基于修正J-A模型和改进遗传算法的变压器建模方法

变压器直流偏磁会导致铁心半周饱和,可能导致高压直流输电系统中谐波不稳定现象发生。为实现对直流偏磁条件下变压器运行工况的精确模拟,基于能量守恒式及Langevin方程对原Jiles-Atherton(J-A)模型进行修正;进一步提出了适用于修正J-A模型参数辨识的改进遗传算法,提高了传统遗传算法的全局搜索精度和收敛速度。在PSCAD/EMTDC中基于修正J-A模型搭建了非线性磁滞电感,在此基础上建立变压器仿真模型;基于等比缩小的变压器实物进行直流偏磁实验,将励磁电流仿真波形与实验波形进行对比。结果表明:修正的J-A模型物理意义更加明确,改进遗传算法具有更高的精度和更快的收敛速度,所建变压器模型与实验结果吻合度很高,验证了所提建模方法的准确性。

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

新能源并网逆变器的阻尼互济控制策略

光伏与风电换流站近区并网发电可在一定程度上实现新能源随机波动情况下的电能互补。然而,新能源密集汇入电网易触发宽频振荡风险。目前,常采用逆变器阻抗重塑法抑制电压源逆变器–电网耦合系统宽频振荡现象,但该方法对高频谐振抑制有限。对此,提出一种新能源逆变器的阻尼互济控制策略,利用光伏和风电在时间尺度上的互补特征,将光伏和风电逆变器在间歇阶段重塑为阻抗适配装置,在风光能量互补的同时,实现了阻尼互济,综合抑制新能源并网发电引发的宽频振荡现象。最后,基于RT-Box实验平台验证了所提控制策略的有效性。

考虑水光蓄互补和直流外送的电力系统分布鲁棒优化调度方法

光伏发电具有随机性和波动性,其日前预测与实际出力总是存在一定差距。为解决双碳背景下水电和光伏等清洁可再生资源的消纳问题,该文提出一种考虑水光蓄互补和直流外送的电力系统分布鲁棒优化调度方法。首先,利用梯级水电协同抽蓄机组的快速调节能力提高水光互补利用空间,针对直流外送功率可优化调节利用进行建模,并采用交流潮流法计及换流站的有功和无功损耗,以最小化系统运行成本和弃光惩罚为目标,提出考虑水光蓄互补与直流外送的电力系统优化调度模型;在此基础上,考虑光伏出力不确定性,提出基于广义矩信息模糊集的两阶段分布鲁棒优化模型,第一阶段针对基础场景优化电力系统调度决策,第二阶段则最小化光伏发电最坏不确定场景下的弃光惩罚期望;最后,通过算例验证所提模型的有效性。

基于等效电流源的级联混合直流馈入系统强度影响分析

级联型混合直流系统受端的模块化多电平换流器高压直流系统(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)和电网换相换流器高压直流系统(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)会因馈入点电气距离较近而存在强相互作用关系。为明确级联型混合直流馈入系统中MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响,提出考虑幅值和相位的MMC等效电流源的简化等效方法,基于所提MMC等效原理将级联型混合直流馈入系统等效成单馈入LCC-HVDC系统,分析等效单馈入系统的参数计算方法,并提出等效单馈入短路比评估指标。最后通过该指标分析归纳了不同控制方式、不同电气距离下等效单馈入系统的系统强度变化情况,即为MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响规律。机理分析和基于PSCDAD/EMTDC、MATLAB的仿真结果表明,所提等效方法具有有效性且所提指标能很好地反应MMC-HVDC对LCC-HVDC系统强度的影响。

基于周期性最大功率点检测的风电机组功率备用控制方法

风电机组通常运行于最大功率输出模式,无法为受扰电网提供紧急功率支撑。稳态时预留部分出力可提高风电机组主动电网支撑能力,为此提出一种基于周期性最大功率点(MPP)检测的风电机组功率备用控制(PRC)方法。通过周期性执行最大功率点跟踪程序检测风电机组实时MPP,一旦检测到MPP即可确定PRC模式参考值并切换为直接功率控制。设置伪单调转速-机械功率曲线使风电机组稳定运行在超速功率备用点,并通过储能装置平抑MPP检测产生的峰值功率波动。仿真结果表明提出的控制方法在定风速和变风速情况下均可以准确控制检测风电机组MPP并实现PRC,并且使得风电机组一次调频效果优于传统PRC。

