电网技术

区域能源互联网的形态特征与互动机制研究

  • 即插即用能量组织日前负荷概率预测方法

    王玥;张宇帆;李昭昱;艾芊;吕天光;

    随着对利用新能源的迫切需求,分布式能源将以"能量细胞"的形式分布在用户侧,并具有即插即用的特点。受到利益的驱动或稳定性的要求,"能量细胞"将组成形态各异的"能量组织",而新形成的"能量组织"则存在历史数据较少的问题。针对"能量组织"中小样本日前负荷概率预测问题,提出基于pinball损失函数的深度长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络概率预测方法。为解决小样本下深度LSTM网络的过拟合问题,采用自底向上的层次聚类方法进行数据增强,并针对各个分位点进行并行预测。实验结果表明,所提方法能够获得较高的可靠性以及锐度较好的置信区间,可以为日前调度提供合理依据。

    2019年09期 v.43;No.430 3055-3060页 [查看摘要][在线阅读][下载 1090K]
  • 基于相关性分析和长短期记忆网络分位数回归的短期公共楼宇负荷概率密度预测

    杨秀;陈斌超;朱兰;方陈;

    公共楼宇是智能电网用电环节需求响应的重要组成部分,在强不确定性环境下,为了提高公共楼宇短期负荷预测的精度,并能更好反映楼宇负荷的不确定性。提出了一种集合多维尺度分析技术(multidimensional scaling,MDS),基于Copula函数相关性测度、长短期记忆网络分位数回归(quantile regression long short-term memory,QRLSTM)和核密度估计(kernel density estimation,KDE)的短期公共楼宇负荷概率密度预测的方法。首先采用MDS技术对楼宇群进行初步划分,再通过基于Copula函数的相关性测度方法定量计算影响因素(外界天气、人类活动)与目标楼宇负荷的相关程度;其次,运用QRLSTM回归模型预测未来不同分位数上的负荷值。最后,通过核密度估计得到未来任意时刻预测点的概率密度函数。实验结果表明,综合考虑强相关影响因素,并结合QRLSTM回归和KDE技术,能够更好地解决短期公共楼宇负荷概率密度预测问题。

    2019年09期 v.43;No.430 3061-3071页 [查看摘要][在线阅读][下载 1789K]
  • 面向区域能源互联网的“源-网-荷”协同规划综述

    郭创新;王惠如;张伊宁;何宇斌;

    区域能源互联网是解决当前能源与环境问题的重要途径。在区域能源互联网逐步构建,综合能源市场快速发展,"源-网-荷"互动日益增强的现实背景下,有必要将电力、天然气、热力和交通等多能源系统的规划结合起来,把能源转化利用与综合需求响应结合起来,把供能网络规划与源、荷能量枢纽规划结合起来。在介绍区域能源互联网概念、特征与源、荷模型基础上,分别从"网"络层面对多供能网络联合规划进行梳理,从负"荷"层面探讨联合规划中综合需求响应策略及其影响。在此基础上扩展到"源-网-荷"综合的系统层面,对基于能量枢纽的多能"源-网-荷"协同规划进行讨论。最后对相关领域未来研究方向进行展望。

    2019年09期 v.43;No.430 3071-3080页 [查看摘要][在线阅读][下载 992K]
  • 计及交通流量不确定性的多网耦合综合能源系统优化调度方法

    张津珲;王旭;蒋传文;王玲玲;赵雅雪;

    针对新能源汽车运行的时空不确定性导致的综合能源系统的能源供需失衡的问题,综合考虑交通网络运行的时间价值和电-气耦合网络的能源消耗成本,构建计及交通流量不确定性的三层鲁棒优化调度模型。交通流量的不确定性采用数据驱动算法和风险系数法相结合进行描述,生成交通流量模糊不确定性集合;三层调度模型分为两阶段决策,在日前调度阶段安排分布式机组的启停机计划,在实时调整阶段模拟最优交通流、优化调节各机组出力,结合最优性条件(Karush-Kuhn-Tucher, KKT)和列与约束生成(column-and-constraints generation,CCG)算法求解。算例采用改进33节点配电网、7节点天然气网和12节点交通网构成的多网耦合系统对调度方法进行验证。结果表明,所提方法可有效应对新能源汽车的能源需求风险,实现网络内部以及同上级网络之间良性互动。

    2019年09期 v.43;No.430 3081-3093页 [查看摘要][在线阅读][下载 1249K]
  • 考虑网络约束和源荷不确定性的区域综合能源系统两阶段鲁棒优化调度

    郭尊;李庚银;周明;冯威;

    区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)是泛在电力物联网和能源互联网实现的重要载体。分布式能源及负荷不确定性、多能源的网络约束及其耦合特性分析是RIES运行面临的主要挑战。针对配网级RIES,建立电-气-热能源系统的网络模型并提出线性化方法;考虑不确定性负荷和风电出力的极端场景,构建日前调度的两阶段鲁棒优化(two-stage robust optimization,TRO)模型,并借助列约束生成算法(column and constraint generation algorithm,C&CG)将模型反复迭代求解。算例分析结果证明了所建立的TRO模型在提升系统鲁棒性、风电消纳能力和抵御实时电价波动风险等方面的有效性,及在模型中考虑区域热网损耗对经济性和计算效率的改善。研究成果体现了RIES不确定性运行中的多能互补协调优化效益。

    2019年09期 v.43;No.430 3090-3100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
  • 基于能量枢纽的沼–风–光全可再生能源系统日前–实时两阶段优化调度模型

    冯智慧;吕林;许立雄;

    针对以沼气-风能-太阳能为动力的全可再生能源系统,考虑了余电余热反馈沼气池,构建了能量枢纽模型,并提出了基于数据驱动的日前-实时两阶段分布式鲁棒优化调度模型。模型在日前调度阶段决策机组启停机成本与风光基础预测场景下的其他成本;在实时调度阶段综合考虑1-范数和∞-范数约束下的不确定场景概率分布,决策最恶劣概率分布下的实时调整成本。模型采用列与约束生成(column and constraint generation,CCG)算法进行求解,算例结果表明了多能互补对可再生能源消纳的促进作用和分布式鲁棒优化算法的优越性。

