电网技术

面向园区微网的综合能源系统运行规划关键技术

  • 面向园区微网的综合能源系统多目标优化设计

    周灿煌;郑杰辉;荆朝霞;吴青华;周孝信;

    考虑到园区综合能源系统的输入能源及能源转换设备的选择多样性,以及当今社会对综合能源系统的环保性及节能性的高度重视,提出了一种面向园区微网的综合能源系统多目标优化设计方法。首先建立系统的基本架构;然后以年总费用、年污染排放和年能耗为优化目标,运用两阶段优化方法对系统进行优化;最后采用基于证据推理的决策方法得到最优的系统方案。算例结果表明,所提园区综合能源系统在经济、环境和能源3个方面的效益都高于单供系统和"以热点电"运行策略下的联供系统;而"以电定热"运行策略下的联供系统虽然具有更好的环境和能源效益,但其经济效益远低于园区综合能源系统;因此,所提园区综合能源系统的综合效益最高。结果还表明,太阳能可有效提高系统的综合效益;而系统与电网的联网方式也对系统具有较大影响。

    2018年06期 v.42;No.415 1687-1697页 [查看摘要][在线阅读][下载 869K]
  • 综合能源系统建模及效益评价体系综述与展望

    曾鸣;刘英新;周鹏程;王雨晴;侯孟希;

    构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系是能源革命、《能源发展"十三五"规划》的共同目标和要求。在此背景下,综合能源系统的理念应运而生,它是电、气、热、冷等各类能源统一规划、统一调度的综合性能源系统。目前,综合能源系统的系统建模是能源领域研究的热点问题,但已有研究大多是围绕某一特定/假定的区域能源系统进行建模,对综合能源系统的典型架构和系统模型尚缺乏统一的定义和梳理,同时对综合能源系统的效益评价体系研究仍处在起步阶段。在已有研究基础上,提出了区域型综合能源系统的典型物理架构,围绕系统中的独立型设备和耦合型设备构建了对应的物理和经济模型,并对当前综合能源系统的效益评价指标体系和评价方法进行了梳理,提出了未来综合能源系统建模及效益评价体系研究领域的研究重点和发展方向,以期为相关研究和项目落地提供参考和借鉴。

    2018年06期 v.42;No.415 1697-1708页 [查看摘要][在线阅读][下载 368K]
  • 配售分离环境下高比例分布式能源园区电能日前优化调度

    吴界辰;艾欣;张艳;王坤宇;胡俊杰;

    在电力市场配售分离的改革背景下,结合一种新的配电网市场结构对园区售电商的角色与功能进行了描述。针对含光伏(photovoltaic,PV)出力、储能装置(energy storage system,ESS)、电动汽车(electric vehicle,EV)以及温控负荷等分布式能源的多个智能楼宇的居民小区为研究对象,考虑电能在园区的双向流动、分布式能源的信息流动以及各主体交易机制,以满足用户利益的同时实现整个园区调度总成本最小为目标,建立了日前调度模型。最后,考虑变压器寿命影响,采用合作博弈Shapley值解决由于功率限制导致各个楼宇的利益分配不公平的问题。

    2018年06期 v.42;No.415 1709-1719页 [查看摘要][在线阅读][下载 816K]
  • 基于交替方向乘子法的微电网群双层分布式调度方法

    王皓;艾芊;吴俊宏;谢胤喆;周晓倩;

    随着分布式电源的渗透率提高,微电网作为一种有效消纳方式得到了广泛发展和应用。将邻近的多个微电网互联构成微电网群系统进行协同控制和管理,能够有效提高系统的运行经济性和可靠性。提出一种基于交替方向乘子法的微电网群双层分布式调度方法。上层以微电网群系统总运行成本最小为目标,协调各微电网之间的功率交换;下层主要实现各微电网内部各可控分布式电源的优化管理。分布式求解中各微网仅需与相邻微电网传递期望交换功率信息,降低通信需求与负担,且保护各微电网隐私。算例验证了所提方法的收敛性与可行性。

    2018年06期 v.42;No.415 1718-1727页 [查看摘要][在线阅读][下载 362K]
  • 冷热电联供型多微网主动配电系统日前优化经济调度

    徐青山;李淋;盛业宏;霍现旭;赵宝国;

    多个冷热电联供型系统以微网群的形式接入主动配电网,微网和配网作为不同的利益主体在电力市场环境下的利益博弈,给传统的经济调度带来巨大挑战。在分析冷热电联供型微网中设备组成、能量流动关系的基础上,对各设备进行独立建模,并针对冷热电联供型微网中的负荷类型建立能量平衡约束条件。冷热电联供型多微网和主动配电网作为两个不同的利益主体,采用分布式建模方法,建立不同的经济优化目标,联络线电功率作为两者的耦合变量,等效为虚拟负荷和虚拟电源实现冷热电联供型多微网主动配电系统优化模型的并行求解。天津中新生态城的算例表明冷热电联供型多微网主动配电系统优化经济调度是有效的,能够实现两个利益主体的经济最优。

    2018年06期 v.42;No.415 1726-1735页 [查看摘要][在线阅读][下载 1034K]
  • 含热泵和储能的冷热电联供型微网经济运行

    杨志鹏;张峰;梁军;韩学山;徐震;

