电网技术

含高比例可再生能源的交直流混联系统协同优化运行

  • 计及线路随机故障的机会约束最优风电消纳模型

    陈哲;张伊宁;黄刚;何宇斌;郭创新;张金江;

    在大规模风电并网的背景下,为提升电网运行的经济性与安全性,基于最优风电消纳比的概念提出一种计及输电线路随机故障的两阶段机会约束机组组合模型。一方面,采用机会约束量化风电出力的不确定性,确定最优的机组组合方式与风电消纳比;另一方面,综合考虑电网基态与故障态的运行方式,在故障发生后引入弃风、切负荷等控制措施,保证电网的稳定运行。为应对机会约束模型带来的求解难题,采用采样平均近似算法处理机会约束,并通过双线性Benders分解法将原问题分解为预测风电出力下的预测主问题和风电出力波动条件下的场景子问题,主子问题迭代求解,得到系统优化运行策略。6节点系统与IEEE RTS-79测试系统算例验证了所提模型与算法的有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 363-370页 [查看摘要][在线阅读][下载 429K]
  • 含可再生能源的电力系统两阶段核心骨干网架优化策略

    赵昱宣;韩畅;林振智;杨莉;王蕾;黄晶晶;

    可再生能源是全球能源转型和低碳发展的重要解决方案,含高比例可再生能源是未来电力系统发展的必然趋势,而高比例可再生能源电力系统的核心骨干网架直接关系到系统在灾害条件下的生存性、可靠性和可再生能源的消纳率。分析了高比例可再生能源电力系统的核心骨干网架的特征。随后结合电力网络中不同类型节点的特点,基于拓扑特性和电气参数分别构建各类节点的重要度评价指标体系,并采用熵权-理想解法评价各类节点的相对重要度。根据节点的相对重要度,构建了两阶段核心骨干网架优化模型:第一阶段模型针对重要负荷节点进行网架优化;第二阶段模型针对电源节点进行优化,最终得到包含风电场、光伏电站和常规机组的核心骨干网架。修改后的含高比例可再生能源的IEEE-118节点系统的仿真结果表明,文中策略能够较全面地评估高比例可再生能源电力系统的各类节点的相对重要度,优化得到的核心骨干网架能够保障对重要负荷的供电,且具有较高的可再生能源渗透率与利用率。

    2019年02期 v.43;No.423 371-386页 [查看摘要][在线阅读][下载 607K]
  • 考虑多重不确定性和备用互济的含风电互联电力系统分散协调调度方法

    黄瀚燕;周明;李庚银;

    针对含风电互联电力系统优化运行问题,提出考虑风电预测误差、负荷预测误差,和发电机、联络线故障多重不确定性,支持联络线备用互济决策的安全约束分散协调调度模型和方法。首先综合考虑风速预测误差和风电机组强迫停运,得到风电场出力概率模型;然后通过改进机组停运容量概率表,在考虑机组故障的基础上得到进一步考虑风电和负荷不确定性的备用需求;最后建立考虑多重不确定性和备用互济的安全约束分散协调调度模型,采用随机–鲁棒的优化框架,实现多重不确定性因素在决策过程中的处理,设计双层目标级联分析算法实现对联络线功率和备用互济的分散协调调度。通过对2区78节点和2区236节点进行算例分析,验证所提模型的有效性和互联互备模式的经济性。

    2019年02期 v.43;No.423 381-389页 [查看摘要][在线阅读][下载 699K]
  • 高比例风电系统的优化调度方法

    葛晓琳;郝广东;夏澍;符杨;

    高比例风电的接入给系统优化调度带来了严峻的挑战。为促进高比例风电的消纳,建立了综合考虑发电成本和弃风成本的鲁棒机组组合模型;同时针对风电的空间集群效应和时间平滑效应,构建了考虑风电空间和时间约束的不确定集;此外为克服模型的求解难度,提出了分层列和约束生成算法,该算法将模型分解为3层优化问题予以求解,即第1层发电成本最小化的机组组合优化层,第2层安全可行性检验层,第3层风电最大化利用层,其中第2层向第1层反馈可行性割集,而第3层向第1层反馈风电消纳的割集,通过协调优化,以确保得到既能够应对的风电随机波动又促进风电充分利用的调度方案。最后结合修改后的IEEE 39节点算例进行了仿真,结果表明:考虑风电时空约束的模型降低了鲁棒优化的保守性,同时模型中加入弃风惩罚成本后提高了调度模型对高比例风电接入的适用性,此外所提算法能够有效地提升鲁棒机组组合的求解效率。

    2019年02期 v.43;No.423 390-400页 [查看摘要][在线阅读][下载 701K]
  • 基于随机潮流和风险价值的含大规模风电系统高风险连锁故障评估

    徐迪;王洪涛;

    随着系统中风电渗透率的增加,风电出力不确定性对电力系统连锁故障演化路径的影响不可忽视。基于此,引入随机潮流和风险价值理论,构建一种高风险连锁故障事故链模型,分析含大规模风电系统连锁故障事件的风险程度。首先基于多点风电随机注入相关性的随机潮流方法,提出了前瞻故障实时概率和严重度的后续故障搜索指标,据其风险价值选取高风险故障作为下级故障。其次,为反映风电随机性对风险指标的影响,采用模糊聚类建立风电场景,计算系统失负荷损失风险指标。基于该指标可分析当前运行点处于安全运行区域还是连锁故障高风险区域,指导系统日内调度。最后以改进的IEEE 39节点系统为例,说明了所提模型和算法的合理性,并分析了风电渗透率和风电预测误差对连锁故障停电风险的影响。

    2019年02期 v.43;No.423 400-409页 [查看摘要][在线阅读][下载 471K]
  • 基于可信性理论的含直流落点系统风电与负荷协调恢复优化

