基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。提出了一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。

考虑平抑风光波动的ALK-PEM电解制氢系统容量优化模型

为提高风光资源的利用率,电解水制氢受到了广泛关注,但氢能在生产过程中易受到风光波动性的影响。由此,提出考虑平抑风光波动的碱性-质子交换膜(alkaline-proton exchange membrane,ALK-PEM)电解制氢系统容量优化模型。首先,为降低风光瞬时功率波动对电解制氢系统安全稳定运行的影响,采用EMD算法分析原始风电和光伏功率的瞬时波动特性,并经超级电容(supercapacitor,SC)进行平抑,构建了基于EMD的SC容量配置模型。其次,考虑不同电解槽运行特性因素,将质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解槽和碱性(alkaline,ALK)电解槽相组合替代单类型电解槽的制氢系统,提出了ALK-PEM电解制氢系统容量优化模型,以提高制氢系统经济效益。最后,以某风电场和光伏电站数据为例,通过仿真计算得到系统的容量规划结果,验证所提模型在平抑波动和提高可再生能源利用率方面的有效性,并提高了制氢系统的经济性。

基于集成深度神经网络的配电网分布式状态估计方法

随着大量分布式能源的接入,配电系统的运行与控制方式愈加复杂。针对配电网状态估计方法面临分布式电源波动数据辨识困难、估计精度低、鲁棒性与估计时效性差等问题,提出一种基于集成深度神经网络的配电网分布式状态估计方法。首先,利用量测数据相关性检验的数据辨识技术识别不良数据和新能源波动数据。在此基础上,利用时域卷积网络(temporal convolutional network,TCN)-双向长短期记忆网络(bidirectional long short term memory,BILSTM)对不良数据进行修正。然后,建立集成深度神经网络(deep neural network,DNN)状态估计模型,采用最大相关-最小冗余(maximum relevance-minimum redundancy,MRMR)的方法优化训练样本,从而提高状态估计的精度和鲁棒性。最后,建立分布式集成深度神经网络模型,弥补了集中式状态估计速度慢的不足,从而提高状态估计效率。基于IEEE123配电网的算例分析表明,所提方法能更准确地辨识分布式电源波动数据和不良数据,同时提高状态估计的精度和效率,且具有较高的鲁棒性。

考虑需求响应优先级的配电终端虚拟电厂优化调度研究

虚拟电厂技术提升了分布式能源消纳潜力、填补了电网调度盲区。为引导用户参与电力调度,在激励型需求响应购电协议基础上,构建了包含智能家居负荷和冷热联供建筑相变储能系统的虚拟储能模型,并量化分析各类资源可调度裕度;以用户响应特性为指标,采用熵权法评估各类用户负荷的动态响应性能,设置虚拟储能参与调度的动态响应优先级;以虚拟电厂收益最大为目标,综合考虑资源购电成本、电热平衡等因素,提出了集分布式电源和智慧社区激励响应负荷的终端虚拟电厂优化调度模型,采用改进光线寻优算法对模型求解。结果验证了所提方法的有效性。

基于模型预测控制的输入并联输出串联双有源桥变换器均压控制策略

以双有源桥变换器(dual-active-bridge converters, DAB)为子模块、输入端并联输出端串联(input parallel output series, IPOS)构成的IPOS-DAB变换器是全直流风电系统实现风电直流汇集与送出的关键枢纽。IPOS-DAB变换器在工程实际应用中元器件参数存在差异,并串联时不同DAB子模块输出功率不均衡,导致DAB子模块输出电压电流不均衡,进而会造成子模块损坏的机率大增,极大地降低了系统的可靠性。传统均压控制存在可靠性较低、动态性能不足的问题,因此无法满足外部动态扰动时的控制要求。针对此问题,结合模型预测控制(model predictive control, MPC)方法的优势,采用模型预测控制对IPOS-DAB变换器进行均压控制。首先根据IPOS-DAB变换器建立预测模型,然后设计控制目标函数及整体控制策略。最后在Matlab/Simulink中搭建系统模型,在不同工况下与传统均压控制进行对比仿真验证,证明了所提控制策略具有更好的均压控制效果。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。

