘要][在线阅读][下载 642K]
  • 巴西美丽山两回特高压直流工程互用接地极的控制保护策略研究

    张云晓;蒲莹;卢亚军;宫勋;吴方劼;

    根据巴西美丽山两回特高压直流工程送端同址建设的条件,提出了两回直流互用接地极的接线形式,以及为了安全可靠地实现互用接地极设计了顺控逻辑,入地电流监控等策略;以双极中性线差动保护为例,重点分析了互用接地极的接线形式给双极区保护带来的影响,并在此基础上提出了保护优化策略。互用接地极的控制保护策略经过了详细的试验仿真验证,并已成功运用在巴西美丽山特高压直流工程的实际建设和运行中。这些策略大大降低了直流停运率,对于提高工程运行的可靠性和经济性具有重要意义。

    2021年03期 v.45;No.448 1223-1230页 [查看摘要][在线阅读][下载 576K]
  • 柔性直流换流站断面失电过电压机理与抑制方法研究

    郭铭群;苑宾;郑宽;

    柔性直流换流站断面失电(section power loss,SPL)指与换流站连接的交流线路异常断开,导致换流站失去功率交换通道的情况。对于张北工程,由于换流站一级断面一般只有1~2条输电线路,二级断面线路数量也较少,柔直换流站存在一定的断面失电风险。研究了断面失电后柔直换流器的工作原理以及相应的交直流过电压产生机理,提出了断面失电后交直流过电压的解析计算方法;并在此基础上从控制策略、控制器参数两方面提出了抑制断面失电过电压的方法;此外,考虑空载长线路的电容效应,提出了交流线路末端发生断面失电后的过电压计算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建了张北工程柔直电网模型,对上述研究结果进行验证,得到如下结论:直流系统功率盈余、柔直控制器饱和是导致断面失电过电压的主要原因;可通过协调控制、优化控制器参数降低断面失电引起的过电压;空载长线路电容效应导致线路末端断面失电后过电压更严苛。

    2021年03期 v.45;No.448 1231-1239页 [查看摘要][在线阅读][下载 611K]
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