    蔺呈倩;王洪涛;赵瑾;杨冬;陈彬;

    在高风电占比的交直流混联电力系统中,大停电后快速恢复负荷需要风电与常规电源、直流输电系统共同支撑,但风电的不确定性阻碍了其在恢复中应用。考虑风电与负荷的不确定性,引入风电场出力和负荷恢复量的模糊模型,基于可信性理论,建立风电与负荷协调恢复的模糊机会约束规划模型,在控制频率与备用风险水平基础上,优化风电与负荷接入效益。采用模糊机会约束的清晰等价类方法,将模糊模型转化为确定性的混合整数线性规划模型,保证了求解效率,满足在线快速决策的要求。算例表明该方法能够平衡风电、负荷与常规电源在多阶段恢复过程中的效益与安全,对风电接入具有更好的适应性。

    2019年02期 v.43;No.423 410-417页 [查看摘要][在线阅读][下载 523K]
  • 直驱风电场场网/场内振荡现象及抑制方法

    苏田宇;杜文娟;王海风;

    在直驱风电场并网电力系统闭环模型及各子系统开环模型的基础上,采用开环模式谐振理论解释了直驱风电场出现场网/场内振荡模式的机理。同时,为了抑制直驱风电场中场网/场内振荡模式,提出直驱风电场双层阻尼控制方案,即风电场层阻尼控制主要抑制场网振荡模式,风机层阻尼控制主要抑制场内振荡模式,阻尼控制参数采用全局搜索算法协调整定,共同提升直驱风电场并网系统的阻尼。最后对直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和非线性仿真分析,验证了直驱风电场双层阻尼控制方案的有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 417-428页 [查看摘要][在线阅读][下载 767K]
  • 光伏电站参与大电网一次调频的控制增益研究

    赵大伟;马进;钱敏慧;王万成;姚良忠;韩肖清;

    随着光伏发电等新能源的大规模快速发展,电力系统对其参与一次调频提出了相关要求。调频控制增益(调差系数的倒数)是一次调频控制的关键参数,目前其主要参照常规电源机组设置值和部分仿真计算结果制定,欠缺理论分析,国内外不同机构或标准提出的参数推荐值差异较大,不合适的参数可能导致频率调节不稳定。文中首先介绍了国内外有关光伏发电参与一次调频的技术要求,然后建立了光伏电站接入系统的一次调频控制分析模型,鉴于该模型含有死区和饱和等非线性环节,采用基于描述函数的非线性奈奎斯特稳定性判据分析了光伏电站接入系统前后调频控制增益的稳定范围。单机系统和两机系统算例仿真结果验证了所述分析方法和结果的正确性,该分析方法容易推广应用于风电等其它系统,分析结果可对相关标准和现场调频装置参数整定提供借鉴。

    2019年02期 v.43;No.423 425-435页 [查看摘要][在线阅读][下载 602K]
  • 含分布式电源和储能装置的配电网分散式动态最优潮流

    卢艺;戴月;马伟哲;吴新;刘明波;林舜江;

    随着大量分布式能源接入配电网,配电网的可调度性大大增强,逐渐呈现多主体特性。因此在对分布式能源进行优化调度的同时,还应保护不同主体间的隐私,这对传统的优化调度方式带来了很大的挑战。首先建立了含分布式电源和储能装置的配电网动态最优潮流模型,并借助正负旋转备用应对光伏出力的不确定性。通过对交流潮流方程进行线性近似,同时验证了在一定条件下描述储能装置运行状态的互补约束可自动满足,从而将原始的非线性规划模型转化为二次规划模型。然后将配电网、分布式电源和储能装置分别作为独立主体,将动态最优潮流模型转化为分散式优化模型。再采用辅助问题原理法求解,将分散式动态最优潮流模型的求解分解为各个独立主体的二次规划子模型的求解,既保护各个利益主体间的隐私,又能通过在各主体之间交换边界变量信息,实现各个独立主体之间的协调优化,从而实现全局最优。最后,通过对IEEE 33节点和一个实际265节点配电网进行测试,验证文中所提方法的正确性和有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 434-444页 [查看摘要][在线阅读][下载 840K]
  • 居民用户参与电网调峰激励机制及优化用电策略研究

    涂京;周明;宋旭帆;栾开宁;李庚银;

    随着居民用电占比的不断提升,以及智能电表和智能家电在居民用户中的普及,开发居民用户的需求响应潜力对提高电网灵活调节能力是非常必要的。该文以居民负荷参与电网调峰为切入点,首先建立兼顾用户用电舒适度的居民用户各类电器的负荷模型;其次,基于现有分时电价机制不足以调动居民用户参与电网调峰的积极性及可能形成新的负荷高峰的情况,从居民负荷与系统负荷的相关性出发,提出了反映居民用电对电网调峰贡献度的调峰激励机制,并进行了合理性证明;最后综合考虑用电成本、舒适度和调峰激励建立了居民用户用电优化策略。仿真分析表明,所提出的调峰激励机制能够兼顾居民用户和电网的利益,是一种对现有固定/分时电价有效补充的激励机制,能进一步减少居民用户用电成本,降低其负荷峰值,响应电网削峰填谷的需要,实现居民用户与电网的友好互动。

    2019年02期 v.43;No.423 443-453页 [查看摘要][在线阅读][下载 465K]
  • 含不同类型能源的多局域电网优化经济调度

    冯麒铭;刘继春;杨阳方;王琪;宁世超;阚力丰;