    2019年09期 v.43;No.430 3101-3109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1169K]
  • 电力-天然气异步市场环境下的综合能源系统优化运行策略

    丛昊;王旭;蒋传文;

    随着能源市场的逐步发展和开放,以及市场主体的不断多样化,综合能源系统的优化运行也必须建立在多能源市场框架中。在分析了电力市场与天然气市场在时间尺度上的不同步性基础上,构建了考虑综合能源服务商参与的电力-天然气联合市场的异步运行机制和框架,并建立了综合能源系统两阶段嵌套双层优化模型;针对于每一阶段的嵌套双层优化模型,提出了对角化-交替方向乘子法进行求解,并通过6节点电力-6节点天然气系统和118节点电力-14节点天然气系统验证了模型和算法的有效性。结果表明网络阻塞和需求响应都会对市场出清和系统优化结果产生影响,同时电力市场与天然气市场的同步化有助于提升综合能源系统的运行经济性、可靠性和灵活性。

    2019年09期 v.43;No.430 3110-3120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1590K]
  • 基于多主体主从博弈优化交互机制的区域综合能源系统优化运行

    顾洁;白凯峰;时亚军;

    随着多能互补微网系统的规模化发展和社会资本在能源系统中渗透率的提高,能源行业逐渐形成了多方主体参与的区域综合能源系统。在不同的利益目标驱使下,亟待建立区域综合能源系统的多主体互动机制及相应的优化方法。基于能量枢纽,从区域综合能源系统的重要基础—多能互补微网出发,首先提出了由能量枢纽运营商、含光伏的用户集群和储能运营商组成的多能互补微网系统运行交互机制,接着建立了基于能量枢纽的多能互补微网系统的多主体主从博弈模型,并进行了验证分析。然后结合电-气-热混合潮流计算方法,提出了由配电网、配气网、配热网和多个能量枢纽组成的区域综合能源系统的运行机制,进一步研究了考虑供能网络安全约束的区域综合能源系统优化运行方法,并对所提方法进行了详细分析。

    2019年09期 v.43;No.430 3119-3134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K]
  • 考虑广义储能的区域综合能源系统优化运行研究

    李宏仲;房宇娇;肖宝辉;

    储能设备作为区域综合能源系统的关键部分,具有促进可再生能源消纳、减少系统运行成本等优势,但传统储能由于造价高、受限因素多而未能广泛应用。针对上述问题,将储电、储热、储冷设备和需求侧灵活性负荷视为系统广义储能资源,利用冷热电灵活耦合与多能互补特性,提出一种区域综合能源系统优化运行模型,通过对广义储能系统储放能优化调度,在满足各类负荷用能需求的基础上,实现系统能量的优化分配。最后结合具体算例,验证了所提模型可有效提高系统经济性和可再生能源接纳能力。

    2019年09期 v.43;No.430 3130-3138页 [查看摘要][在线阅读][下载 942K]
  • 考虑全局不等约束的多代理系统分布式需求响应优化

    郝然;艾芊;张宇帆;孙树敏;姜子卿;Mohammed Yousif;

    文章深入研究了由批发商和多个需求响应聚合商(demand response aggregators,DRA)参与的分布式需求响应优化策略,其中批发商可根据用户负荷形状确定DRA的电力支付。分布式需求响应能够激励广泛分布的能源系统根据调度请求调整用能计划。然而,需求响应优化问题一般包含全局状态量的和全局不等约束,使得该问题难以通过分布式的方式求解。这限制了需求响应的可行性和盈利潜力。针对这些挑战,设计了一种适用于分布式需求响应的多代理需求响应架构。其次,提出一种基于数据驱动的需求响应弹性特征的在线提取方法。针对目标函数中的全局变量和全局不等约束,在分层优化中分别提出了离散奇异一致性算法和分布式扰动原对偶子梯度(distributed perturbation primal-dual sub-gradient,D-PPDS)算法,该算法支持多个DRA非同步并行优化。最后,利用山东某实际工业园区数据模拟并验证了所提策略的有效性。

    2019年09期 v.43;No.430 3139-3148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1641K]
  • 基于能源细胞-组织架构的区域能源网需求响应研究挑战与展望

    黄开艺;艾芊;张宇帆;郝然;吕天光;高扬;肖斐;

    在能源互联网趋势下,区域能源网需求响应的研究对消纳可再生能源、实现供需平衡、增强电网灵活性与可靠性具有重要意义。围绕区域能源系统需求侧规划与运行优化这一主题,基于能源细胞-组织架构,从能源细胞内部、细胞间、细胞-组织间3个层次切入,具体分析了以微网、多微网为代表的需求侧负荷用户建模、能源管理规划、运行优化方式、信息能源耦合互动交流、电力市场配置等研究现状。然后结合数据处理和智能决策前沿技术,从预测、规划决策、市场机制三方面对区域能源系统需求响应的关键技术进行归纳。最后从实施规模、社会、经济、信息方面对区域能源网需求响应发展进行了展望。

    2019年09期 v.43;No.430 3149-3160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1248K]
  • 基于分层递阶的能源互联网系统能量管理架构研究

    张福兴;桂勇华;张涛;王锐;苗洪雷;罗娟;

    以能源互联网和传统电网的差异性比较与分析为切入点,系统阐述了能源互联网系统节点类型、连接关系及交互规则。其次,在分析能源互联网系统能量管理新特点、新需求的基础上,提出了包括局域供需管控层、区域集中调度层、广域需求匹配层在内的能源互联网系统能量管理分层递阶架构,并对各层系统的构成、功能等进行详细的讨论分析。再次,基于能源互联网系统能量管理分层递阶架构给出能量管理整体解决方案及能量传递实现途径。最后,对研究内容进行了总结分析,研究结果可供能源互联网系统能量管理部门决策参考,以提高其决策的效率和质量。

    2019年09期 v.43;No.430 3161-3174页 [查看摘要][在线阅读][下载 2781K]
  • 泛在电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术

    王宣元;刘敦楠;刘蓁;刘明光;王佳妮;高源;王雄飞;宋永华;