基于斯塔克尔伯格博弈的光伏制氢系统能量优化管理策略

针对由于氢能生产经济性低,难以满足日益增长的氢能需求问题,提出基于斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈机制的光伏制氢系统能量优化管理策略。首先,在博弈模型中,氢能生产商作为上层领导者,以净收益最大为目标制定与下层用户交易的氢能价格;用户作为下层跟随者,以最大消费者剩余为目标,并兼顾上层氢能生产商制定的售氢价格,对自身用能策略进行调整,并将所需负荷量反馈上层,两者进行博弈,最终达到博弈均衡。其次,在考虑氢能生产商收益和用户用氢需求的基础上,建立光伏制氢系统能量管理模式以优化制氢系统各个设备出力,达到提高氢能生产商的经济性和满足用户氢能需求的目的。最后,通过分析氢能生产商与用户的博弈目标及策略,从理论上证明了博弈存在唯一均衡解,并调用Cplex求解器对模型进行求解。结果表明,所提出的基于Stackelberg博弈能量的优化管理策略可有效提高系统的经济性和满足用户需求,达到了博弈双方双赢的效果。

频率的时空分布对低频减载的影响研究

基于电网网架结构、发电机组分布、机组参数及负荷类型等因素的影响,系统频率特性呈现为时空分布。由于系统频率是制定低频减载方案的依据,致使低频减载装置不能按照设计的理想状态动作。针对某地区电网解网事故,详细分析了功率缺额下系统频率的动态特性及低频减载装置的动作情况。基于频率的时空分布特性考虑低频减载装置动作后频率恢复效果、切负荷大小及切负荷类型等影响因子,分析了负荷特性对频率的影响,提出了分散切负荷和集中切大用户工业负荷的两种研究方案。研究结果阐明集中切大用户工业负荷可快速恢复系统的频率,并对居民负荷影响较小。因此,对实际电网运行、低频减载方案的制定具有重要的参考价值。

一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护

双馈风电系统谐波含量高、频率偏移、弱馈性等故障特征造成传统工频距离保护存在适应性问题;时域距离保护在风电短距离送出线路中适应性较好,但在风电长距离送出线中受分布电容的影响易发生距离I段暂态超越现象。提出一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护。从长距离送出线距离保护适应性角度出发,分析基于集中参数线路模型的时域方程模型误差,提出基于时域方程模型误差的时域距离保护测量电抗修正方法,并考虑过渡电阻参数的影响,构建适用于集群风电长距离送出线距离保护动作判据。通过新疆某地区集群双馈/直驱集群风电送出线发生故障时的实验数据,测试验证了所提出的时域方程模型误差修正距离保护能较好地适用于各类型集群风电长距离送出线,有效地避免距离I段区外发生故障时的暂态超越现象,并且抗过渡电阻性能良好。

大型双馈式变速恒频发电机组对电网影响仿真分析

建立了基于电机矢量控制原理的双馈式变速恒频风力发电机组的动态数学模型,在Matlab/Simulink环境搭建了系统仿真模型,对大型双馈式变速恒频风力发电机组并网后对电力网络的影响进行了仿真分析。仿真结果表明并网运行的双馈式变速恒频发电机组动态性能良好,变速平稳,能够有效控制机端电压,对电网故障恢复起到一定的作用。

应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究

钻遇高产气层时,气体大量侵入井内,应急放喷施工造成井下管柱面临严重冲蚀。为分析大放喷量、高携砂率工况下井下管柱的冲蚀情况,开展了应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究。应用有限元法,利用ANSYS-Fluent数值模拟软件,针对钻杆水眼和钻杆-套管环空内的流场特性、颗粒轨迹和冲蚀行为开展了模拟分析,得到了日放喷量和日出砂量对冲蚀的影响规律。结果表明:当通过钻杆水眼放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头内壁缩径面;当通过环空放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头外壁迎风坡;从环空放喷时的冲蚀程度比从钻杆水眼放喷时更为严重。基于研究结果,建议通过钻杆水眼进行放喷,在放喷初期采用小排量放喷,待井筒内泥浆、岩屑和砂粒几乎放喷完后再增大放喷量,可有效降低管柱冲蚀。该研究成果为高压高产气井应急放喷施工方案的制订提供了依据。