    含不同类型能源的局域电网中包括多个微网,在微网内部引入电转气P2G(powertogas)设备加强了电力和天然气网络间的耦合,减少了弃水弃光现象,但也使可再生能源在进行优化调度时发生了能源重复转换,降低了用能效率,产生能源损耗。同时,随着越来越多的微网在一定区域的聚合形成了多微网系统,其存在着微网与配网和微网间的功率交互。在此背景下,基于目标级联法,依据利益主体的不同,以生产效益最优为目标,建立了一种考虑微网内部能源重复转换,微网与配网、微网间功率交互的优化调度模型,该模型计及了对各设备出力的影响,优化得到了协调各设备的调度运行计划及系统最优运行成本。最后,在算例中对模型进行验证,结果表明所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下,降低系统运行成本,提高用能效率,实现了整个系统的能量优化管理。

    2019年02期 v.43;No.423 452-461页 [查看摘要][在线阅读][下载 532K]
  • 光伏高渗透率下配网消纳能力模拟及电压控制策略研究

    姚宏民;杜欣慧;李廷钧;贾晨;

    随着大规模分布式光伏系统并入配电网,配网渗透率不断提高。光伏出力与负荷的不平衡导致线路中出现逆向潮流,引起电压越限。采用蒙特卡洛随机法模拟配网大规模光伏接入的情景,从单渗透率和整体两方面对模拟结果全面分析以充分评估配电网的光伏消纳能力;提出利用光伏系统逆变器的控制措施缓解并网节点的电压越限问题,进而提升配电网光伏消纳能力,通过计算电压灵敏度矩阵为所有并网逆变器分配无功补偿量,辅以有功缩减改善光伏并网特性。通过Matlab搭建IEEE33节点系统,仿真结果表明所述方法的有效性和可行性。

    2019年02期 v.43;No.423 462-469页 [查看摘要][在线阅读][下载 621K]
  • 基于改进时间延迟环节的集群电动汽车参与电网调频的动态特性研究

    孙杰;赵国瑾;刘顺桂;朱正国;胡俊杰;艾欣;

    电动汽车数量的增多和其快速响应功率控制指令的优势使其在电力系统调频服务中得到广泛关注,从需求响应的角度看,考虑电动汽车参与系统调频的动态特性是增加电网弹性的有效途径之一。首先介绍了集群电动汽车参与电网调频的分层分布式控制的结构框架与市场机制;其次,基于集群电动汽车的动态响应模型,建立了基于改进时间延迟环节的集群电动汽车参与电网一、二次调频的动态模型,讨论了集群电动汽车参与电网调频的时间延迟参数设置对于调频动态特性的影响。然后,提出了计及车辆限制和用户需求个体差异性的电动汽车参与电网调频的控制策略。最后,通过3个算例进行多场景定量模拟。仿真结果表明:相比于目前已有的电动汽车参与电网调频模型中参数普遍采用平均值的方法,文中所建立的一阶时滞模型更接近实际响应情况,且能抑制频率超调。

    2019年02期 v.43;No.423 470-480页 [查看摘要][在线阅读][下载 1126K]

国家重点研发计划

  • 基于多能互补的电/热综合需求响应

    徐航;董树锋;何仲潇;施云辉;王莉;刘育权;

    工业园区中工业负荷稳定、自动化水平高,具有较大的需求响应潜力。工业用户对多能源存在需求差异,各个能源子系统存在耦合互补的关系。从工业用户角度出发,将用户对于冷、热、电多能流的需求纳入需求响应范围内,提出基于多能互补的电/热综合需求响应机制。以满足上级调峰需求为优化目标,在设备物理约束、能量平衡约束及新增需求响应约束下,采用混合整数线性规划法进行求解,最终得到电/热综合需求响应策略。算例分析表明,所提策略可进一步挖掘用户的响应潜力,并指导用户合理制定需求响应方案;相较传统需求响应策略,该策略用户侧损耗较小,响应程度更高,有利于实现电网公司与用户侧的共赢。

    2019年02期 v.43;No.423 480-489页 [查看摘要][在线阅读][下载 799K]
  • 基于可消纳域的高渗透风电并网调度容量研究

    崔杨;李梓锋;刘洋;张超;付小标;仲悟之;邱丽君;

    近年来并网风电呈现"大规模、高渗透"的特性,严重削弱了电网调度对风电功率的控制能力,常出现火电调节能力不足、风电外送受限而导致的严重弃风现象。针对此类问题,提出风电可消纳域概念,从电网调节等效负荷波动能力和网络传输能力2方面对其进行分析。在此基础上结合风电功率波动特性分析,建立了基于可消纳域的风电最优并网功率模型,以火电机组发电成本、火电机组调节裕度和传输通道剩余空间为目标函数,确定当前网架结构下的风电最优并网功率,并对风电出力能力进行分析,进而确定风电调度容量。应用CPLEX软件对模型进行求解,算例系统取东北某区域电网,通过定义风电调度评价指标,与常规调度方案进行对比,并对风电可消纳域的利用率进行评价,验证了文中所提协调调度方案的可行性与有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 488-494页 [查看摘要][在线阅读][下载 376K]
  • 电动汽车参与电网二次调频建模与控制策略

    李家壮;艾欣;胡俊杰;

    风电等分布式电源大规模接入电网,使得电网的频率控制问题变得日益复杂。大量且分散的电动汽车通过集中式控制聚合在一起,具有提供频率调节服务的能力,为解决这一问题提供了新的途径。根据电动汽车的快速响应特性和能量受到约束的特点,通过巴特沃斯滤波器将调频信号分解,将其中的高频分量分配于电动汽车承担,同时电动汽车根据电池荷电状态按比例分配调节功率。通过单区域系统调频模型仿真,验证了策略的有效性,表明该策略能够发挥电动汽车的快速响应特点,对抑制频率偏差有显著作用。