    我国能源互联网及微电网项目落地过程中遇到了诸多问题,究其原因是缺乏合理的商业模式。泛在电力物联网建设背景下,高比例可再生能源、规模化电动汽车以及信息物理系统的建设都将增加电力系统运行成本,这与降低用户电价的目标相矛盾。只有通过发挥分布式发电、分布式储能、微电网等资源的绿色价值与灵活性价值,才能有效解决上述问题与矛盾。虚拟电厂通过信息集成控制多类型柔性负荷,以实现能源高效利用,是解决上述问题的一种手段,也是一种支撑能源互联网建设的可行商业模式。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)虚拟电厂标准委员会由国网冀北电力有限公司负责组织,研究制定虚拟电厂国际标准。立足于虚拟电厂国际标准制定研究成果,首先提出虚拟电厂的定义,通过对比分析提炼总结虚拟电厂特性,并构建了虚拟电厂"批发-零售"两级市场交易体系。再次,面向虚拟电厂调度特性及其市场交易要求,通过聚合、经济、运营3个维度建立虚拟电厂协调优化机理,并针对虚拟电厂商业模式经济性进行测算;最后,对虚拟电厂未来发展进行了展望。

    2019年09期 v.43;No.430 3175-3183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1016K]
  • 微电网参与投标竞争的多能源市场博弈分析

    王晛;张颖;张少华;

    考虑微电网参与配电侧电力市场投标竞争,引入中间商来实现日前批发市场与配电侧电力市场之间的电力交易,并且为了弥补发电出力具有不确定性的微电网在配电市场的投标偏差,给出电力-天然气多能源市场交易框架,其中微电网分别通过电转气设备和燃气机组处理其实际出力过剩和不足两种情况。在此基础上,建立了一个同时考虑配电侧电力市场、日前批发市场和天然气市场的多能源市场联合博弈均衡模型,利用非线性互补方法对均衡模型进行求解。最后通过算例仿真表明,给出的多能源交易框架可以解决不确定性出力的微电网参与配电侧电力市场交易的投标偏差问题,有助于提高微电网的市场竞争力和分布式可再生能源的消纳。

    2019年09期 v.43;No.430 3184-3192页 [查看摘要][在线阅读][下载 1191K]
  • 异构能源区块链的多能互补安全交易模型

    佘维;顾志豪;杨晓宇;田钊;陈建森;刘炜;

    在分布式能源系统的区块链应用中,存在异构区块链间互信困难、并网可扩展性差等不足。针对以上问题,该文提出一种异构能源区块链的多能互补安全交易模型。首先给出异构能源区块链网络的形式化模型,进而引入一种跨链互信交易方法 ET-Relay,构造了一种多能互补安全交易模型,通过构建能源索引交易中继链和能源平行链,融合多种能源上链并网,并安全地完成跨链能源协同调度。仿真实验表明,在利用区块链特性确保交易数据安全性的前提下,该模型较好地解决了能源交易系统中分布式能源的多能互补和整合调度的问题。

    2019年09期 v.43;No.430 3193-3201页 [查看摘要][在线阅读][下载 1197K]

配电网新型测量技术及其在感知与控制中的应用

  • 基于微型PMU的配电网多分支架空线路参数无关故障定位算法

    王成斌;贠志皓;张恒旭;石访;凌平;谢邦鹏;

    随着分布式电源以分支线形式大量接入配电网,多分支线故障定位算法在有效性和准确性上面临着重大的挑战。为减少线路参数不准确引起的定位误差,提出了一种新型线路参数无关故障定位算法。此方法仅利用故障后线路各端电压电流的同步测量值和线路长度,无需知道各条线路参数,根据故障点和分接点处由相邻节点电气量推算的电压相等的原理构建测距方程组。算法假设故障发生在各区段,分别列写相应测距方程组,并通过信赖域算法分别求解各组方程中的故障距离、分接点位置、各线路单位长度阻抗参数,最后根据各组解是否合理直接判断故障位置。MATLAB/Simulink仿真结果表明,此算法具有较高的精度,基本不受线路参数、故障位置、过渡电阻、非对称故障类型的影响。

    2019年09期 v.43;No.430 3202-3211页 [查看摘要][在线阅读][下载 1210K]
  • 基于PMU的智能配电网动态特性在线评估方法

    郑雪筠;何维国;王少荣;柳劲松;李成靖;方陈;周昀;朱郁馨;李妍;

    提出一种基于相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)同步测量数据的智能配电网动态特性在线评估方法。遵循科学性、完备性、实用性和可比性原则,构建了多维度的、且能够充分表征智能配电网动态特性的动态指标体系,所提动态指标包括9项节点动态指标、6项支路动态指标和30项全网动态综合指标。针对智能配电网动态特性的在线评估应用,给出了详细的在线评估流程。该文所提评估方法仅基于PMU同步测量数据,不依赖于被评估配电网的当前拓扑结构和元件参数,因此能够较好适应于智能配电网运行方式乃至拓扑经常变动的情况。应用所提出的在线评估方法,通过比较同一配电网在采用改善动态特性的控制手段前后的评估结果即可判断控制效果。以MATLAB对改进的IEEE 33节点配电网进行仿真,生成模拟PMU同步采集数据,并以此进行动态特性评估。结果表明了所提在线评估方法的有效性。

    2019年09期 v.43;No.430 3210-3217页 [查看摘要][在线阅读][下载 1040K]
  • 基于改进强跟踪无迹卡尔曼滤波的电力系统同步相量估计方法

    牛胜锁;王康乐;梁志瑞;

    快速准确地获得电力信号的频率、幅值和相角,对于同步相量测量技术在配电网中的推广应用具有重要意义。配电网信号具有高噪声、强瞬变等特点,应用目前的算法在实时跟踪瞬变信号方面,其性能不太理想。针对强瞬变环境下的信号参数估计问题展开分析,提出一种改进的强跟踪无迹卡尔曼滤波(modified strong tracking unscented Kalman filter,MSTUKF)算法。首先分析了强跟踪滤波算法(strong tracking filter,STF)的基本原理,然后基于无损变换理论,对STF算法进行等价推导。在此基础上,针对状态方程为线性,量测方程为非线性的情况,提出一种在频率、幅值和相角突变时的快速跟踪算法。在sigma点集中引入渐消因子,使得算法仅需进行一次无损变换,简化了计算。同时将渐消因子引入输出协方差矩阵,改善算法在系统参数突变时的稳定性。仿真结果表明,所提同步相量测量算法能快速地对频率、幅值和相角进行跟踪,并且收敛性好、测量精度高。