抑制不同运行方式下故障电流的直流电网网架结构优化方法

直流电网故障电流水平决定了限流装置成本以及换流元件寿命,而通过网架结构优化可有效降低故障电流水平。然而,现有的网架结构故障电流水平评价指标存在一定误差,且不能反映不同运行方式下的综合故障电流水平。因此,提出一种抑制不同运行方式下故障电流的直流电网网架结构优化方法。首先给出直流电网短路故障电流的计算方法;然后提出基于图论的网架结构通用表示方法,在此基础上提出正常运行方式及N–1运行方式下的故障电流水平综合评价指标;最后提出一种以抑制不同运行方式下故障电流的直流电网网架结构优化方法,并通过PSCAD/EMTDC软件在六端直流电网中验证了所提方法的有效性。

基于三次谐波注入的桥臂交替换流器子模块电容优化方法

桥臂交替换流器(AAC)具有子模块数目少和电容小等优点,在交直流系统功率互联和柔性直流输电中具备广阔应用前景。针对AAC存在的固定调制度运行缺陷和工程应用子模块电容经济性问题,提出了一种基于三次谐波注入的AAC子模块电容优化方法和闭环控制策略。文中首先介绍了AAC的拓扑结构和运行原理,根据换流器能量平衡方程给出注入三次谐波后AAC的宽调制度运行条件,并设计了AAC的闭环控制策略;然后,基于子模块电压波动数学模型,建立了AAC的能量波动方程,能够精确生成不同调制度和功率因数角下的能量波动模型,定量分析了注入三次谐波后能够降低的能量波动峰值和子模块电容优化率,所提出的子模块电容优化方法和闭环控制策略在实现AAC宽调制度稳定运行的同时,注入的三次谐波不改变AAC能量平衡条件,最高能够降低AAC子模块电容大小为传统控制方式下的12.1%;最后,在电磁暂态仿真软件和StarSim半实物平台中搭建模型,验证了所提分析方法和控制策略的有效性。

考虑微电网联盟协调运行的用户侧共享储能多计费方式博弈定价方法

传统的分布式储能及其单一的购、售电电量计费模式已逐渐难以满足如今微电网联盟的运行要求。提出微电网联盟参与的用户侧共享储能多计费方式博弈定价模型。引入共享储能的概念并介绍共享储能-微电网联盟运行框架;分别建立共享储能、微电网联盟的优化运行模型;为了兼顾各主体的利益诉求,考虑共享储能与微电网联盟的利益博弈关系,提出共享储能与微电网联盟间的Stackelberg博弈定价模型;利用求解器与粒子群优化算法相结合的方法优化共享储能与微电网联盟的运行策略。仿真结果表明,所提方法有利于降低微电网联盟的运行成本,提高系统运行的经济性。

考虑网络重构和应急资源的灾后配电网信息物理系统协调恢复方法

近年来,极端天气灾害频发给配电网信息物理系统造成了严重影响,因此,灾后配电网和信息网的协调恢复至关重要。为减小灾后系统的损失,提出了一种以系统损失成本最小为目标的配电网信息物理系统灾后多源协调恢复方法。基于配电网和信息网的耦合建立系统灾后协调恢复模型,综合考虑分布式发电机组、储能设备、网络重构、移动应急资源等措施来加快负荷的恢复;在此基础上考虑新能源出力的不确定性,提出基于信息间隙决策理论的配电网信息物理系统灾后多源协调恢复方法;采用IEEE 33节点配电网和21节点信息网仿真验证了所提方法的有效性。