    2019年02期 v.43;No.423 495-503页 [查看摘要][在线阅读][下载 663K]
  • 基于改进型直流潮流算法的主动配电网分布式电源规划模型及其线性化方法

    范志成;朱俊澎;袁越;吴涵;

    以分布式电源(distributed generation,DG)运营商净收益最大为优化目标,建立多场景多时段耦合的主动配电网分布式电源规划模型。首先针对传统分布式电源规划求解方法的不足,提出一种计及电压和无功功率的改进型直流潮流模型,实现支路潮流方程中电压幅值与相角的解耦,并基于此建立了考虑储能系统和多种主动管理(activemanagement,AM)措施协调优化的分布式电源规划模型。其次,在保证模型精度和系统运行物理意义的前提下,引入网损因子法、圆形约束线性化法、McCormick凸包络线法、辅助变量等方法,将原始模型转换为混合整数线性优化模型。最后,提出了一种基于热启动(warm start)的迭代求解流程以保证模型精度。以江苏省某市经济开发区的15节点系统为测试算例,调用GAMS-MOSEK求解器对规划模型进行求解,验证了模型及算法的有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 504-513页 [查看摘要][在线阅读][下载 596K]
  • 一种有功备用式光伏虚拟同步控制策略

    张海峥;张兴;李明;张行;管玮琦;赵为;

    传统光伏逆变器多以最大功率跟踪方式运行,不能进行有功调频和实现有功功率灵活可控。此外,以传统光伏逆变器改造的光伏虚拟同步发电机(photovoltaicvirtual synchronous generator,PV-VSG)多配备储能电池,但储能电池成本昂贵,逆变器改造成本较大,针对上述问题,提出一种有功备用式光伏虚拟同步发电机控制策略,使传统光伏逆变器在不增加储能、不改造电路的情况下,具有调频调压功能,并实现了有功备用及有功功率的灵活可控。针对以往研究的不足,首先研究了PV-VSG有功备用的运行机制,并提出一种有功备用式PV-VSG控制策略,并对其进行数学建模。然后对光伏发电系统的稳定运行区域进行研究,提出最低电压限制方法,最后仿真验证了文中所提控制策略的可行性。仿真结果表明:该控制策略使传统光伏逆变器在无储能的情况下通过有功备用方式实现虚拟同步功能,并能稳定运行于光伏曲线右半平面。

    2019年02期 v.43;No.423 514-520页 [查看摘要][在线阅读][下载 501K]
  • 微电网经济型二次频率和电压控制的多目标优化模型及仿真验证

    刘澧庆;吴宁;张焕亨;吴亮;刘明波;唐翀;

    在孤岛运行的微电网中,新能源出力具有不确定性,负荷变化速度快,致使基于预测的日前调度与实际情况存在较大偏差,因此需要在频率和电压的控制中考虑运行经济性。然而二次频率控制、二次电压控制和经济运行三者存在耦合,但同时控制三者可能会存在相互冲突。为实现三者之间的协同配合,构建考虑微电网经济运行与二次频率电压控制的多目标统一优化模型,采用规格化法平面约束法(normalized normal constraint,NNC)求取其帕累托最优解集,并从帕累托最优解集中选取折中解作为二次控制的信号,再传递给一次控制,完成最优经济运行下的频率和关键节点电压恢复。最后,在Matlab/Simulink平台上搭建电磁暂态仿真模型验证该多目标优化模型的有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 521-530页 [查看摘要][在线阅读][下载 614K]
  • ±500 kV张北柔性直流电网单极接地故障健全极母线过电压产生机理

    赵翠宇;齐磊;陈宁;崔翔;马江江;

    为实现我国间歇式清洁能源大规模、远距离消纳,服务低碳奥运,国家电网公司拟在张北建设±500 kV可再生能源柔性直流电网示范工程,是世界上首个具有网络特性的直流电网工程,且与以往工程不同的突出特点是采用架空线构成金属回线网络。建立了基于实际拓扑结构的过电压仿真模型,仿真了直流电网不同位置发生单极接地故障时各换流站的母线过电压水平,发现存在健全极过电压比故障极过电压更大的特殊现象。根据实际物理意义对健全极过电压进行分解,并分析影响程度,得出产生健全极过电压的根本原因是中性点电位抬升的结论;基于金属回线网络的电路结构,研究了接地极电阻、金属回线限流电抗器参数对中性点电位抬升的影响程度,为其他工程的绝缘配合提供理论指导。

    2019年02期 v.43;No.423 530-536页 [查看摘要][在线阅读][下载 522K]
  • 基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

    祁晓敏;裴玮;李鲁阳;肖浩;孔力;

    直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。

    2019年02期 v.43;No.423 537-545页 [查看摘要][在线阅读][下载 579K]
  • MMC-MTDC系统单极接地故障电流计算方法

    李俊松;张英敏;曾琦;陈可;田洪江;

    直流线路单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的多端直流(multiterminal high voltage direct current,MTDC)输电系统最常见的故障类型,分析其故障电流暂态特性对于故障类型的判断、保护配置的设计、系统参数的优化具有较大的工程意义。提出了一种适用于MMC-MTDC输电系统处于单极接地故障下,故障电流的计算方法。首先完整分析了多端直流系统单极接地故障演化机理;然后对单个换流站进行简化等效,进而将多端直流系统简化为RLC等效电路;根据基尔霍夫定律推导出故障前系统的状态方程;故障发生后,通过修改故障前状态方程中的状态变量及系数矩阵,用微分方程数值解的方法求解状态方程,进而求得故障电流。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件上,搭建了三端MMC直流输电模型,仿真结果验证了故障电流计算方法具有较高的精确度。