    2019年09期 v.43;No.430 3218-3225页 [查看摘要][在线阅读][下载 1320K]
  • 伪量测建模与AUKF在配电网虚假数据注入攻击辨识中的应用

    陈碧云;李弘斌;李滨;

    虚假数据注入攻击能够利用能量管理系统中的坏数据检测漏洞,恶意篡改状态估计结果,严重危害电力系统的安全可靠运行。同时,配电网因其网络拓扑结构复杂,量测冗余度低等特点,存在更大的潜在网络攻击威胁。针对此问题,首先介绍了一种自适应无迹卡尔曼滤波动态估计算法,并对系统动态模型进行改进;随后,基于云自适应粒子群优化脉冲神经网络构建配电网伪量测模型用以提高状态估计精度;最后,利用非线性滤波算法的动态迟滞特性,在线检测动态、静态状态估计的估计值偏差,对虚假数据注入攻击进行辨识。算例分析结果验证了自适应无迹卡尔曼滤波优异的动态估计性能以及伪量测模型的有效性,并在此基础上证明了所提虚假数据注入攻击辨识方法在实际配电网应用的可行性。

    2019年09期 v.43;No.430 3226-3236页 [查看摘要][在线阅读][下载 1634K]
  • 基于蒙特卡罗法的配电网静态参数可测性估计

    刘健;陈鲁鹏;张志华;

    受量测装置数量和位置的限制,配电网的静态参数估计一般无法唯一确定所有的待估计参数,故其可测性分析就显得很有必要。提出一种基于蒙特卡罗法的配电网静态参数可测性估计方法,在合理范围内随机设置配电网中待估计的静态参数值,这样获得大量随机生成的样本,对每一个样本选取不同时间断面的量测数据分别建立量测方程,采用非线性最小二乘法进行参数估计计算,将估计出的参数值与对应的样本参数值进行对比并计算相对误差的均值和方差,通过比较最终得到的误差指标值与规定的阈值大小,有效辨识配电网中待估计的静态参数是否明晰并计算配电网的可测程度。算例结果表明:所提方法可有效辨识配电网中的明晰参数和不确定参数,并且明晰参数的辨识结果对配电网静态参数的在线动态监测和故障诊断具有应用参考价值。

    2019年09期 v.43;No.430 3235-3240页 [查看摘要][在线阅读][下载 962K]

国家重点研发计划

  • 含大规模风电的交直流混联系统风险评估方法

    马光;张伊宁;陈哲;何宇斌;郭创新;张金江;

    为了量化大规模风电并网下交直流混联系统的运行风险,该文提出了一种基于改进等分散抽样蒙特卡洛法的风险评估方法。首先,基于状态空间法,根据故障后特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)系统被闭锁的脉动桥数目,提出了UHVDC的五状态模型;采用风电预测误差概率分布分段离散化方法,构建了风电场出力波动模型;其次,给出了等分散抽样法对多状态元件的处理方法,构建了基于改进等分散抽样蒙特卡洛法的风险评估流程;最后,从故障状态、经济损失与结构强度3个方面,评估了系统的运行风险,并引入综合风险指标,构建了较为完善的指标体系。对部分指标采用交流潮流与交流最优潮流的计算方法,提高了评估结果的准确性。通过对改进IEEE-RTS79算例的计算分析,验证了所提评估方法的有效性与合理性。文中研究成果可从风险角度为系统运行方式的安排提供指导。

    2019年09期 v.43;No.430 3241-3252页 [查看摘要][在线阅读][下载 1139K]
  • 含风电电力系统日前备用动态评估与优化

    张丹宁;徐箭;孙元章;廖思阳;柯德平;

    随着风电并网规模的日益增加,风电功率的不确定性使得传统确定性备用评估方法已不再适用,系统需要预留合理有效的备用容量以确保系统安全稳定运行。对此,提出备用需求动态评估模型,该模型以风电功率预测和负荷预测的历史数据为基础,把无效向上/向下备用容量、切负荷量和弃风量期望作为评价指标,实现动态评估不同调度时段下受系统不确定性影响的备用需求。而后建立了基于备用需求动态评估的日前优化调度模型,通过4种期望之间的博弈使得系统既不过多预留备用造成浪费,也不因备用预留不足而导致切负荷和弃风。算例分析验证了所提模型的有效性,可为含风电接入系统的运行提供借鉴。

    2019年09期 v.43;No.430 3252-3260页 [查看摘要][在线阅读][下载 1165K]
  • 基于分布式模型预测控制的风电场参与AGC控制方法

    叶林;陈超宇;张慈杭;孙舶皓;汤涌;仲悟之;翟丙旭;蓝海波;吴林林;

    随着风电并网规模的不断扩大,常规电源调频已很难满足系统频率稳定性要求,需要风电集群参与系统调频。首先根据风电集群并网特点,建立含风电集群的多区域互联系统自动发电控制(automatic generation control,AGC)模型;然后根据风电场的超短期功率预测值判断风电场在调频过程中的备用容量,基于分布式模型预测控制原理,以尽量利用风电参与AGC控制、减少火电机组出力为目标,提出一种含风电集群的多区域互联系统AGC控制方法。即利用风电场的备用容量实现风电场参与AGC控制,减少常规电源调频压力。最后通过算例分析,对所提出策略的可行性与有效性进行了验证。

    2019年09期 v.43;No.430 3261-3270页 [查看摘要][在线阅读][下载 1194K]
  • 适用于新能源场站送出线路的高频突变量距离保护

    贾科;杨哲;赵其娟;朱正轩;郑黎明;毕天姝;