    冷热电联供型(combined cooling,heating and power,CCHP)微网能够实现多能源间优势互补和统一协调运行,是一种新型、高效的供能方式。为了分析热泵和储能装置的经济节能作用,在分时电价及微网并网运行的条件下,以调度周期内系统总运行成本最小为目标函数,建立了一个包含风机、光伏、燃料电池、CCHP系统、地源热泵及储能装置在内的微网运行优化模型,采用混合整数规划法对模型求解,并与常见的CCHP型微网优化调度模型对比分析。仿真算例表明:热泵和储能装置可以改变系统中冷、热、电的耦合关系,增强系统的灵活调节能力,具有显著的经济效益。

    2018年06期 v.42;No.415 1735-1743页 [查看摘要][在线阅读][下载 449K]
  • 基于脆弱度分层的微电网分级优化动态重构

    李咸善;鲁伦;徐浩;张晋维;方婧;陈铁;范雨萌;易茗;

    根据微电网的特点,提出将微电网功率可调节裕度指标引入到微电网综合脆弱度指标之中,建立了更为完善的微电网脆弱度指标体系,使其更能反映当前微电网的稳定状态;并将微电网重构须遵循的组网规则以组网约束的形式引入到动态重构的约束条件之中,使得重构后的微电网更具有可运行性;针对孤岛运行的微电网,提出了基于脆弱度分层的微电网分级优化动态重构策略。根据当前微电网脆弱度大小所反映的微电网安全稳定状态的轻重缓急,将微电网重构按照经济性重构、稳定经济性重构和紧急稳定性重构分为三个层次,每层侧重于不同的优化目标,有利于确保系统安全性的基础上提高系统运行的经济性;为提高重构的实时性,提出了基于约束条件分级的优化方法,并应用到每一层重构的优化过程之中,先行处理不涉及潮流计算的约束判断,使得只有满足先行级约束的方案进入后续级优化,可大大减少计算量。算例结果验证了所提方法的有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1743-1751页 [查看摘要][在线阅读][下载 388K]

国家重点研发计划

  • 柔性直流输电网线路保护配置方案

    董新洲;汤兰西;施慎行;邱宇峰;孔明;庞辉;

    受限于直流断路器开断能力,柔性直流电网的线路保护需要具有极快的动作速度。提出了柔性直流电网线路保护配置方案:主保护采用单端量保护原理以满足动作速度的要求,同时需要采取适当的解耦措施和故障选极方法,以及雷击、噪声等干扰的识别方法,以保证保护的可靠性;后备保护采用灵敏性较高的双端纵联保护原理,包括行波差动保护和基于无功能量的方向保护,在时序上与主保护配合,同时在直流侧故障时要能够先于交流侧保护动作。比较分析了柔直电网线路保护和传统直流线路保护、交流线路保护配置方案的异同,对于我国在建的柔直电网具有重要参考价值。

    2018年06期 v.42;No.415 1752-1759页 [查看摘要][在线阅读][下载 338K]
  • 输电网规划模型中失负荷概率约束的嵌入及转化方法研究

    徐谦;方卜珣;兰洲;程浩忠;刘佳;

    风电大规模并网使得输电网网架规划所考虑的不确定性利益日益增加,灵活性规划难度加大。传统的规划后校验方法难以精确地量化不确定性指标,易造成规划方案的线路冗余,增加投资成本。针对风电出力的随机性,构建并分析了嵌入先校验失负荷概率(loss of load probability,LOLP)约束的网架规划模型,在对模型凸松弛的基础上,应用超分位数理论对LOLP约束实现确定性转化,随后对原问题和松弛后的问题迭代求解来减少估计误差。最后,以IEEE 30和IEEE 118节点系统验证了所提模型和算法的有效性,并分析了所提模型计算成本及风电场景选取对规划方案的影响。

    2018年06期 v.42;No.415 1760-1768页 [查看摘要][在线阅读][下载 550K]
  • 基于多维变量筛选-非参数组合回归的长期负荷概率预测模型

    彭虹桥;顾洁;宋柄兵;马睿;时亚军;

    长期负荷预测是电网规划及电力市场中长期交易的基础。针对长期负荷受多维因素驱动、不确定性强的特点,提出了非参数组合回归的长期负荷概率预测模型。通过Granger因果分析对驱动负荷长期发展的多维变量进行初步筛选;为提高预测精度,基于逐步平均组合将筛选后的变量集进行非参数组合回归建模,在实现最优组合模型的同时综合各变量对长期负荷的动态驱动;基于随机变化率对最优组合模型包含的多维变量进行不确定性建模,并应用于长期负荷概率预测,获得长期负荷10%、50%、90%分位点值。算例分析结果表明,非参数组合回归模型不仅精度较高,且结合多维变量不确定性建模能实现长期负荷概率预测。

    2018年06期 v.42;No.415 1768-1777页 [查看摘要][在线阅读][下载 529K]
  • 基于改进标签传播算法的电力系统并行恢复分区方法

    和敬涵;李长城;张沛;王小君;冯丽;

    制定合理有效的分区方案是并行恢复的首要任务。由于电网运行的潮流分布能够反映系统内节点之间联系的紧密程度,为了达到更有效的分区目的,结合复杂网络社区发现理论和潮流信息,提出一种基于改进标签传播算法的电网并行恢复分区方法。首先给黑启动电源分配不同的子区标签,再根据停电前支路潮流信息构建电网节点的标签传播矩阵。反复将节点标签的信息在电网中传播,直至各节点标签信息不再发生变化,则具有相同标签的节点被划分到同一个子区。针对传统标签传播算法可能出现的标签振荡现象,提出了同时考虑邻接节点标签和自身历史标签的节点标签影响策略。通过IEEE 39节点系统的仿真表明,所提方法得到的分区结果在区间功率交换、最大子区规模和模块度方面效果显著。最后利用某省级电网的实际数据进行仿真分析,验证了所提方法用于实际系统的有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1776-1782页 [查看摘要][在线阅读][下载 422K]
  • 风电爬坡事件研究综述及展望