    2019年02期 v.43;No.423 546-555页 [查看摘要][在线阅读][下载 477K]
  • 基于电压变化率故障检测的高压直流断路器保护策略

    李威;吴学光;常彬;刘栋;邹乐;

    快速检测故障并准确实现故障隔离是柔性直流电网的基本运行要求。为提高直流电网运行的可靠性,以典型的4端口柔性直流输电工程为研究对象,针对工程中应用的高压直流断路器提出了一种就近检测电压变化率(rateofchange of voltage,ROCOV)的高压直流电网保护控制策略,通过对保护原理的分析提出了保护所需要的故障判据,并给出了动作阈值的整定方法。此外在目前的直流电网保护策略基础上进行了改进,针对易发生保护误动的情况具体地提出了抗扰动的方法和区分区内区外故障的控制策略,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了4端口柔性直流输电模型,对不同的工况和故障进行仿真,验证了方法的准确性以及保护动作的选择性、可靠性和速动性,并证明了该方法具有一定的抗干扰性和抗过渡电阻的能力。

    2019年02期 v.43;No.423 554-565页 [查看摘要][在线阅读][下载 964K]
  • 串并联多功能复合控制器拓扑结构研究

    尹靖元;武文;吴理心;霍群海;韦统振;

    近年来,仿照交流FACTS的思想,提出了直流FACTS的概念,并系统地研究了直流电压补偿器、直流潮流控制器、直流故障限流器等直流FACTS装备及其在电网中的应用特性。为进一步提升直流FACTS装备的性价比,借鉴交流FACTS多功能复用的研究成果,提出了一种串并联接入直流线路的新型多功能复合控制器拓扑结构,使其同时具备电压补偿、潮流控制和故障限流阻断等多种功能。对多功能复合控制器的运行机理和主电路参数设计进行研究,同时仿真和实验验证了该拓扑在直流线路应用的可实现性。

    2019年02期 v.43;No.423 562-569页 [查看摘要][在线阅读][下载 577K]
  • 考虑大用户直购电的发输电系统可靠性评估方法

    杜孟珂;程浩忠;柳璐;

    大用户直购电作为电力市场化改革重要措施,亟需研究其规模化增长对发输电系统可靠性带来的影响。针对含大用户直购电的发输电系统建立可靠性评估模型,综合考虑系统阻塞概率、系统阻塞容量期望和系统可用传输容量期望值等可靠性指标,研究不同直购电交易规模下发输电系统的可靠性水平。通过对IEEE-RTS79和IEEE-RTS96系统进行仿真计算,验证了所提含大用户直购电的发输电系统可靠性评估模型的有效性。同时,通过分析不同直购电量占比下的系统可靠性指标,给出大用户直购电规模限值及改进建议,可为大用户直购电规模化有序开展提供一定借鉴。

    2019年02期 v.43;No.423 570-576页 [查看摘要][在线阅读][下载 389K]
  • 利用波前信息的直流输电线路超高速保护原理

    宋国兵;张晨浩;杨黎明;王婷;樊占峰;黄金海;乔立华;

    高压直流输电对继电保护的快速动作提出要求。直流输电线路发生故障后,故障点电气量产生大量高频信号并向线路两端传播,受到输电线路参数频变特性的影响,保护测得的故障高频信号中包含故障信息。基于输电线路参数频变特性和故障点行波宽频特性分析了行波波前包含的故障信息,得出了故障零模电流行波波前形状变化程度与故障距离有关,故障零模电流行波波前幅值和过渡电阻有关的结论,据此提出了一种利用波形相关系数的直流输电线路超高速保护原理。仿真验证了该原理的快速性、可靠性和高耐过渡电阻能力。

    2019年02期 v.43;No.423 576-581页 [查看摘要][在线阅读][下载 479K]
  • 多绕组中频变压器宽频建模方法

    张科科;齐磊;崔翔;李盈;康伟;赵国亮;

    多绕组中频变压器是张北柔性变电站DC/DC变换环节的核心设备。由于缺乏适用于大容量DC/DC变换器的多绕组中频变压器仿真模型,难以对变换器在中高频率下的运行特性进行准确分析。该文建立了多绕组中频变压器的宽频模型,并提出了寄生电容参数的实验提取方法。基于端口阻抗特性测量,即可完成寄生电容参数的有效提取。利用张北柔性变电站示范工程中用的4绕组中频变压器样机验证了所建宽频模型与参数提取方法的有效性。在此基础上,通过仿真与实验研究了多绕组中频变压器传输额定功率时的电压、电流传输特性,结果表明在高频下必须考虑变压器寄生电容的影响。

    2019年02期 v.43;No.423 582-590页 [查看摘要][在线阅读][下载 669K]
  • 过负载下变压器绕组平均温度梯度建模及分析

    周利军;唐浩龙;王路伽;王健;蔡君懿;郭蕾;刘红文;

    目前,随着电力负荷的增长,变压器时常面临着过负载运行的情况。为了研究其过负载运行时绕组平均温度梯度的变化规律,该文提出了一种过负载下变压器稳态温升计算模型。该方法基于流体阻力特性建立全局油路动量模型。针对绕组、油流及散热器间的耦合传热问题,应用能量守恒建立描述场域温度分布的控制方程。同时,建立三维数值模型与实验测试平台对比验证该文所述模型。研究结果表明:应用该文所提变压器温升计算方法可根据其设计参数求出任意过负载运行时的绕组平均温度梯度及其变化规律;该文模型计算结果与CFD软件计算结果基本一致,二者平均相对误差为3.35%,与实验测试结果相比,平均相对误差为5.37%,验证了该文模型的准确性与有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 591-597页 [查看摘要][在线阅读][下载 408K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 含高渗透率分布式电源的独立微网的稳定性研究综述