    新能源电源均直接或间接通过电力电子装置并网,其短路电流呈现幅值受限、非工频、相角受控、内阻抗不稳定等特性,从而导致送出线路上新能源侧距离保护存在拒动风险。为解决该问题,提出了高频突变量距离保护方法。由于故障产生的电压跌落具有全频率分量,因此首先建立了逆变型电源和双馈风机的高频阻抗模型,并确定了使其具备稳定相角的频率选取原则。在此基础上,通过比较高频工作电压与故障点高频电压的大小,可靠地区分区内外故障。该方法利用故障点电压跌落产生的高频信号消除了频率偏移及新能源弱馈作用的影响。同时由于在高频下阻抗圆的半径较大,该方法具有较强的耐受过渡电阻的能力。仿真结果和录波数据均证实了该方法的有效性。

    2019年09期 v.43;No.430 3271-3280页 [查看摘要][在线阅读][下载 1155K]
  • 基于多端行波时差的海底观测网故障定位方法

    曾祥君;毛宇;邓丰;李越宇;

    目前海底观测网海缆故障检测定位受过渡电阻、自然环境与气候等多方面因素的影响,导致检测难度大、故障定位困难,为水下维修带来诸多困难。针对目前海底观测网故障定位存在的不足,论文首次提出了一种基于多端故障行波时差的海底观测网故障定位方法。首先,通过智能分支单元(branchunit,BU)确定故障线路,利用Floyd算法计算故障初始行波波头的最短传输路径;然后,将海缆等分为若干个等分点,通过海缆端点及连接点到各个等分点的距离建立行波初始路径矩阵,利用行波波速建立故障前的基准行波波头到达时差矩阵;故障后,利用安装在每条线路端点及连接点处的同步测量装置捕捉故障初始行波波头到达时间,建立故障后行波波头到达时差矩阵;最后,通过对比故障前、后行波波头到达时差矩阵的差异确定故障点准确位置。PSCAD仿真分析表明:所提方法实现简单、定位准确,为海底观测网电力系统安全可靠运行提供保障。

    2019年09期 v.43;No.430 3280-3287页 [查看摘要][在线阅读][下载 925K]
  • 含电力电子变压器的交直流混合电网最优潮流

    耿琪;胡炎;何建宗;周永言;赵伟;

    电力电子技术的发展以及直流电源和直流负荷的应用,促使交流电网向交直流混合电网转变。传统交流电网最优潮流(OPF)问题可以确定电网的安全经济运行状态,非线性潮流方程的存在使得OPF问题属于非线性非凸优化问题的范畴。在融合电力电子变压器(PET)的交直流混合电网中,PET的运行约束进一步增加了交直流混合电网OPF问题的非凸性。将重点解决交直流混合电网OPF问题的非凸性。交直流混合电网OPF问题的目标函数为最小化发电成本以及线路和电力电子变压器的损耗,约束条件包括交直流电网中各节点功率平衡约束,电压幅值约束,各支路功率约束以及和电力电子变压器相关的运行约束。使用凸松弛技术将OPF问题转化为半定规划(SDP)问题,并推导得出零松弛间隙的充分条件,以获得全局最优解。在含PET的扩展IEEE 33测试系统上进行仿真,证明了零松弛间隙的充分条件适用于实际交直流混合电网,并且可以获得全局最优解。

    2019年09期 v.43;No.430 3288-3298页 [查看摘要][在线阅读][下载 1166K]
  • 应用于直流电网的新型直流自耦变压器

    张颖;荆龙;吴学智;武文;魏梦航;

    为了满足直流电网对直流变压器高效率、低成本的迫切需求,改进传统直流变压器设计容量大、效率低的不足,研究了一种基于改进的双向隔离型DC/DC变换器串并联结构的新型直流自耦变压器(DC AUTO)拓扑,只有部分功率经过变压器传输,可部分降低变压器的容量和设计成本,可依据两侧直流系统的电压等级灵活地对子模块进行串并联组合。采用交错并联控制减小了子模块的滤波电感和电容值从而降低了子模块体体积和成本。为了确保系统稳定运行,采用电容电压均衡控制和平均控制实现系统均压及均流。根据两侧是有源或无源特性提出2种整体控制策略。最后,对所提出的拓扑和控制策略进行仿真分析和实验验证。

    2019年09期 v.43;No.430 3297-3305页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K]
  • 计算±1100 kV特高压直流输电线路对埋地油气管线磁感应影响的快速二阶差分方法

    李本良;葛小宁;李燕雷;蒋乐;邹军;

    高压直流输电线路发生极导线对地短路时,导线和地线中电流由于电磁感应在邻近埋地油气金属管道产生纵向感应电动势,造成对管线磁感应危险影响。±1100k V高压直流输电线路由于线路长,与金属管线交叉邻近的情况复杂,对评估方法的精度和效率有更高的要求。为定量评估危险影响的程度,提出一种采用二阶有限差分技术求解管道中的感应电流和对地电压的新计算方案,其对场线耦合传输线方程中内点采用有限差分技术离散,对管道端部,结合边界条件确定了相应的准确离散格式。通过与已有结果的对比,数值算例表明文中方法的正确性;同时,由于文中方法是二阶精度的,计算结果准确,计算效率高,为快速计算高压直流输电线路的磁感应危险影响提供了基础,可应用于特高压/高压直流输电线路对邻近埋地金属管线危险影响的评估。

    2019年09期 v.43;No.430 3305-3310页 [查看摘要][在线阅读][下载 970K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 基于机会约束规划的风–火–蓄联合系统优化调度

    马丽叶;王志强;陆肖宇;卢志刚;

    针对由于风电的间歇性和波动性而导致的大量风能成为弃风从而极大地降低风电消纳的问题,首先根据日前调度周期内风电预测功率平均值建立抽水蓄能机组的运行状态模型;其次,利用置信水平分别对风蓄联合机组的并网功率以及抽水蓄能机组的抽水功率和发电功率进行约束,以风蓄联合机组的最大经济效益和风火蓄联合系统的最小成本为目标,构建基于可信性理论机会约束规划的风火蓄经济优化调度模型;然后将改进惯性权重后的粒子群算法和随机模拟技术相结合并应用在模型求解步骤中。仿真结果表明,所构建的优化调度模型能减小风电上网功率的间歇性和波动性,减少弃风量和增加风电上网经济效益,并减小整体系统的投资运行成本。