低容值级联对称半桥型静止同步补偿器

级联H桥型的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)具有模块化程度高、可靠性高、输出谐波特性好等优点,受限于直流电容电压波动要求,子模块需要采用大容值电容,阻碍了变流器的高功率密度化。为降低STATCOM的成本及体积,该文提出一种低容值的级联对称半桥型STATCOM,可较大程度减小子模块电容值及开关数量。通过分析低电容值条件下直流侧电容电压波动规律,揭示了直流侧电容值、电容电压波动大小与输出无功电流的关系,提出直流侧电容选取方法。为最大化利用直流电压,研究直流侧电压参考取值原则,实现对电压波动的峰、谷值控制,提出直流总电压控制及子模块电容电压均衡控制策略。分析了容性与感性无功模式下STATCOM的运行范围,揭示运行范围与电容电压波动上限的关系。最后,通过仿真与实验验证了电容值降低方法与控制策略的正确性及有效性。

丘陵谷地传统聚落空间形态及其环境适应性解析——以重庆黔江凤台村为例

巴渝地区多样性与异质性地理环境孕育了极具特色的传统聚落空间。传统聚落研究大多探究其空间形态、形制格局、类型特征及演进规律,而针对多文化汇集区——武陵山片区传统聚落空间形态及其环境适应性的综合解析框架的整体性不足,没有考虑与社会环境多因子要素相结合。本文以丘陵山谷地区的重庆黔江土家族聚落凤台村为研究对象,采用空间句法作为分析工具,通过对整合度与聚落结构、选择度与聚落节点、理解度与聚落界面的模拟分析,探讨以环境适应性为核心的耦合互动机制,并进一步结合地理环境、生计环境和文化环境等多因子影响因素,具体阐释这种互动机制的诱因、制约、协同与调适过程。研究发现:(1)凤台村聚落空间呈带状分布,空间组织受主轴线与等高线双重限制,空间布局呈现中部聚集,边缘分散的形态,并最终形成顺应地形、平行轴线、均匀分布的聚落肌理,具有相似特征的聚落形态在渝东南、鄂西南、湘西北等中国南方山地区域广泛分布。(2)凤台村聚落沿山谷等高线布局,呈现出“长街短巷”空间特征,是基于民间生活习俗自下而上形成的聚落主体结构,该街巷结构空间承载了集约生产、公共生活、邻里交流等多重功能,体现了丘陵谷地区域乡土社会的特色结构。(3)凤台村聚落的公共空间分为生产性、生活性和文化性三类。其中生活性空间连接性较高,与当代农业生计的延续相关;文化性空间的选择度有限,与公共空间环境配套不足下的行为感知度弱化有关。(4)凤台村聚落界面是人地关系下自然与人工机制的相互作用结果,反映了聚落共同体基于生计方式、民俗文化和自然地理的互动机制;形成了明确的生活区、生产区和公共文化区,展现了乡土社会多民族交融的文化习俗。本研究可为传统聚落遗产保护修复、文化旅游开发以及乡村全面振兴建设提供理论支撑,为丘陵谷地传统聚落的可持续发展提供实践指导。

湿热风缓地区传统聚落空间对风环境的影响效应

目的综合解析湿热风缓地区传统聚落空间对风环境的影响效应。方法基于田野调查,利用CFD软件对聚落整体和聚落建筑的风环境进行模拟分析;选取凤台村3栋典型三合院,分析不同长高比和宽高比对聚落空间风环境的影响。结果在聚落整体街巷结构与建筑密度的综合影响下,凤台村冬季的聚落空间风速总体呈东北高、西南低的分布特征,夏季的聚落空间风速呈由村口向东北方向的递增规律,聚落整体风环境良好;模拟分析得出聚落建筑吊脚干栏的最佳空间形制:宽高比为6,长高比为7.2。结论聚落空间风环境受到街巷结构与季节主导风、建筑形态与密度的综合影响,传统聚落空间形制体现了对区域风环境的高效适应,以及对局部微气候的有效利用,建议在进行聚落保护规划与地域建筑设计时应遵循此空间形制特征。

