计及高比例新能源多种控制方式及运行约束的连续潮流

高比例新能源电网的电压稳定问题突出,连续潮流是电压稳定分析的重要工具。现有含电压源换流器(VSC)电源电网的连续潮流未充分考虑VSC的多种控制方式以及运行约束,导致电压稳定裕度计算的准确性不足。文中提出同时计及新能源并网VSC的输出电流约束和内电势约束,以及考虑构网型新能源恒电压控制、无功功率-电压下垂控制和跟网型新能源恒无功控制的连续潮流模型和计算方法,给出了由约束导致的控制方式切换逻辑和分岔点类型识别方法。通过改造的IEEE 39节点系统算例结果表明,所提模型与算法提升了传统连续潮流方法对高比例新能源电网静态电压稳定分析的适用性。

消纳新能源引发的系统平衡成本解析及计算方法

新能源接入电力系统后,需要常规电源帮助平衡其随机性、波动性,故而产生了平衡成本。进行平衡成本的解析与计算,对促进新能源与常规电源利益的合理分配具有重要意义。将系统平衡成本分解为新能源消纳引发的新增备用成本、二次调频(SFR)成本及新增电能量成本。基于“等电量-顺负荷”方法,构建新能源相对负荷无波动性且无须为其预留备用、SFR容量的虚拟场景,给出了基于场景模拟比较法的系统平衡成本计算方法。对修正的IEEE 39节点系统的平衡成本测算分析结果验证了所提方法的合理性。

基于广域响应的电力系统暂态稳定控制技术评述

电力系统暂态稳定控制技术是维持电网安全稳定运行的核心问题之一。随着PMU/WAMS的广泛应用,基于广域响应的暂态稳定控制技术已成为重要发展方向。从受扰轨迹快速预测、暂态失稳实时判别、暂态稳定紧急控制三个方面,以理论和应用相结合的观点,对广域量测在电力系统暂态稳定控制研究中的应用进行了评述。最后,进一步探讨了现有控制技术所亟待解决的问题。

基于映射分区的无功电压控制分区算法

在应用传统聚类算法对电网进行无功电压控制分区时,存在可伸缩性不强的缺点,且分区结果难以保证被控节点与对它控制最灵敏的无功源节点属于同一个分区。文中提出一种基于映射分区的无功电压控制分区算法,首先在电气距离的基础上通过凝聚的层次聚类算法得出最优分区数和无功源节点所在的分区号,然后通过映射分区算法确定被控节点的分区。该方法不依赖于状态估计结果,而仅基于网络的拓扑结构和参数。应用所述方法分别对IEEE 39节点、IEEE 118节点系统和福建电网进行了分析计算,分区结果表明该方法可以保证被控节点与对它控制最灵敏的无功源节点属于同一个分区,计算速度快,占用内存小。

含分布式电源的三相不平衡配电网连续潮流计算

连续潮流是电力系统电压稳定分析的重要工具。针对含不同类型分布式电源的配电网及其三相线路参数和负荷不平衡的情况,提出了一种三相配电网连续潮流方法,由切线预测环节和牛顿法校正环节组成,并采用局部几何参数化策略处理三相不平衡系统PV曲线的斜锐角现象。考虑了PV和PQ节点类型分布式电源的限值约束,给出了新的节点类型双向转换逻辑和分岔点类型识别方法。通过对IEEE 33节点配电系统进行算例仿真,表明所述算法可以有效追踪三相配电系统的PV曲线,准确计算电压稳定临界点并识别分岔点类型。

一种含风电电力系统的日前发电计划和旋转备用决策模型

提出了一种新的大规模风电并网后日前发电计划和旋转备用决策模型。利用风电和负荷2种随机因素的概率密度函数估算系统的停电损失和弃风损失,并将它们作为风险成本计入发电成本目标函数中,在充分满足机组爬坡和系统安全等约束的前提下,同时求解每台常规机组的日前出力和正负旋转备用量。采用优先列表法和基于最小边际成本法的经济调度算法对模型进行求解。算例分析结果表明,所提模型和方法是有效的。

潮流计算中PV-PQ节点转换逻辑的研究

详细地研究了潮流计算中的 PV-PQ 节点转换逻辑,指出潮流计算中因为节点类型识别错误引起的发散是系统失去电压稳定性的一种表现形式,它对应于约束诱导型电压崩溃现象。几种补逻辑的使用会导致潮流计算收敛于一个不稳定解。文中通过对一个实际系统算例和 IEEE 118 节点标准算例的数值试验说明了这一情况。并给出了潮流计算中要获得稳定解必须满足的稳定性条件的数学列式,说明了它与PV-PQ 转换逻辑的等价关系。最后指出了在基于连续潮流的电压稳定性评估中如果采用不合理的 PV-PQ 补转换逻辑将得到错误的结果。