    2019年09期 v.43;No.430 3311-3320页 [查看摘要][在线阅读][下载 1030K]
  • 基于有效容量分布的互联系统风电消纳能力评估

    孙伟卿;李恒;杜习周;王承民;

    我国拥有丰富的风力发电资源,但是弃风问题严重,亟需解决。电网互联作为解决这一问题的有效措施不仅可以有效提升风电消纳能力,而且对系统可靠性有着积极的影响。综合考虑源-网-荷各环节对风电消纳能力的影响,运用基于有效容量分布的随机生产模拟方法,在消纳能力评估中考虑互联系统可靠性指标,并提出机组剩余有效容量分布的概念,结合联络线输电能力分布表征系统的有效供电能力。通过与需求负荷匹配来计算各互联系统的发电量、支援电量、支援概率等评估指标,从而在保证系统安全、经济、可靠的前提下全面反映评估周期内风电消纳情况。最后,基于IEEE-RTS负荷数据的算例验证了该方法的有效性。

    2019年09期 v.43;No.430 3321-3327页 [查看摘要][在线阅读][下载 935K]
  • 基于动态响应参数的新能源发电站AVC系统

    彭世康;马红伟;曹立伟;甄立敬;毛建容;

    传统的基于静态配置电压无功响应参数来生成控制策略的发电站自动电压无功控制(automatic voltage and reactivepower control,AVC)系统,没有考虑电压无功响应参数与发电站当前运行状况的关系,难以适应发电站变化的运行工况,容易出现调节次数多、调节过程长甚至振荡调节等现象。对于拥有几百甚至上千台逆变发电单元的新能源发电站,其难以满足电站接入电网的电压无功响应速度要求。该文利用新能源发电站内一次设备之间的连接关系,以及潮流流经各设备后产生的功率损失和电压损失理论,推导了电站内各种电压无功调节响应参数的计算公式,研究出一种基于电压无功动态响应参数的新能源发电站AVC系统,它能实时计算发电站当前运行状况下的电压无功功率响应参数以及当前需要补偿的精准无功调节量。采用该算法的AVC系统产品已在多个光伏电站中得以应用。实践证明,新AVC产品通过1~2轮控制调节动作便可将电压和无功功率调整到调度要求的目标范围内,调节速度快,并能有效避免振荡调节现象,能使电站向电网输送更加稳定、优质的电能。

    2019年09期 v.43;No.430 3328-3336页 [查看摘要][在线阅读][下载 932K]
  • 计及风电功率不确定性的电力系统输电可靠性裕度快速评估

    李锴;党杰;孙鑫;杨丹;艾东平;马世俊;

    作为电力系统可用输电能力(availabletransfer capability,ATC)计算的重要组成部分,输电可靠性裕度(transmission reliability margin,TRM)反映了不确定性因素对电网输电能力的影响,其快速准确评估具有重要意义。为此,该文提出了一种适用于含风电场电力系统的TRM评估方法;所提方法结合随机响应面法(stochastic response surface method,SRSM)和计及关键约束的扩展潮流方程,能够合理反映负荷功率和风电功率的随机波动对电网输电能力的影响。通过IEEE-RTS测试系统的算例分析,验证了所提方法相较于采用蒙特卡洛模拟的计算方法,能显著提高TRM的评估效率。算例还分析了风力发电容量、概率分布参数和相关性,以及并网位置等因素对TRM的影响。

    2019年09期 v.43;No.430 3337-3343页 [查看摘要][在线阅读][下载 935K]
  • 直驱风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡特性分析

    邵冰冰;赵书强;裴继坤;李忍;宋斯珩;

    针对直驱风电场经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)并网引发的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,建立了并网系统的动态数学模型。利用特征值法分析了系统中存在的振荡模式,通过参与因子分析可知SSO模式是由直驱永磁风力发电系统和VSC-HVDC共同参与的,分析了直驱永磁风力发电系统直流侧电容、VSC-HVDC交流侧相电抗器、VSC-HVDC直流侧电容和电抗、风电场并网阻抗X/R的大小、等值风机台数对SSO阻尼特性和频率特性的影响。同时,建立了聚合等值风电场经VSC-HVDC并网的动态模型,利用特征值法分析了风电场的聚合特性对系统稳定性的影响。此外,将VSC-HVDC的接入分成源-网-控3部分,在3种不同的运行场景下利用特征值法分析得出VSCHVDC的控制特性和交流侧网络特性对系统SSO特性的影响。通过在PSCAD/EMTDC中搭建了直驱风电场经VSCHVDC并网的仿真模型,验证了理论分析的正确性。

    2019年09期 v.43;No.430 3344-3355页 [查看摘要][在线阅读][下载 1139K]
  • 基于时序数据动态天气划分的短期风电功率预测方法

    熊音笛;刘开培;秦亮;欧阳庭辉;何佳奕;

    依据天气模式分别建立预测模型是短期风电功率预测精细化的有效手段。传统基于聚类划分天气类别的风电功率预测方法,常采取提取特征量的思路"退化"适应聚类方法,而特征量难以全面反映复杂天气的变化信息,会削弱划分的可靠性。为保留各天气类型的动态变化性质,提出了一种基于时序数据动态天气划分的风电功率预测方法:采用t-分布邻域嵌入的非线性降维方法对相关气象指标进行降维处理;利用基于改进绝对距离、增速距离、波动距离组合指标的面板数据层次聚类方法对历史天气进行类别划分;针对不同风电天气类型,选取邻近日分别建立基于支持向量机回归的风电功率预测模型。通过甘肃某风电场群数据的验证,与基于特征提取天气划分的风电功率预测方法相比,文中提出方法的精确性有明显改善,验证了该风电功率预测改进方法的有效性。

    2019年09期 v.43;No.430 3353-3359页 [查看摘要][在线阅读][下载 1060K]

电力系统

  • 考虑网源协同的输电网适应性扩展规划

    樊金柱;李华强;刘万宇;张弘历;