    张东英;代悦;张旭;张婧;汪志成;薛磊;

    风电爬坡事件易造成系统有功功率不平衡,破坏频率稳定性,甚至引起大规模切负荷,严重威胁着电网的安全稳定经济运行。从定义、预测方法和控制策略3个方面对风电爬坡事件的相关研究进展进行了综述。首先对比分析了爬坡事件的常用定义,明确了其优缺点和适用范围;其次,归纳了爬坡预测方法的研究现状,根据是否由风电功率预测结果判断划分为直接预测方法和间接预测方法两类,总结了常用预测方法评价指标;然后阐述了无储能的有限度爬坡控制策略的基本思想、控制方法和风储联合爬坡控制策略的原理以及研究进展;最后展望了风电爬坡事件未来的重点研究方向。

    2018年06期 v.42;No.415 1783-1792页 [查看摘要][在线阅读][下载 362K]
  • 风电参与电力系统调频技术研究的回顾与展望

    张旭;陈云龙;岳帅;查效兵;张东英;薛磊;

    风电参与电力系统调频可增强系统频率稳定性,减小系统同步机的有功备用容量,提高系统的风电接纳能力。从风电机组、风场、系统3个层面回顾了近十几年来有关风电参与系统调频的研究状况。在风电机组层面介绍了目前的风电机型及其并网对系统频率的影响,阐述了目前存在的风电机组调频控制策略的基本原理和特性。在风场层面概述了目前风场内部风电机组之间和风电机组与变流器之间有功协调控制的调频策略。在系统层面叙述了风、水、火、荷等之间协调控制参与系统调频的研究现状。对今后风电调频研究方向进行了展望,即风电机组-场-群一体化控制和源-网-荷的综合协调控制将成为风电参与系统调频研究的重点和热点。

    2018年06期 v.42;No.415 1793-1803页 [查看摘要][在线阅读][下载 530K]
  • 次同步扰动下的双馈风机系统多频率响应分析

    薛安成;吴雨;王子哲;李景一;毕天姝;

    基于传递函数的思想分析了次同步扰动下双馈风机系统的多频率响应。首先,基于次同步扰动信号的响应路径,将双馈风机系统分为受控异步机系统和网侧换流器系统。其次,基于次同步扰动信号在受控异步机系统内各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了受控异步机系统各环节的频率响应,获得了异步机转子和定子的多频率响应。再次,基于次同步扰动信号在网侧换流器系统各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了网侧换流器系统各主要环节的频率响应,获得了网侧换流器注入系统的各频率响应。由此,获得了双馈风机系统整体在并网点输出的电流多频率响应,揭示了次同步扰动下,双馈风机并入系统的多频率特性。最后,基于仿真验证了上述理论分析的正确性。

    2018年06期 v.42;No.415 1804-1810页 [查看摘要][在线阅读][下载 308K]
  • 基于电力需求响应的多时间尺度家庭能量管理优化策略

    张禹森;孔祥玉;孙博伟;王继东;

    在智能用电的背景下,电力用户与电网的互动更加频繁,用户在考虑自身经济调度的同时,可通过参与电力需求响应获取额外收益。首先建立了包含最大功率约束与需求响应事件约束的激励型需求响应模型及含光储设备的家庭用电模型;然后建立了基于模型预测控制的多时间尺度家庭能量管理模型,提出了以用户净支出与购电功率波动最小为目标的日内家庭用电双层优化策略及实时用电调整策略。通过改变蓄电池充放电功率应对实时运行过程中不可调整负荷及光伏出力的波动,保证用户购电功率满足需求响应要求。最后以某典型家庭负荷配置为例,通过对比不同场景下的优化结果,验证了策略的有效性,并分析了需求响应机制对用户的影响。

    2018年06期 v.42;No.415 1811-1819页 [查看摘要][在线阅读][下载 452K]
  • 基于动态自适应粒子群算法的非侵入式家居负荷分解方法

    孙毅;张璐;赵洪磊;刘耀先;李彬;李德智;崔高颖;

    非侵入式负荷监测可以在保证用户隐私的前提下深入分析用户独立负荷的用电信息,是智能用电技术体系的关键内容。为提高负荷辨识的准确性,提出一种基于动态自适应粒子群算法(dynamic adaptive particle swarm optimization,DAPSO)的非侵入式负荷分解方法。在传统功率特征的基础上,将总谐波失真系数(total harmonic distortion,kTHD)作为负荷新特征引入目标函数,采用DAPSO算法对实测用电数据进行负荷分解。仿真结果表明,在不同噪声背景下,DAPSO算法的负荷辨识率和收敛速度均得到一定提高,从而验证了DAPSO算法对家居负荷分解具有更优的可靠性和鲁棒性。

    2018年06期 v.42;No.415 1819-1826页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K]
  • 基于双自由度控制的直流微网中多DG负极接地故障环流抑制

    张勇;夏杨红;朱洁;赵贺;于淼;韦巍;