大容量风电场对新疆电网暂态稳定影响灵敏度分析

现阶段新疆电网结构较为薄弱,风电比例又比较大,风电对新疆电网稳定的影响日益增大。应用电力系统综合程序分析研究达坂城风电一场和二场以不同方案接入对新疆电网稳定性的影响,分析比较了网内大机组切机、联络线三相短路故障情况下全网机组功角、电压、频率变化,风电场出力变化,联络线功率变化,以及故障极限切除时间和暂态稳定的裕度。研究表明,达坂城风电场目前的接入方案不会对电网稳定运行产生实质性影响,而且如果将达坂城风电场改接达坂城变电站将更加有利于电网的稳定运行。

风力异步发电机的建模与仿真

该文基于风电系统稳定性研究中风力异步发电机组数学建模的需要 ,按照发电机惯例建立了以暂态电势为变量的风力发电机组的数学模型 ,并运用MATLAB/SIMULINK对数学模型进行了仿真。仿真结果与风力发电机组实际运行情况相符。

基于MATLAB的布尔津风电系统静态稳定分析

考虑同步发电机调节系统作用,建立了适合静稳计算的风电系统数学模型,并应用Matlab仿真软件进行小扰动后布尔津风电系统静态稳定性分析计算.计算结果证明系统静态稳定.

电网故障时大型光伏电站直流外送系统LVRT控制策略

以大型光伏电站直流升压外送系统为研究对象,当交流电网发生不同类型故障时整个系统在传统电压电流双闭环控制策略下存在并网电流畸变和直流母线过电压问题,无法实现低电压穿越。针对上述问题,从并网电流畸变和直流母线过电压的机理出发,提出一种将光伏发电模块MPPT模式的动态切换控制与基于优化型DDSRFPLL的VSC换流器正负序双电流环控制相结合的新型低电压控制策略。通过前级光伏电站与后级VSC换流器两者之间的协调配合,有效抑制直流母线的过电压和负序分量对并网电流的影响,成功实现大型光伏电站的低电压穿越运行,可大大提高大型光伏电站接入系统稳定运行的能力。并在Matlab/Simulink中搭建一个4MW/±30kV的光伏直流升压外送系统模型,仿真验证该新型控制策略的有效性。

MATLAB/SIMULINK在电力系统仿真中的应用

介绍了Matlab/Simulink仿真工具在电力系统仿真中的应用方法.

基于PSCAD/EMTDC的并网型风电机组动态仿真

应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对含风电的电网建模以及风速突然变化和电网发生短路故障情况进行了仿真分析,仿真结果表明并网运行的变速风力发电机组具有良好的运行特性,对电网也可以起到一定的稳压和无功调节的作用。

基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法

直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题。针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法。通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用。分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况。直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5~7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据。利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,实现故障极全线速动保护。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长。

水电-风电系统的小干扰稳定分析

为了研究风电场和电力系统相互作用的稳定性,提出一种用于小干扰稳定分析的风电系统的数学模型,并应用MATLAB语言编程对新疆布尔津水电-风电系统进行了小干扰稳定分析。分析结果表明,当风电装机比例在13.9%的情况下,布尔津水电-风电系统在小扰动下是稳定的。

基于直流偏磁风险指标的变电站选址

以哈密-郑州±800 kV特高压直流(UHVDC)工程为背景,为使UHVDC接地极周边的交流变电站尽可能在设计之初免受直流偏磁干扰的危害,提出了基于直流偏磁风险指标对变电站选址。在复合高山土壤模型下考虑交流变电站极间耦合电阻计算直流电流分布,进一步选择正常、过流站点。在此基础上结合单、双UHVDC接地极的感应电势分布,分别建立等势线。依据电力系统的经济性采取就近原则:对于正常站点周边的新建站点应建在等势线上;对于过流站点周边的新建站点应与等势线径向分布,并以增大电势差为依据,适当地增加过流站点出线数量,在最大程度上规避直流偏磁风险。