    可再生能源大规模并网使电力系统基本形态和运行特性发生巨大改变,在规划初始阶段评估电力系统对可再生能源强波动性及不确定性的适应能力,对保障电力系统可靠运行、提升可再生能源消纳水平具有重要意义。针对适应性含义广泛且难以量化评估的问题,首先,从高比例可再生能源系统特征及实际运行状态出发,提出计及电网运行安全性、效率性、稳定性和供需平衡充裕性的电网结构及电源容量适应性指标,综合评价电网、电源发展对可再生能源的接纳能力。然后,基于适应性指标,建立考虑网-源协同优化的输电网多目标规划模型。针对各目标量纲不统一的问题,采用非线性化改进主成分分析法对每代种群个体进行综合决策以获取最优方案。最后,以Gaver-18节点测试系统进行算例仿真,其结果表明所提出的指标及规划模型能够在网-源协同的基础上,有效改善系统源荷平衡,提升系统高效、安全、稳定运行的能力。

    2019年09期 v.43;No.430 3360-3370页 [查看摘要][在线阅读][下载 1120K]
  • 基于最大熵隐马尔科夫模型的电网故障诊断方法

    胡江;赵冬梅;张旭;刘志伟;

    随着电网调控一体化的全面推进,针对低价值密度故障数据的有效诊断成为实现电网自愈化的关键。该文提出了一种基于最大熵隐马尔科夫模型(maximum entropy hidden Markov model, ME-HMM)的电网故障诊断方法,该方法首先对调度中心所接收到的遥信信息进行去噪解析,并基于保护-断路器关联关系定义了待诊断信息类型以及异常信息模式,然后结合电气量信息和开关量信息构建特征函数向量,并通过训练ME-HMM模型对故障数据所隐藏的异常模式进行挖掘。通过实例分析证明该方法能够实现对原始故障数据的精简,有效识别包括信息畸变、保护断路器不正确动作在内的异常信息,从而提高电网故障诊断效率。

    2019年09期 v.43;No.430 3368-3375页 [查看摘要][在线阅读][下载 1023K]
  • 基于FCS-MPC的电能质量综合调节器补偿策略研究

    刘涛;王慧慧;葛磊蛟;王松胜;

    为提高统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)对电能质量扰动的补偿精度和响应速度,将有限状态模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)算法引入到电网侧和负载侧控制器中,通过对补偿量检测环节进行改进,构建预测模型,价值函数以及滚动优化方法,设计了一种基于FCS-MPC算法的UPQC电能质量扰动补偿策略,降低了算法的复杂度和参数调试的繁琐性,有效提高了控制算法的补偿精度和响应速度。该文应用MATLAB/Simulink仿真环境构建仿真模型与控制算法,分别针对电压暂降/暂升补偿、谐波补偿、非线性电流补偿、无功功率补偿、负序分量补偿进行了仿真分析,实验结果验证了所设计方法的正确性和可行性。

    2019年09期 v.43;No.430 3377-3384页 [查看摘要][在线阅读][下载 1813K]
  • 采用三次谐波注入策略的模块化多电平换流器动态相量模型

    李探;梅念;陈东;乐波;马为民;李高望;

    采用三次谐波注入策略可有效提高模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的直流电压利用率,从而减小换流器的稳态和暂态电流应力,降低换流器的损耗,提高换流器的安全裕度和故障穿越能力。针对采用三次谐波注入策略的MMC,分析了子模块电容电压、桥臂电流、桥臂电压的主要谐波分量;通过将各次主要谐波分量表示为相量,最终建立了16阶MMC动态相量模型,然后将其线性化建立了小信号分析模型。所建模型可方便地与直流侧、交流侧以及控制系统进行接口,适用于采用三次谐波注入策略的MMC稳态解析分析和小信号稳定性分析。通过在PSCAD下建立电磁暂态仿真模型并对比仿真结果和解析计算结果,验证了所建立模型的精确性。

    2019年09期 v.43;No.430 3384-3393页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K]
  • 基于阀组串联的柔性直流单阀组在线投入/退出控制方案

    郭贤珊;周扬;杨美娟;姚为正;

    高压大容量柔性直流系统采用高低阀组串联方案时,单阀组在线投入/退出控制是一项重要环节。首先基于系统主接线方式及直流场开关配置方案,以直流电流连续不中断为要求,研究了阀组在线投退过程中直流场开关的顺控操作。其次分析了开关操作对阀组直流电压、直流电流控制的要求,并提出了MMC定直流电流均压控制策略。之后研究了系统内各站之间的配合关系,基于各站同步投退的方案设计了直流电压调节过程中2种功率调节方案。最后,综合得出了单阀组投退时系统的整体控制方案并进行了仿真,结果验证了所设计的阀组投退方案的有效性和可行性。

    2019年09期 v.43;No.430 3393-3398页 [查看摘要][在线阅读][下载 1016K]
  • 高压直流系统常用3种基本控制策略的对比分析

    文兆新;傅闯;汪娟娟;黄星海;龚英明;王子民;

    在高压直流输电的控制系统中,换流器控制级用于控制换流器的触发相位,并实现直流侧的定电流、定电压和定关断角控制。在直流输电工程中,控制系统多以SIEMENS或ABB公司的控制策略为基础,而CIGRE HVDC标准测试模型因结构简单、具有借鉴性而被广泛用于直流输电的研究。因此,对CIGRE HVDC标准测试模型、SIEMENS和ABB的基本控制策略进行比较,并分析不同控制配合方式下系统暂态性能和换相失败免疫性能,对直流输电测试模型的改进和完善具有重要作用。首先对CIGRE、SIEMENS和ABB 3种基本控制策略进行介绍,基于CIGRE HVDC标准测试模型分别搭建了以SIEMENS、ABB基本控制策略为基础的控制系统,仿真分析了3种控制策略下系统的稳态和暂态响应,并对比了3种控制方式下系统的换相失败免疫因子和换相失败概率指标。

    2019年09期 v.43;No.430 3399-3408页 [查看摘要][在线阅读][下载 2404K]
  • 特高压混合多端直流输电系统中串联换流阀组间的电压平衡控制策略

    郑安然;郭春义;崔鹏;赵成勇;