考虑气电联合需求响应的气电综合能源配网系统协调优化运行

在未来多能互补、综合能源系统的背景下,传统配电网和配气网独立调度运行的模式已经不能满足多种能源互补的运行要求。为此,该文提出气电综合能源配网系统最优潮流的凸优化方法,即利用二阶锥规划方法对配电网潮流方程约束进行处理,并提出运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法对天然气潮流方程约束进行处理,进而将非线性的气电综合能源配网系统优化调度问题转化为混合整数二阶锥规划模型,为气电综合能源配网的气/电协调优化运行和规划设计提供支撑。同时在配网系统中引入气电联合需求响应来提高系统调度的可控性和灵活性,从而更好的消纳新能源,以达到配网系统的优化运行。仿真结果表明,运用增强二阶锥规划与泰勒级数展开相结合的方法能更好提高配气网的二阶锥松弛精度,且考虑气电联合需求响应能够提高综合能源配网系统运行的经济性和新能源的消纳能力。

考虑联合热电需求响应与高比例新能源消纳的多能源园区日前经济调度

在由风机、光伏电池、燃气轮机、热电联产机组、电锅炉、储气设备、储热设备以及电、热负荷构成的热电联供园区系统的基础上,提出考虑联合热电需求响应的多能源园区日前经济调度模型,进一步提高可再生能源渗透率。仿真结果说明了电转气、电转热、储气、储热设备以及联合热电需求响应对高比例新能源的消纳能力及园区经济效益的提升。

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。

基于储能单元运行方式优化的微电网经济运行

在分析现有微电网各单元模型及微电网合理运行方式的基础上,建立了能满足实际约束的蓄电池充放电模型。以提高微电网运行的经济效益为目标,通过先后求解蓄电池及燃料电池的合理运行方式,最终确定微电网最佳运行方式。使用动态规划求解蓄电池最佳运行方式时,将蓄电池充放电过程离散化处理,并在此基础上由经济运行原则确定了合理的阶段及过程评价指标,以量化蓄电池动态效果。通过对实际算例进行分析,验证了该方法的有效性和可行性。

风电场经MMC-MTDC系统并网的几个关键问题

随着风电大容量远距离输送需求的增长,柔性直流输电技术的快速发展,基于模块化多电平换流器(module multilevel converter,MMC)的多端柔性直流系统在大规模风电场并网应用中优势凸显,前景广阔。为此,首先考虑2种直流线路保护方案,从经济性和技术性2方面阐述了3类多端柔性直流风电并网系统的拓扑结构以及优缺点;接着,分析了3种系统级协调控制策略在风电并网多端系统中的应用与改进,包括主从控制、直流电压裕度控制和直流电压下垂控制;然后,针对风电并网运行中较为突出的故障穿越问题,从交流故障和直流故障2方面,讨论了提高含风电并网多端柔性直流系统故障穿越能力的方法;最后,对未来大规模风电并网其他关键技术问题进行了展望。

基于混合式直流断路器的柔性直流电网快速重合闸策略

基于混合式直流断路器(hybrid direct current circuit breaker,HDCCB)保护的柔性直流电网在故障清除之后,需要对故障线路进行快速重合闸操作。在直流系统被孤立的换流站重合闸于故障清除状态的故障恢复期间,会有较大的功率波动导致重合闸过程中功率恢复缓慢,不能满足直流电网快速重合闸的要求。该文首先基于HDCCB的拓扑结构提出重合闸操作时间最短的快速重合闸操作流程。然后基于直流电网的控制系统,从直流电网的故障开断过程出发,揭示了在直流电网重合闸过程中功率波动的原因,并且提出了优化之后的快速重合闸策略,以实现直流系统重合闸于故障清除状态时功率的快速恢复。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建5端柔直系统进行仿真,结果表明所提出的快速重合闸策略能够有效地抑制孤立换流站在重合闸于故障清除状态时故障恢复过程中的功率波动,缩短重合闸恢复时间50%以上,提高直流系统的输电可靠性。