    直流微网中的分布式发电单元(DG)将可再生能源转化为电能,并通过并联H桥DC/DC变流器将电能输送到直流母线,能够有效地解决能源危机和环境污染问题。但由于很多DG安装在室外,线路易于老化使绝缘变差,特别在雷雨天气时,DG侧容易发生接地故障,导致某些变流器内部流过很大的共地环流,这会触动变流器过流保护装置从而影响系统稳定性。针对直流微网中多DG负极接地故障造成的共地环流问题,利用双自由度控制策略对共地环流进行抑制,从而有效地提高系统的故障穿越能力,并且系统在正常运行和故障情况下无需控制策略切换,从而不影响经济成本。首先论证传统双极性调制方法不能抑制所述共地环流,然后提出双自由度控制策略,即通过共模控制来抑制共地环流,并且通过下垂控制来提高各变流器均流精度,同时施加惯性环节抑制电压跌落,最后通过仿真和实验结果表明各种工况下所提控制方法的优越性。

    2018年06期 v.42;No.415 1827-1836页 [查看摘要][在线阅读][下载 1143K]
  • SF_6混合气体及替代气体研究进展

    颜湘莲;高克利;郑宇;李志兵;王浩;何洁;刘焱;

    SF_6气体性能优异,广泛用于电气设备中,但其温室效应严重,被列为国际上限制使用的气体之一。国内外研究人员寻求替代SF_6的环保气体,对SF_6混合气体及替代气体开展了大量研究,取得了较大的研究进展。分析了SF_6混合气体的绝缘、灭弧和理化特性及其分层分布特性,提出了混合气体检测、充气和回收等关键技术方案,表明SF_6混合气体具有推广应用价值。针对不含SF_6的替代气体,总结了CO_2、N_2和干燥空气等常规气体的特性及应用,探讨了新环保气体CF_3I、c-C_4F_8、C_5F_(10)O和C4F7N的研究现状及存在的问题,综述了新环保气体设计取得的进展,同时指出了环保绝缘气体设备面临的技术问题。最后,给出了环保气体未来的研究方向,包括推广SF_6混合气体设备,研制采用C5F_(10)O或C_4F_7N的更高电压等级电气设备,及采用理论化学计算方法设计性能优异的SF_6替代气体等,以期推动SF_6替代技术快速发展。

    2018年06期 v.42;No.415 1837-1844页 [查看摘要][在线阅读][下载 592K]

高比例可再生能源并网

  • 面向长期调频的风机非线性下垂控制设计

    姚亚鑫;刘锋;刘璋玮;梅生伟;

    传统变速风机虚拟惯量控制是针对单个频率大扰动事件设计的,其惯量模拟和转速恢复是分离的两个阶段,根据一定逻辑进行切换。该设计难以满足系统长期持续调频的需求。为此,根据风机转速恢复特性,分析了面向长期调频的风机频率下垂系数曲线的设计需求,进而提出了基于Butterworth函数的风机非线性下垂控制策略。该策略可实现风机调频控制过程中的转速自恢复,避免了复杂的逻辑切换过程。通过分析两区域系统的特征值发现,合理设计的非线性下垂控制能增强系统的小干扰稳定性。仿真结果显示,非线性下垂控制与传统虚拟惯量控制相比,能减小风机转速波动,并有效避免因风机转速恢复过快导致的系统频率二次跌落问题。仿真同时表明,在非线性下垂控制下,风电场可为系统提供与等容量同步机相当甚至更优的频率支撑作用。

    2018年06期 v.42;No.415 1845-1852页 [查看摘要][在线阅读][下载 400K]
  • 柴油发电机辅助的风电场黑启动过程及频率控制

    李新军;杨超;顾雪平;吴琛;张丹;刘旭斐;

    当传统黑启动电源相对匮乏的局域电网发生大停电后,以风电场作为黑启动电源将有效加快系统恢复进程。以此为背景,提出一种为风电场配备小容量柴油发电机作为支撑电源来实现风电场黑启动的方法,并制定了风电场恢复附近火电机组的黑启动策略。通过分析风电场的有效出力和火电机组辅机容量,确定了风机启动台数及相应的柴油发电机容量,提出了风电场作为黑启动电源的支撑技术。同时,为改善风-柴系统频率调节能力,研究了黑启动时风机的调频控制策略,包括双馈风机的虚拟惯性控制、变桨一次调频和二次调频策略。最后,通过PSCAD/EMTDC软件对实际算例进行仿真,验证了所提方案的合理性和有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1853-1860页 [查看摘要][在线阅读][下载 546K]
  • 风电和光伏随机场景生成的条件变分自动编码器方法

    王守相;陈海文;李小平;舒欣;

    随着风电、光伏等可再生能源渗透率的不断提高,其运行波动性及随机性对电网稳定运行、经济调度等方面带来不良影响,对可再生能源的不确定性进行建模愈加重要。随机场景分析法是解决该问题的主要方法之一,现有随机场景生成方法基于历史数据对风电、光伏出力进行概率建模,进而进行抽样生成场景,模型准确性差、计算复杂度高。为简化随机场景生成步骤,提高生成效率及精度,提出了一种基于条件变分自动编码器(variational autoencoder,VAE)的风电光伏出力随机场景生成方法,较已有概率方法,所提方法可无监督地学习风电、光伏训练数据的时间、空间及波动性特点,并按条件高效地生成符合观测特点的数据,无需场景约简。通过在单一发电单元、多发电单元、指定标签场景3个场景的成功应用,验证了所提算法的有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1860-1869页 [查看摘要][在线阅读][下载 2140K]
  • 高渗透联网风电集群有功分层递阶控制策略

    仲悟之;李梓锋;肖洋;贾俊川;徐式蕴;刘燕嘉;崔杨;