    特高压混合多端直流输电系统结合了电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势,可以实现多电源供电、多落点受电的远距离大容量输送要求。针对特高压混合多端直流输电系统中同一换流站内串联换流阀组之间的电压不平衡问题,分析了电压不平衡的原因,并提出了一种基于串联换流阀组间电压–功率偏差量的电压平衡控制策略,该控制策略简单有效便于工程实现。然后基于PSCAD/EMTDC搭建了特高压多端混合直流系统的仿真模型,通过对比切除/投入电压平衡控制时系统的动态特性验证了电压平衡控制策略的有效性。为进一步分析该控制策略对系统动态性能的影响,研究了特高压混合多端系统在功率阶跃变化和交流故障情况的动态响应,结果表明所提出的控制策略简单有效,且在不同运行工况下均可以实现串联换流阀组之间的电压平衡。

    2019年09期 v.43;No.430 3408-3414页 [查看摘要][在线阅读][下载 1188K]
  • 移动变电站技术进展综述

    汤振鹏;刘泽庭;胡中;樊亚东;许巧云;王建国;

    移动变电站机动性强,结构紧凑,移动方便,在事故抢修、自然灾害救援、容量备用和紧急转移供电等情况下具有重要作用,近年来国内外移动变电站发展迅速。综述了国内外移动变电站在电压等级、容量以及应用领域方面的发展历程,总结了移动变电站单车装载、两车装载、三车装载、撬装以及船载5种结构形式,归纳了国内外移动变电站的容量和技术参数,对比了移动变电站不同结构形式及容量大小,分析了移动变电站省域分布情况,介绍了国内外移动变电站不同应用场合、容量和技术参数的典型案例,并对移动变电站未来的需求作出了展望。

    2019年09期 v.43;No.430 3415-3425页 [查看摘要][在线阅读][下载 2166K]
  • 低阻抗加速反时限过电流保护

    刘玉娟;卫志农;孙国强;张伟;

    常规反时限过电流保护广泛应用于配电网中。由于整定计算方法的要求,在最小运行方式下,靠近电源的保护动作延时通常较长,速动性差。因此,该文提出一种采用测量阻抗作为加速因子的低阻抗加速反时限过电流保护。对于区内短路,可以有效减小动作延时;对于区外短路,可以保证上下级保护的配合关系。通过仿真分析验证了所提保护原理及其在含有分布式电源配电网中动作的正确性。

    2019年09期 v.43;No.430 3424-3431页 [查看摘要][在线阅读][下载 845K]
  • 基于角频率偏差补偿的VSG有功控制

    陈宇杰;王淳;王青;刘宽;伍惠铖;

    传统的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)有功控制调节虚拟惯量和虚拟阻尼无法实现系统各动态性能指标的一致性改善,为此提出基于角频率偏差补偿的VSG有功控制。该控制策略是在原输出有功功率上叠加角频率的偏差补偿,加快VSG跟踪有功功率指令的速度,减小动态过程中有功功率的不平衡差额。通过调节角频率偏差补偿系数,在不改变原VSG有功控制稳态性能的同时,对系统动态性能的改善具有一致性,能同时满足有功和角频率最大超调量减小,系统响应时间和调整时间缩短的VSG控制器设计要求。最后通过Matlab/Simulink仿真算例验证了所提控制策略的有效性和优越性。

    2019年09期 v.43;No.430 3432-3439页 [查看摘要][在线阅读][下载 1015K]

高电压技术

  • 变压器拓扑修正暂态模型及其在直流偏磁耐受评估中的应用

    李金龙;李金忠;张书琦;

    近年来,随着特高压线路建设及投运数目的增加高压直流输电系统引起的直流偏磁日趋严重,非常有必要对变压器进行直流偏磁耐受评估。而直流偏磁工况下变压器激磁电流计算是直流偏磁耐受评估的重要研究内容。因此,根据变压器的铁心结构、绕组布置、逆磁滞回模型利用磁路-电路对偶原理提出一种综合考虑其结构特征与铁心材料的非线性磁化特性的拓扑修正暂态模型用于变压器直流偏磁激磁电流的计算。数值计算结果与试验测量数据具有良好的一致性,验证了所提模型的有效性。分析解释了不同材料、铁心接缝气隙厚度和漏感参数对计算结果的影响。经验证,变压器铁心材料对直流偏磁激磁电流的影响较小,气隙厚度和漏感参数是影响计算结果的重要参数,需根据试验结果对初始估计值进行必要修正。所得结论可为变压器拓扑修正暂态模型在直流偏磁耐受评估中的应用提供必要参考。

    2019年09期 v.43;No.430 3439-3447页 [查看摘要][在线阅读][下载 1709K]
  • 淋雨条件下瓦型导线的电晕特性

    胡琴;伍炜卫;彭华东;李永福;杨航;

    为研究淋雨条件下瓦型导线的电晕特性,在人工气候室中对单根瓦型导线JRLX/T-310/40和钢芯铝绞线LGJ-300/40进行干燥和不同程度淋雨条件下的电晕实验,利用紫外成像仪和声级计观察电晕放电情况。结果表明,在同等电场强度的条件下,瓦型导线在淋雨条件下的电晕损失和可听噪声值明显高于干燥条件,且随着雨量的增大,电晕损失和可听噪声值增加,起晕电压明显下降;同等条件下,瓦型导线的电晕损失和可听噪声值都明显低于钢芯铝绞线,表明瓦型导线能较好改善导线的电晕特性。

    2019年09期 v.43;No.430 3447-3452页 [查看摘要][在线阅读][下载 1792K]

  • 特约主编寄语

    艾芊;

    <正>能源是社会和经济发展的动力和基础。作为清洁能源消纳和能源替代的基础实现平台,区域能源网是多种能源、智能电网与信息网高度耦合的网络,也是以智能电网为主框架的多种能源的高效传输、利用、转换的平台,通过各层、各区域的智能主体交互,力图达到最佳状态,获取相对合理的最大收益。形态特征是区域能源网的认知基础;互动机制是整合不同区域能源网资源,协调不同利益主体经济有序运行的规则和全局优化的前提;市场

    2019年09期 v.43;No.430 3049-3050页 [查看摘要][在线阅读][下载 174K]
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