    万千;夏成军;管霖;吴成辉;

    含高渗透率分布式电源的独立型微网受自然环境条件和经济性的约束比较大,运行中缺乏大电网的支撑,同时换流器等电力电子设备的大量使用都将导致其稳定性问题相较于传统电网具有新的特征,也因此成为了研究的关键。总结归纳了微网稳定性的特点,指出将传统电力系统稳定性定义应用于微网时存在的问题,并给出含高渗透率DGs独立微网的稳定性定义和稳定性分类;分别从小信号稳定性、暂态稳定性和电压稳定性3个方面梳理评述了微网稳定性的分析方法;讨论了保障微网小信号稳定的控制方法和提高微网暂态稳定性的技术措施;最后总结展望了含高渗透率分布式电源的独立微网稳定性尚需进一步深入研究的关键问题。

    2019年02期 v.43;No.423 598-612页 [查看摘要][在线阅读][下载 411K]
  • 欧盟的REserviceS项目以及对我国风电及光伏参与电网调频的启示

    傅业盛;桑妲;曹炜;张正;张捷;

    由欧盟资助、欧洲风电协会主持的REserviceS项目,在欧洲范围内全面系统地对风电、光伏参与调频、调压、系统恢复辅助服务进行了问卷调查和案例评估。主要介绍了该项目通过问卷调查反映出的风电、光伏不同渗透率水平时各国电网的运行经验,欧盟各国风电、光伏参与调频的现状、技术成熟度、有待解决的关键问题等。最后总结了我国在风电调频方面的研究应用现状及欧盟经验对我国开展相关工作的启示。

    2019年02期 v.43;No.423 613-621页 [查看摘要][在线阅读][下载 494K]
  • 新能源高占比的特高压电网频率控制模式及性能评价

    常烨骙;刘娆;巴宇;王海霞;吕泉;李卫东;

    在新能源广域消纳和特高压交直流混联的电网新特征下,频率控制模式及其控制性能评价方式应该发生改变。基于协同控制理念,提出了省网采用新的协同频率偏差控制模式(cooperationfrequencybias control,CFBC);针对交直流混联增强区域网间相互影响的情况,论述了交流互联采用联络线功率频率偏差控制模式、直流互联采用定频率控制模式的合理性;综合分析国内外电网评价标准,提出新的通用评价方法,包括长期的频差均方根值约束和短期的频率持续越限时间约束;建立针对网调和省调的两层级评价结构,并设置了新的频率偏差系数和控制偏差。仿真表明,省调采用CFBC模式有利于充分利用全网调节资源,实现频率快速恢复;网调采用联络线功率频率偏差控制模式益于实现交流互联区域网的自治管理以及责任的划分;该文评价方法既能满足电网长期和短期的运行要求,又能减少机组调节次数。

    2019年02期 v.43;No.423 621-631页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
  • 利用富余可再生能源进行清洁供热的最优规划

    高嘉文;陈磊;何嘉兴;徐飞;侯凯元;李群;王海鸣;王震宇;阴宏民;

    利用富余的风电、光电等可再生能源进行清洁供热,是解决我国北方地区弃风弃光问题和燃煤供热环境污染问题的有效手段之一。清洁供热的规模过大或过小都不利于供电、供热总系统的节能减排。以供电、供热化石能源消耗总量最小为目标,将规划问题和运行问题相结合,建立最优规划模型,研究清洁供热规模、电供热装置容量和储热装置容量的优化配置。通过对实际电网数据进行仿真计算,得到了最优规划结果以及清洁供热系统的运行情况,分析了可再生能源特性及限制火电供热电量占比对优化结果的影响,为清洁供热系统的发展提供了指导。

    2019年02期 v.43;No.423 630-637页 [查看摘要][在线阅读][下载 656K]
  • 基于多场景变权多目标优化的UPFC在风电并网系统中的配置方案研究

    张大波;朱志鹏;连帅;杨贺钧;李兴;

    风电出力与负荷的双向随机性使得电网潮流存在较大的不确定性,易造成电压失稳和线路传输功率过载等问题。统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以通过控制线路潮流和稳定节点电压,使风电并网系统运行的安全性、经济性大大增强。针对现有UPFC配置方法存在的未能充分考虑系统运行场景的不确定性及多场景下权重差异性的缺点,建立UPFC多场景变权多目标优化配置模型。利用K-means聚类方法对风电出力-负荷进行场景划分,以有功网损、电压偏移率和负载均衡度以及UPFC安装成本为优化目标,利用NSGA-II算法对UPFC的安装数量、位置、容量进行优化,并提出多场景熵权-层次分析法对Pareto解集排序,得出UPFC配置的最优方案。算例对IEEE 30节点系统进行仿真计算,验证了该模型和算法的正确性和有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 638-645页 [查看摘要][在线阅读][下载 601K]
  • 基于Markov理论的含风电电力系统随机建模及小干扰稳定性分析

    王加强;孙永辉;翟苏巍;卫志农;孙国强;

    随着风电并网规模的不断扩大,风能的波动性、间歇性导致电力系统的随机特性越来越突出,传统的确定性分析方法和基于常规随机微分方程的方法难以准确分析含风电电力系统的稳定性。在常规随机微分方程的基础上,引入Markov理论,建立了用于分析含风电电力系统随机小干扰稳定性的随机Markov动态模型。利用李雅普诺夫能量函数,结合M矩阵,提出含风电电力系统在多工况下随机均值和均方稳定的分析方法。该方法能克服常规随机微分方程分析方法无法分析系统在运行工况改变下的小干扰稳定性的缺点。仿真结果验证本文所提方法的有效性和正确性。

    2019年02期 v.43;No.423 646-654页 [查看摘要][在线阅读][下载 918K]
  • 基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