    风电随机性、难预测性以及低可控性,导致大型风电基地各风场之间及风场内部无法有效执行调度指令。为保证电网安全稳定运行,通常会限制风电出力,进而导致弃风限电的问题。结合分层递阶思想,提出一种适用于多个接入点的风电场群有功控制策略。该策略在已有调度指令的基础上,通过协调各风电场间及风电场内部各机组的有功出力值,进而形成场群层、子场层的相应协调调度方法,并以改进后的遗传算法对模型进行求解。通过IEEE 30节点系统、基于东北某风电基地实际运行数据进行仿真分析的结果表明,提出的分层递阶控制策略在降低系统网损、提升调度精度的同时,大幅提升了风电消纳能力。

    2018年06期 v.42;No.415 1868-1875页 [查看摘要][在线阅读][下载 457K]
  • 风电全消纳下的配电网储能可调鲁棒优化配置

    朱嘉远;刘洋;许立雄;蒋卓臻;林潇;

    随着现代电力系统中分布式风电的渗透率不断提高,其出力的不确定性和波动性对电网规划运行的影响愈发显著。侧重于对配电网中储能系统进行优化配置以应对分布式风电的不确定性,提出了综合考虑网损成本、储能投资运行成本以及主网购电成本的可调鲁棒规划模型,最终获得满足风电功率全部消纳要求且总成本最少的储能布点以及容量配置方案。在规划求解过程中,引入二阶锥松弛技术对原模型进行凸化松弛,使非凸非线性优化问题转化成为可有效求解的二阶锥优化问题,并通过对凸锥模型进行拉格朗日对偶将原双层规划问题转化成为含双线性项的单层规划问题。由于鲁棒调整参数的引入,整个模型在提高规划结果鲁棒性的同时,防止规划结果过于保守。最后通过算例证明了所提出模型的有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1875-1883页 [查看摘要][在线阅读][下载 385K]
  • 考虑机组组合的梯级水电站短期调峰MILP模型

    苏承国;王沛霖;武新宇;程春田;王嘉阳;

    为缓解日益增大的电网调峰压力和满足愈发复杂的水电并网和调度需求,构建了一种能够考虑机组状态的梯级水电站短期调峰模型。该模型以机组为基本调度单元,以电网剩余负荷最大值最小为目标,综合考虑了水库运行约束、电网安全约束、机组运行限制和不同水头对机组发电效率的影响,实现了精细化调度。针对模型中的调峰目标函数、机组发电水头、机组运行组合振动区以及机组动力特性曲线等非线性因素,提出了相应的线性化处理策略,将原模型转换为标准混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)模型,然后使用商业优化软件包LINGO对模型进行求解。以乌江干流梯级水电站为研究对象的计算实例表明,该模型具有较高的求解精度和计算效率,调峰效果十分显著。

    2018年06期 v.42;No.415 1883-1891页 [查看摘要][在线阅读][下载 414K]
  • 考虑水轮机水锤效应的电网频率变化的解析方法

    饶成骄;郭成;马宁宁;张晨曦;王德林;

    当水轮机容量比重较高的电网中发生较大的负荷扰动时,水锤效应的存在使得电网中有功功率缺额进一步扩大,导致系统频率偏移量恶化,威胁电网的安全稳定运行。考虑系统详细模型的全时域仿真计算量大,仿真速度慢,不利于对大型电网进行频率动态分析。为了快速分析水锤效应对电网频率动态的影响,文章基于水轮机调速器的延时模型,合理地简化了水轮机-调速器系统,将水轮机导水叶开度动作过程近似为斜坡,并推导了计及旋转备用及水锤效应的电网频率响应解析解,进一步分析了水锤效应对电网频率的影响。仿真结果表明,文中推导的电网频率响应简化解析模型能够准确反映出电网频率严重下跌段以及稳态的频率特性,适用于快速分析水锤效应对电网频率动态响应的影响。

    2018年06期 v.42;No.415 1892-1898页 [查看摘要][在线阅读][下载 456K]

电力系统

  • 基于两级需求响应的并网微电网双层优化调度

    米阳;李战强;吴彦伟;刘红业;宋根新;苏向敬;

    为提高清洁能源利用率、改善可控微源出力的平稳性,提出包含微网层和需求响应层的微网系统双层调度优化模型。需求响应层采用源荷互动方式对负荷曲线进行优化,微网层基于实时电价最小化综合运行成本。需求侧优化分为两级,第1级依据清洁能源预测出力和需求侧预测负荷同时对清洁能源出力和需求侧负荷的时序进行调整,使两者具有相似的变化趋势。第2级则以调度部门拟定的期望供给曲线对需求侧负荷进一步调整,以提高可控微源出力的平稳性。最后,运用基于模拟退火的改进遗传算法对模型进行求解验证。

    2018年06期 v.42;No.415 1899-1906页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
  • 考虑负荷预测误差不确定性的配电网中压线路差异化规划方法研究

    杨楠;黎索亚;李宏圣;袁景颜;鄢晶;王璇;叶迪;

    将地区差异化划分的思想融入到配网规划之中,充分考虑负荷预测误差的不确定性分布,提出了一种针对低负荷密度地区配电网中压线路选型的差异化不确定性规划方法。在负荷预测误差概率特性模型的基础上,构建基于机会约束理论的中压线路规划数学模型。针对模型中的置信水平取值问题,先通过基于层次分析法和离差最大化方法的综合赋权法,对待规划地区配电网的抗风险能力进行差异化划分和评估,然后据此对不同地区选取相应的置信水平。相比于传统规划方法,所提出的规划方法不仅可以实现风险和成本的统筹协调,还充分考虑了低负荷密度区域不同村镇配电网的抗风险能力的差异化特征,从而有效提升配电网规划的精细化水平。