一种在线电力系统静态稳定增强控制算法

提出了一种在线应用的电力系统静态稳定增强控制算法。这一算法基于连续线性规划技术,将增强控制问题分解为稳定临界点及其控制灵敏度的计算问题和基于灵敏度的优化控制问题。在前一个子问题中,运用基于连续潮流的间接方法分别计算得到每个故障的稳定临界点。在后一个子问题中,采用了参与控制集和部分变量的可控区间限制等策略来提高线性规划问题的计算有效性。一个3000 节点的实际系统的应用表明,文中所提算法是有效实用的。

福建电网在线电压稳定监视和控制系统

介绍了福建电网在线电压稳定监视与控制(VSMC)系统的主要功能和技术特点。在一个能量管理系统(EMS)扫描周期内,VSMC系统计算了当前运行态和一个预想故障集下沿一组不同负荷增长方向上的负荷裕度。一旦发现存在失稳故障或严重故障,自动启动预防控制(VSC)模块产生预防控制策略和一组新的监控母线电压下限值输出给自动电压控制(AVC)系统。VSC模块采用基于灵敏度分析与逐次线性规划技术的控制算法得到优化控制解,实现了电压稳定控制与静态安全校正控制之间的协调。该系统的突出特点是通过VSMC系统与AVC系统的接口,部分实现了在线电压稳定的闭环预防控制。福建电网VSMC系统的运行表明,它可以有效地帮助运行人员实时监视和自动采取措施来提高电压稳定裕度。

含FACTS元件的电力系统电压稳定评估

现代电力系统包含大量柔性交流输电系统(FACTS)元件,研究其电压稳定评估方法具有重要意义。以静止同步并联无功补偿器(STATCOM)和静止同步串联无功补偿器(SSSC)的电源—阻抗模型为基础,建立了含STATCOM和SSSC的混合电力系统潮流模型,并在极坐标牛顿法潮流的基础上结合交替求解法来求解。为考虑STATCOM和SSSC的各种限值约束,采用了双向切换逻辑。在此基础上,提出含FACTS的电力系统连续潮流算法,以计算负荷裕度和稳定临界点,给出了识别由STATCOM和SSSC容量越限而导致的极限诱导型分岔点的方法。对IEEE 30节点和IEEE 118节点2个测试算例的计算结果验证了所述方法的有效性。

一种日前发电调度与日前分时电价联合优化模型

为充分发挥电价对市场需求的调节作用,有效引导需求侧资源参与电网调度,提出一种日前发电调度与日前分时电价(Time-of-Use, TOU)联合优化模型。考虑分时电价对用户收益的影响,以最大化社会福利和最小化峰谷差为目标函数,通过源荷两侧的协调调度来增强分时电价的实施效果。考虑负荷响应的差异性,对各类负荷实施不同的分时电价。计及电网公司让利约束,在保障用户和电网公司利益的前提下,电网公司以让利的形式将因分时电价带来的电网缓建获益适当转嫁给用户,以实现经济效益的共享。结合NSGA-II算法和优先顺序法求解该多目标优化问题,根据最大满意度法从Pareto解集中选取最优解。通过对修改的IEEE 39节点系统算例的仿真,验证了所提模型的有效性。

基于分支定界—原对偶内点法的日前无功优化

现有的日前无功优化模型较少考虑次日电压稳定问题,且算法无法准确处理离散变量及时段间耦合约束。针对此现状,提出了一种计及分区动态无功储备的日前无功优化模型,并采用分支定界—原对偶内点法对其进行求解。在求解过程中,利用分支定界树使离散变量逐步逼近离散值,通过合理的分支剪支策略满足离散变量的时段间耦合约束,将日前无功优化问题转换为一系列仅含连续变量的单时段无功优化问题进行求解。IEEE 30和IEEE 118节点系统的仿真结果表明了所提模型与方法的有效性。

一种用于预防支路型失稳故障的灵敏度方法

提出了一种新的用于评估支路型失稳故障严重程度的指标,并提出了一种可用于预防支路型失稳故障的灵敏度方法。严重的支路故障会造成电力系统立即失去静态稳定性。这些失稳的支路型故障都有一个对应于支路参数空间的虚拟的静态稳定临界点。本文提出了基于这一稳定临界点的灵敏度分析方法,并将之应用于对支路型失稳故障的预防控制,取得了与负荷参数空间中稳定临界点处灵敏度:疗法同样的控制效果。文中通过一个600节点的实际系统算例说明本文所提方法的有效性。