    高本锋;胡韵婷;李忍;姚磊;赵书强;

    双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。

    2019年02期 v.43;No.423 655-664页 [查看摘要][在线阅读][下载 1373K]
  • 考虑并网友好性的风电实时有功调度

    张高航;李凤婷;周识远;高光芒;李津;

    为了最大程度消纳风电及激励风电场改善并网特性,提出了一种考虑并网友好性的风电实时调度策略及相应的调度模型。基于电网运行工况及电网外送通道联络线功率偏差,动态计算电网风电消纳实时裕度。基于历史运行数据及超短期预测信息评估风电场出力预测精度、出力波动性及负荷跟随特性,评价风电场并网友好性。建立计及风电并网友好性及最大化消纳风电的风电实时有功调度模型。将提出的调度模型应用于IEEE 31节点系统,仿真验证了该方案的有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 664-669页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K]
  • 计及分布式电源注入谐波的谐振接地系统故障选线方法

    何瑞江;胡志坚;王天一;

    针对逆变型分布式电源接入的谐振接地系统发生单相接地故障时注入的低次谐波电流对故障特征的影响,以及在不同故障条件下暂态零序电流的主谐振频率和衰减振荡持续时间变化的特点,提出一种基于交叉小波变换的故障选线方法。该方法通过线路故障零序电流间的交叉小波变换求出高相关时频区域,并通过平稳性检验鉴别分布式电源注入谐波对交叉功率谱的影响,最终求出高相关时频窗。再对线路故障零序电流进行离散小波变换,在高相关时频窗中提取零序电流序列进行能量大小比较与相位验证,实现故障选线。该方法物理意义明确,可鉴别注入谐波电流的影响、抗干扰能力强。大量仿真结果表明,该方法选线准确可靠且适应性强。

    2019年02期 v.43;No.423 670-680页 [查看摘要][在线阅读][下载 896K]

电力系统

  • 考虑电能替代的全球负荷变化趋势分析

    孙伟卿;谈一鸣;曾平良;田坤鹏;李恒;

    为调和全球范围内各国所倡导的可持续发展与消费型社会增长之间的冲突,中国率先提出全球能源互联网战略。电能替代作为该战略中能源消费发展方向,通过优化调整终端能源消费结构推动经济发展低碳转型。为确定终端能源消费中电能替代的增长区间与中长期负荷特性,总结了电能替代负荷增长的驱动因素,建立了计及电能替代弹性特征的最优电能替代负荷模型,提出了低碳及经济约束下电能替代边界的量化评估方法,分析比较了区域互联系统的短期电力负荷特性。最后通过构建高、低边界场景对未来全球能源互联背景下主要国家和地区的电能替代趋势进行预判。

    2019年02期 v.43;No.423 678-687页 [查看摘要][在线阅读][下载 795K]
  • 基于联系度优化TOPSIS法的区域电能替代潜力评估研究

    李艳梅;陈增;

    电能替代是在终端能源消费环节,使用电能替代燃煤、燃油的能源消费方式,对推动能源消费革命,减少大气污染意义重大。为评估各区域电能替代潜力,从社会经济水平、能源消费结构、环保约束、经济性、配套支持5个方面构建了中国区域电能替代潜力评估指标体系,并采用云模型和熵权法相组合的方法来确定各指标的权重,同时,使用联系度优化的TOPSIS(technique for order preference by similarity toan ideal solution)法对各区域的电能替代潜力进行评估。最后应用此指标体系和评估方法对国网管辖区内的25个区域的电能替代潜力进行了评估排名,并在对评估结果进行分析的基础上提出了相应的电能替代推广策略。

    2019年02期 v.43;No.423 687-695页 [查看摘要][在线阅读][下载 608K]
  • 我国实施大规模需求响应的关键问题剖析与展望

    李彬;陈京生;李德智;石坤;杨斌;祁兵;孙毅;奚培锋;

    随着"互联网+智慧能源"的推进和电气信息技术的深度融合,电力需求响应业务也被赋予了诸如新能源消纳、辅助服务等新的使命,并面临着从紧急态向常态化的转型。目前我国电力需求响应试点项目建设已为需求响应业务发展积累了丰富经验,但在大规模复制推广方面还存在一些瓶颈。基于国内外需求响应发展现状,结合我国已经发布的相关政策、技术标准以及现有试点城市的建设情况,从政策机制保障、信息化支撑、平台部署及组织实施层面剖析当前所存在的问题,并结合实际工作情况尝试给出若干未来发展建议。

    2019年02期 v.43;No.423 694-704页 [查看摘要][在线阅读][下载 529K]
  • 考虑弹性裕度的城市输电网安全概率评估

    杨昕然;吕林;许立雄;刘友波;朱承治;熊茜;李勇;

    为评估计及风电出力和电动汽车负荷随机性的城市输电网运行安全,提出了一种以高压配电网重构为手段的220kV输电网安全概率评估模型。基于相关变量的联合概率分布得到含电动汽车的负荷概率模型描述负荷的波动性,定义弹性安全距离作为安全裕度评估指标,将可用传输容量与拓扑结构结合起来刻画输电网的安全裕度;然后利用三点估计法将不确定性评估问题转化成确定性数学问题求解,再用Cornish-Fisher展开级数得到评估结果的概率特性。最后以某城市局部高压配电系统为算例验证模型的有效性,算例结果表明,高压配电网重构产生弹性裕度是提高城市输电网安全概率的有效调节方式,评估结果可为实际电网调度提供决策依据。

    2019年02期 v.43;No.423 705-713页 [查看摘要][在线阅读][下载 530K]
  • 基于AQ节点的电力系统静态电压稳定裕度计算方法

    张谦;郑惠萍;王金浩;刘新元;曲莹;别朝红;