    2018年06期 v.42;No.415 1907-1919页 [查看摘要][在线阅读][下载 676K]
  • 机组引发低频振荡的传播特性分析及定位研究

    伍双喜;徐衍会;张莎;吴国炳;杨银国;钱峰;刘俊磊;

    发电机组引发的低频振荡在电网中频繁发生,针对均匀链式系统,推导了机组引发的低频功率振荡在电网中的传播特性。振荡源所在机组的功率波动相位最超前,距离振荡源电气距离越远机组功率波动相位越滞后。在此基础上,提出应用广域测量系统(WAMS)的实测数据分析发电机电磁功率波动的相位关系来进行低频振荡源的快速准确定位。时域仿真和电网实测数据分析结果,验证了低频振荡传播特性分析的正确性以及低频振荡源定位方法的可行性。

    2018年06期 v.42;No.415 1917-1921页 [查看摘要][在线阅读][下载 549K]
  • 导入静态转子和虚拟调节阀的虚拟同步电机控制策略

    李吉祥;赵晋斌;李芬;屈克庆;

    虚拟同步电机(virtual synchronous generator,VSG)通过配置储能单元提供功率补偿稳定系统频率和一次调频,但单一形式的储能无法解决功率密度和能量密度的矛盾。分析了同步电机暂态响应过程,分解出不同动态响应特性的转子惯性功率和调节阀功率。通过对比不同储能类型的运行特性,理论分析了引入混合形式储能的可行性。提出在虚拟同步电机结构中引入铅酸蓄电池和超级电容,通过反馈不同的参考量使得不同特性的静态储能模拟旋转转子和机械调节阀,从而分别实现了不同的功率配置。最后,在Matlab/Simulink中搭建相关仿真模型,验证所提想法的有效性。

    2018年06期 v.42;No.415 1922-1928页 [查看摘要][在线阅读][下载 717K]
  • LCL型有源滤波器电流指令补偿方法

    聂程;雷万钧;王跃;尹诗媛;曹穆;

    虚拟电阻技术广泛的应用于变流器的控制中,可以有效抑制LCL型变流器输出电流的放大。现有的虚拟电阻阻尼技术主要是针对变流器只需要控制输出电流基波成分的应用场合。变流器输出的谐波电流会受到虚拟电阻阻尼控制的影响。当变流器用于补偿负载谐波电流时,其输出的谐波电流成分难以得到有效的控制,使得负载谐波电流的补偿效果变差。首先建立了虚拟电阻阻尼控制下变流器的模型,通过与二阶低通滤波器模型的近似关系,得到虚拟电阻的优化取值。随后,基于变流器的二阶低通滤波模型,通过对指令电流进行预调制,保证输出谐波电流的控制效果。最后,仿真和实验结果证明了建模及指令电流补偿方法的有效性,实现了对有源滤波器滤波性能的改善。

    2018年06期 v.42;No.415 1929-1935页 [查看摘要][在线阅读][下载 734K]
  • 有源调谐型混合滤波器直流侧电压的研究

    申明;张晓斌;

    有源调谐型混合滤波器(active tuned hybrid power filter,ATHPF)是一种新型的混合电力滤波器,其直流侧电压值的大小与波动将直接影响ATHPF补偿性能。该文讨论了ATHPF的工作原理和功率交换过程,从理论层面分析直流侧电压波动的原因和特性,并提出能够大幅降低直流侧电压值的选取方法。结果发现由于ATHPF中无源滤波器对基波呈现高阻抗,所以很难采用自励方式对直流侧电压进行稳定控制,因此采用他励式ATHPF结构,应用比例谐振控制对电压波动进行抑制,搭建他励式ATHPF仿真模型与实验系统。仿真和实验结果说明,直流侧电压值在大幅降低后仍保证了ATHPF补偿性能,验证了理论分析和电压选取方法的正确性及控制策略的有效性,为ATHPF的工程应用提供设计参考依据。

    2018年06期 v.42;No.415 1936-1944页 [查看摘要][在线阅读][下载 640K]
  • 直流固态变压器新型均衡解耦控制策略

    付超;孙贺;张建成;孙玉巍;

    直流固态变压器(DC solid state transformer,DCSST)由双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)变换器以输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)的方式组合而成,其运行时不仅要控制输出端电压稳定,还需控制各DAB子单元输入电压均衡,并且均压控制与输出电压控制需实现解耦。基于DCSST小信号模型的传统均衡解耦控制方法在输入电压受不均衡扰动较大的情况下会产生解耦误差,影响输出电压控制。针对该问题,文章深入分析了以往均衡控制策略产生解耦误差的原因,由此提出一种新型均衡解耦控制策略。通过定义虚拟控制量实现DCSST模型的完全线性化,进而通过令均压控制量之和为零以及对输出电压控制量进行补偿,消除了耦合影响。仿真与实验结果表明,所提控制方法在DCSST承受较大程度输入电压不均衡扰动时,能够较好地消除输入均压控制对输出电压的耦合影响,其解耦效果明显优于传统控制方法。

    2018年06期 v.42;No.415 1945-1953页 [查看摘要][在线阅读][下载 490K]
  • 基于偏度系数的变压器励磁涌流识别方法

    胡松;江亚群;黄纯;