一种基于连续潮流的在线静态稳定综合评估方法

基于负荷裕度计算的电力系统静态电压稳定评估已经成为现代能量管理系统中的一个基本任务。传统方法大多没有考虑负荷的静态电压特性,没有计及有载调压变压器分接头与并联电容器的自动投切、低压减载等动作的作用,也没有计及线路热约束及其继电保护动作造成的开断对于负荷裕度的影响。因此,电压稳定评估得出的功率裕度与实际脱节,无法满足安全预警与预防控制的需求。文中提出一种基于连续潮流技术的在线静态稳定综合评估方法,计及了负荷的静态电压特性,考虑了自动装置和线路保护动作的作用。对中国某省网系统的实际应用表明,该方法比传统方法更具有实用价值。

一种用于电力系统静态稳定性分析的故障筛选与排序方法

提出了一种用于电力系统静态稳定性分析的故障筛选和排序方法,该方法分为两个阶段:在第1阶段采用基于灵敏度的负荷裕度预估方法和通过两次潮流迭代预估系统电压降的方法从全部故障中筛选出严重故障集;在第2阶段采用改进的二次曲线预估方法对严重故障进行负荷裕度的预估和排序,同时应用故障连续潮流对失稳故障进行识别和排序。利用该方法开发的电力系统静态稳定分析与控制软件在国外某实际电力系统中的成功运行表明了该方法的有效性。

直流潮流与交流潮流的对比分析

直流潮流因其具有线性表达和快速性而被广泛用于电力系统日前发电计划安全校核、电力市场阻塞管理、安全约束机组组合以及经济调度等场合。但是与交流潮流相比,其结果的误差及其与网络结构、运行状态的关系尚未得到深入分析。对IEEE多个测试系统和福建电网算例做了大量数值仿真,给出了误差的量化指标,并对误差与电压标准差、网络元件电抗电阻比及负荷状态等因素之间的关系进行了详细分析。研究表明对于电抗电阻比大于4且电压标准差值小于0.02的网络,采用直流潮流误差较小。

牛顿最优潮流算法中离散控制量的新处理方法

提出了一种新的基于正曲率二次罚函数的最优潮流算法中离散控制量的处理方法。该方法利用二次罚函数产生的虚拟费用迫使离散控制到达它的一个分级上，引入机制简单有效，并能很好地结合在牛顿最优潮流算法中。文中对一个IEEE试验电力系统和两个中国的实际电力系统做了数值计算。结果表明，该方法有良好的收敛性、精确性，具有很强的实用意义。

计及分区动态无功储备的无功电压控制模型与方法

当前电网无功电压自动控制算法未能很好地提高系统电压稳定性。以电压控制分区动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,提出一种无功电压控制优化模型。通过计算各分区关键节点的电压-无功曲线得到无功源的有效无功储备,以故障下无功源出力的最大变化量作为各分区最小无功储备,将分区动态无功储备作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在保证电压稳定裕度的同时减少系统有功网损和实现电压控制的目的。IEEE 118节点系统的仿真结果和在某实际电网自动电压控制系统中的应用表明,所提出的模型与方法是有效的。

基于广义主从分裂的输配电网一体化分布式无功优化方法

大量分布式电源接入配电网后,输、配电网间无功电压关系更加密切,传统输、配电网无功优化孤立进行已不再合适。根据输、配电网运行管理的独立性,提出了一种基于广义主从分裂思想的输配电网一体化分布式无功优化方法。输配全局无功优化问题分解为输电网优化主子问题、各配电网优化从子问题及边界一致性判别问题。各子网无功优化子问题采用对偶规划类算法求解,离散变量采用罚函数法处理以保持增广拉格朗日函数的可微性。通过由对偶乘子构造的边界灵敏度实现输、配电网子问题间的解耦,输配电网控制中心间通过传递边界变量及其灵敏度信息实现分布式协调。对IEEE 30节点系统(输电网)和含多种分布式电源的IEEE 33节点系统(配电网)进行仿真,验证了所提方法的有效性。

用于静态稳定预防控制的新灵敏度分析法

在研究多重复杂故障对于系统静态非线性影响的连续潮流模型和工具的基础上,提出了一种新的用于电力系统静态稳定预防控制的灵敏度分析方法。一些严重的多重复杂故障会造成电力系统立即失去静态稳定。这些失稳故障都有一个对应于故障参数空间的虚拟的静态稳定临界点。文中提出了一种新的评价失稳故障严重程度的故障失稳裕度指标,并提出了基于这一指标的灵敏度分析方法,给出了各种控制对于故障参数的灵敏度。同时给出了一种基于控制灵敏度和控制类型优先级的预防控制策略。通过一个3 000节点的实际系统的计算表明,文中所提出的灵敏度方法是有效的,适合于大型实际系统的静态稳定预防控制。