    为解决电力系统静态电压稳定极限点附近雅克比矩阵奇异、牛拉法潮流不收敛的问题,提出了一种基于AQ节点的静态电压稳定裕度计算方法。首先在两节点系统中推导了AQ节点的特性,该节点电压相角和无功为已知量,省略了其有功潮流方程,将AQ节点和平衡节点的相角差作为衡量负荷变化的依据。然后研究了含AQ节点系统的潮流计算方法,并应用于静态电压稳定性分析,将雅克比矩阵J映射为AQ节点法中的修正雅克比矩阵JAQ,引起矩阵奇异点在静态电压稳定临界点处的"偏移",完全消除了雅克比矩阵在系统静态电压稳定临界点处的奇异性。该方法具有比传统连续潮流法更好的收敛性,计算方法更简、速度更快,能高效、准确计算电网静态电压稳定裕度。太原市220kV实际电网和IEEE118节点标准算例的仿真结果证明了所提方法的有效性和实用性。

    2019年02期 v.43;No.423 714-721页 [查看摘要][在线阅读][下载 1951K]
  • 基于灰靶理论与云模型的电压暂降事件数据挖掘分析方法

    沈翔;杨洪耕;段晨;

    对电压暂降事件记录中所蕴含的知识进行总结,挖掘不同故障场景与节点电压暂降影响程度之间的关系,可以为管理部门制定决策提供有价值的信息。采用自适应高斯云变换算法,对与电压暂降相关的各类连续量数据进行离散,通过扫描一遍原始事务库构建维度矩阵,以此代替传统Apriori Tid算法中的项目集,形成了空间和时间效率都有所提升的改进算法。随后结合灰靶理论,基于隶属度构建指标序列,建立实际场景与各强关联规则之间的匹配模型,在当前分析里筛选出最能反映实际场景中节点受电压暂降影响规律的知识。实例分析验证了所提方法的实用性和有效性。

    2019年02期 v.43;No.423 722-731页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K]
  • 基于改进鸡群算法的静止无功补偿器模型参数辨识方法

    聂永辉;张春雷;高磊;赵妍;王明超;

    为获取准确的静止无功补偿器模型参数以满足电力系统日益精细化的仿真要求,提出一种基于改进鸡群算法的静止无功补偿器模型参数辨识方法。首先建立考虑各环节特性的静止无功补偿器数学模型;然后对鸡群算法进行改进,并应用于静止无功补偿器模型参数辨识;最后,针对多参数同时辨识引起的辨识结果不准确问题,提出一种基于参数敏感度的静止无功补偿器模型参数逐步辨识方法,为准确辨识静止无功补偿器模型参数提供了新的辨识策略。算例结果证明了所提方法的有效性和准确性。

    2019年02期 v.43;No.423 731-738页 [查看摘要][在线阅读][下载 524K]

高电压技术

  • 自能式多断口结构对电弧抑制的仿真优化

    王巨丰;周鑫;王中;李籽剑;韩力;

    由于雷击跳闸的高发性,降低绝缘子旁路空气间隙建弧率有重要研究意义。多断口灭弧防雷间隙是一种带有灭弧功能的并联间隙,能有效降低绝缘子旁路的建弧率。基于MHD磁流体理论,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立了多断口灭弧结构的2维几何模型,通过分析电弧在该结构中的物理特性,详细解释了该结构熄灭雷电弧并抑制电弧发展的原理。根据仿真结果显示,半封闭空间的断口结构强力压缩电弧产生了瞬时温升,瞬时的温升是产生自膨胀气流的原因,温度变化的速率影响了自膨胀气流的速度大小;工频电弧无法稳定形成是由于雷电脉冲阶段电弧在灭弧结构的断口处定点截断,切断了电弧的焦耳热源;断口结构对建弧难度、熄弧效果有重大影响。

    2019年02期 v.43;No.423 739-745页 [查看摘要][在线阅读][下载 665K]
  • 通过降低泄漏电流提高UHVDC盘型瓷绝缘子的抗金具腐蚀能力

    吴向东;程绳;金哲;张德赛;尹洪;胡伟;刘琴;

    高压直流输电方式为我国实现更大范围内的资源优化配置发挥着重要的作用。瓷绝缘子作为一种重要的输电线路设备,具有多年的运行经验,在机械、电气和化学稳定性等方面也具有许多优点,在中国特高压直流输电工程中被广泛采用。但是在直流电场的作用下,绝缘子表面的泄漏电流会造成绝缘子金具的电解腐蚀。为减少这种金具腐蚀的概率,将原有绝缘子作为母体,根据对金具腐蚀的理论分析,通过设置附件装置来抑制泄漏电流的产生和发展。试验结果表明,应用附件装置可以大幅度减少泄漏电流,研究结果对提高特高压直流盘型瓷绝缘子的金具腐蚀具有一定的指导意义。

    2019年02期 v.43;No.423 746-752页 [查看摘要][在线阅读][下载 656K]

含高比例可再生能源的交直流混联系统协同优化运行

  • 特约主编寄语

    姚良忠;康重庆;

    <正>随着可再生能源的快速发展,特别是以风电和光伏发电为代表的大规模可再生能源的开发和利用、以及以远距离传输可再生能源到负荷中心为主要目的的直流输电通道建设和投运,电力系统已呈现高比例可再生能源接入交直流混联电网的特征和发展趋势。高比例可再生能源、交直流混联电网与多类型负荷的协同优化运行已成为电力系统实际生产运行和工业界、学术界普遍关注的热点问题,具备重要的理论研究和工程实用价值。

    2019年02期 v.43;No.423 361-362页 [查看摘要][在线阅读][下载 72K]
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