    分析励磁涌流与区内故障电流波形特征差异及采样值概率分布差异,提出一种基于变压器差动电流偏度系数的励磁涌流识别方法。正弦特性的区内故障电流偏度为负且保持不变,取绝对值后的全工频周期偏度与半工频周期偏度相等;励磁涌流的全周期偏度为正,且与半周期偏度系数存在较大差值。计算1个工频周期及半个工频周期内差动电流采样值的偏度系数,可快速识别励磁涌流。所提方法原理简单,计算量小,能准确、有效地识别励磁涌流,且抗噪和抗干扰能力强。仿真分析结果验证了该方法的可行性和优越性。

    2018年06期 v.42;No.415 1954-1959页 [查看摘要][在线阅读][下载 348K]
  • 断路器均压电容对空载变压器选相关合的影响

    方春恩;陈川江;李伟;李煜昊;肖杨;张彼德;

    选相关合是一种抑制空载变压器励磁涌流的有效措施,剩磁测量是实现空载变压器选相关合的关键,主要研究了断路器均压电容对空载变压器选相关合的影响。首先,通过理论分析发现,使用装设均压电容的断路器切除变压器后,变压器铁心剩磁为周期性的动态值,而不是通常认为的稳定值;其次,对断路器均压电容对变压器铁心剩磁的影响进行了仿真分析和实验研究,仿真和实验结果表明:剩磁水平随均压电容的增大而降低。最后,提出以动态剩磁整周期内的平均值作为剩磁水平,来确定最佳合闸相位进行选相关合的策略,仿真和实验结果验证了其有效性。研究结果对于空载变压器的选相关合具有一定的指导意义。

    2018年06期 v.42;No.415 1960-1966页 [查看摘要][在线阅读][下载 765K]
  • 基于小样本性能数据的电气设备可靠性评估与预测方法研究

    周凯;丁坚勇;田世明;卜凡鹏;朱天曈;

    提出了基于电气设备小样本性能数据的可靠性评估与预测模型。首先采用改进的Bootstrap法对小样本性能数据进行扩容,并进一步分析了设备性能变化的分布函数。在此基础上提出了设备性能可靠性的概念,并由此计算出设备在不同时刻下的可靠性。然后基于形态相似距离对上述可靠性值进行了曲线拟合,最后基于曲线预测值与预测误差对设备的可靠性进行预测估计。该方法不仅在数据扩容上优势明显,而且还能抑制"野值点"对拟合结果的影响。算例分析结果说明了所提方法在小样本数据条件下进行可靠性评估与预测的有效性与实用性。

    2018年06期 v.42;No.415 1967-1974页 [查看摘要][在线阅读][下载 335K]
  • 基于复杂网络的电力通信网扩容保护策略

    李彬;张洁;陈宋宋;朱朝阳;景栋盛;祁兵;

    随着信息通信技术的飞速发展,电力通信网承载的业务种类越来越多,亟需对电力通信网扩容,同时改善网络脆弱性,保证电力通信网在遭遇故障后的连通性。基于复杂网络理论,通过分析BA模型存在的缺陷,提出改进的低路径低聚加边(low distance_cluster addition,LD_CA)策略。基于太仓市电力通信网络的实际建设情况,采取不同的加边策略对网络扩容,针对电力通信网扩容后的平均路径长度和聚类系数指标,分析不同加边策略的优劣,在此基础上,得出电力通信网的聚类系数与网络脆弱性的关系,并分析3种策略下,电力通信网遭遇随机节点失效和对网络特定区域攻击后网络的连通性。仿真结果表明,LD_CA策略在提高电力通信网性能,即缩短电力通信网平均路径长度减小聚类系数并提高网络容量,以及改善网络脆弱性方面,明显优于其他加边策略。

    2018年06期 v.42;No.415 1974-1980页 [查看摘要][在线阅读][下载 370K]

高电压技术

  • 特高压交流开关型可控避雷器的参数选择和样机研制

    陈秀娟;陈维江;时卫东;贺子鸣;宋继军;余辉;韩彬;姚涛;赵大翠;谭盛武;李志兵;

    鉴于特高压交流输电系统深度降低操作过电压的迫切需求,及目前操作过电压常规限制措施——断路器加装合闸电阻和常规避雷器在经济性和运行可靠性方面存在的不足,提出一种自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法。该方法的核心内容是将在变电站线路侧安装可控避雷器和在线路中部安装常规避雷器结合起来,深度降低操作过电压,取消断路器合闸电阻。可控避雷器技术是操作过电压柔性限制方法的核心,目前主要聚焦于特高压交流开关型可控避雷器技术研究。阐述了开关型可控避雷器技术的工作原理;给出特高压交流开关型可控避雷器的参数选择,包括额定电压、可控比、避雷器本体参数和控制单元(包括控制开关和控制器)参数等;研制出避雷器本体、控制单元和控制器;在此基础上,经过整体集成,研制出可控比为15%的特高压交流开关型可控避雷器样机。并对样机开展了电气性能试验研究,充分验证了开关型可控避雷器的可行性和可靠性。可控避雷器的研制成功为特高压交流输电系统操作过电压限制提供了一种新技术,可显著提高工程的经济性和可靠性。

    2018年06期 v.42;No.415 1981-1986页 [查看摘要][在线阅读][下载 259K]
  • 特高压交流开关型可控避雷器稳态电压分布

    陈秀娟;陈维江;宋继军;赵大翠;贺子鸣;田宏伟;时卫东;

    特高压交流开关型可控避雷器在结构型式上与常规避雷器不同,可控避雷器中,避雷器受控元件与控制单元并联,稳态运行电压下,控制单元处于分闸状态,开关断口间电容和断口对地电容对避雷器受控元件、乃至避雷器本体的电压分布都会产生影响。控制单元和避雷器本体的相对位置和距离不同,影响程度不同。需要对开关型可控避雷器的稳态电压分布进行专门研究,包括理论计算和试验测试。给出开关型可控避雷器的结构;利用场-路结合法对可控避雷器的稳态电压分布进行计算;利用光纤-电流法对可控避雷器的电压分布进行试验测试;将计算结果和试验结果进行对比分析,并给出了可控避雷器稳态电压分布的影响因素。研究结果是确定特高压交流开关型可控避雷器的结构型式和样机研制的基础。

    2018年06期 v.42;No.415 1987-1991页 [查看摘要][在线阅读][下载 496K]
  • 交流斜面法试验中的泄漏电流分析与电弧辨识

    徐森;仵超;梁曦东;刘瑛岩;刘博;黄瑞平;

    复合绝缘子的伞套材料必须具备极好的耐漏电起痕与电蚀损性,以确保其长期运行的可靠性。斜面法试验是常用的耐漏电起痕与电蚀损性试验方法,泄漏电流分析是研究斜面法试验严酷性的重要手段。设计了一种新的适用于交流斜面法试验的电弧辨识算法,对4.5 k V标准交流斜面法试验中高温硫化固体硅橡胶(HTV)样品的泄漏电流进行分析。结果表明,HTV样品的电弧特征参数分布具有长尾特性;长尾特性使得电弧特征参数不能严格地服从正态或对数正态分布。根据燃弧时间的移动平均曲线,可以将HTV样品电蚀损过程定量划分为慢速电蚀损阶段和快速电蚀损阶段。在慢速电蚀损阶段,电弧特征参数基本保持稳定;进入快速电蚀损阶段时,电弧特征参数会发生阶跃式变化。

    2018年06期 v.42;No.415 1992-2000页 [查看摘要][在线阅读][下载 973K]
  • 一种10 kV配电线路防雷复合绝缘子的绝缘设计及防雷性能

    王博闻;陆佳政;方针;蒋正龙;彭永晶;胡建平;吴伟;

    提出了一种避雷器和绝缘子相结合的防雷复合绝缘子设计方案,通过搭建试验平台与仿真模型对其绝缘设计及防雷性能进行分析。绝缘性能研究表明:100 kV正极性雷电冲击电压下,随着放电球直径的增大,放电球间隙距离的下降;26 kV工频湿耐受条件下,间隙击穿电压与放电球直径的关系成"U"型曲线分布;随着支撑件长度的上升,支撑件内绝缘冲击击穿电压显著上升。基于试验结果和分析,对防雷复合绝缘子的绝缘参数进行优化设计,并开展整体性能测试,整体绝缘和机械抗弯性能符合标准要求。基于绝缘设计,通过EMTP-PSCAD和平行多导线的时域有限差分算法对防雷复合绝缘子的防雷特性进行仿真分析。分析结果表明防雷复合绝缘子防雷性能满足标准和线路运行要求。基于吸收能量等效,结合数值分析,文中设计的通过幅值65 kA波形4/10μs大电流冲击测试的防雷复合绝缘子,最大耐受直击雷为-35 kA,最大耐受感应雷(雷击于距离杆塔65 m处)为-147 kA。

    2018年06期 v.42;No.415 2001-2009页 [查看摘要][在线阅读][下载 446K]
  • 750 kV酒杯型复合横担杆塔电场仿真计算及电晕试验

    杨林;谭浩文;王加龙;彭宗仁;

    750 kV酒杯型复合横担杆塔的横担部分同时承受电气和机械荷载,其运行电压等级高,绝缘结构复杂,电位、电场分布不均匀,影响线路长期稳定运行。以750 kV酒杯型复合横担杆塔为研究对象,应用三维有限元分析方法,建立了750 kV酒杯型复合横担杆塔的三维仿真模型,计算了各相复合横担在不同方案下的电位、电场分布,设计了各相复合横担的均压屏蔽装置,优化了均压屏蔽装置的结构参数。电场计算结果表明优化后的均压屏蔽装置能使复合横担各关键位置电场强度满足控制要求,真型塔头电晕试验结果表明复合横担绝缘子及金具在1.2倍试验电压下未发现可见电晕放电,可应用于实际工程。

    2018年06期 v.42;No.415 2009-2015页 [查看摘要][在线阅读][下载 691K]
  • 1100 kV特高压气体绝缘开关套管-支架体系抗震性能加固试验研究

    何畅;谢强;杨振宇;

    气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)套管是特高压(ultra-high voltage,UHV)变电站中的重要设备。为提高某型1100 kV特高压GIS套管-支架体系的抗震性能,对该套管原有钢支架梁柱节点进行了加固,并增加了相应斜撑,对加固前后的套管-支架体系进行了振动台试验。结果表明:加固前原支架在不同地震作用下动力特性发生变化,抗震性能不满足相关规范要求。支架对套管地震响应有较大的放大作用,加固后的支架侧向刚度增强,支架顶部加速度反应谱峰值较加固前降低,且主要频率分量升高,与套管基频差异增加,套管-支架体系地震响应较加固前减小。支架对体系抗震性能有较大影响,加固后的支架能显著提高GIS套管-支架体系的抗震性能。

    2018年06期 v.42;No.415 2016-2022页 [查看摘要][在线阅读][下载 422K]
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