主动配电网潮流的全纯嵌入计算方法

配电网潮流计算是进行配电网规划和运行的重要基础。目前,配电网潮流求解方法主要有牛拉(Newton Raphson,NR)法和前推回代(forward backward substitution,FBS)法两大类,但NR法和FBS法在潮流收敛性和计算效率等方面均存在一定的不足。全纯嵌入法(holomorphic embedding method,HEM)是一种求解非线性潮流方程的新方法,它可以有效避免NR法和FBS法在配电网潮流求解过程中出现的上述问题,但现有HEM未充分考虑配电网中各类型分布式电源(distributed generation,DG)和智能软开关(soft open point,SOP)控制方式的多样性,且未构建计及负荷电压特性和频率特性的潮流模型,难以适用于不同运行模式下配电网潮流计算。针对上述问题,提出一种可求解含多类型DG和SOP且可运行在并网/孤岛模式的主动配电网统一全纯嵌入潮流计算方法。首先,根据负荷静态电压和频率特性,构建计及配电网频率和节点电压影响的负荷节点全纯嵌入潮流模型;其次,根据DG不同的控制方式以及配电网不同的运行模式,将DG所连节点等效为不同节点类型,构建各类DG的全纯嵌入潮流模型;再次,考虑SOP不同控制方式,构建SOP全纯嵌入潮流模型;从次,依据全纯嵌入潮流模型等式左右两侧同次幂级数系数相等原则,推导配电网各全纯函数幂级数系数的求解递推关系式,进而计算各全纯函数的各项幂级数系数,借助解析延拓理论求取电压和频率逼近值,实现配电网潮流的准确求解;最后,通过修改的IEEE-33节点测试系统和IEEE-123节点测试系统验证所提方法准确性和有效性。

基于集成树和MoE的馈线统计线损率双层估计模型

统计线损率是衡量电力系统经济运行的重要指标。然而,用户用电数据采集异常、数据传输中断等因素会导致统计线损率异常或缺失,这严重阻碍了智能配电网的线损精益化管理与经济高效运行。针对馈线统计线损率合理值的估计问题,该文提出了一种基于集成树和混合专家系统(MoE)的馈线统计线损率双层估计模型。首先,使用最大信息系数以更有效地分析统计线损率与其相关特征间的非线性关系,并采用鲁棒性强的K-Medoids聚类算法对馈线进行精细划分;然后,使用Stacking集成学习框架,基于基估计和元估计双层模型对馈线统计线损率进行两阶段估计,选用决策树和各类集成树模型作为基估计模型对统计线损率进行初步估计,将各基估计模型输出结果输入元估计模型MoE中进行最终估计,使用方均根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)来衡量模型所估计统计线损率的合理性;最后,通过算例分析表明,与其他模型相比,该文所提馈线统计线损率双层估计模型具有更低的RMSE和MAE,对馈线统计线损率的估计效果更好。

计及随机变量相关性的多点线性化概率潮流计算

为满足考虑源荷双侧强不确定性场景的“双高”电力系统潮流分析计算需求,提出一种新型的概率潮流计算方法。基于核密度估计建立输入随机变量的概率分布模型,构建Copula函数刻画多维随机输入变量间的相关性,获取更加符合系统实际运行情况的样本数据。引入多点线性化潮流计算方法,在降低非线性潮流计算量的同时减小单点线性化潮流计算的截断误差。在IEEE-30节点系统上进行算例测试,验证所提方法的准确性和有效性。

基于改进ResNet34网络的变电站设备巡检图像分类识别的方法

针对变电站设备巡检图像识别领域中存在的图像规模有限和识别准确率低等问题,提出了一种基于改进ResNet34网络的图像分类识别方法。采用Seam Carving算法对图像中的低能量区域进行压缩以保留关键特征;同时使用弹性变换、高斯噪声等6种图像增强技术来增强图像的多样性。将基础ResNet34网络与卷积注意力模块结合,增强模型对设备巡检图像关键特征的提取能力。使用在ImageNet数据集上的预训练模型作为迁移学习的特征提取器来解决样本数量不足的问题。在Adam优化器中引入余弦退火策略来动态调整学习率使改进的ResNet34网络更快收敛至最优解。试验结果表明所提方法比基础ResNet34网络的准确率提升了0.0733,损失率降低了0.2019,为变电站设备巡检图像识别领域提供了一种可靠的解决方案。

电力电子设备谐波对主网的影响分析与对策探索

为保障新型电力系统的建设,对电力电子设备谐波对主网的影响进行了分析,分析了主网层谐波的3个主要特征:海量的分布式谐波源接入、线路电容对谐波的放大效应、谐波的远距离传播。上述因素相互叠加,造成了当前主网层的普遍超标现象。在遵循公认的“谁污染、谁治理”的源头治理基础上,对主网层的谐波治理进行了探索,从机理和案例上分析了不同治理措施的优劣,建议当前采用“谁受害、谁治理”的方案实行终端治理,长远应考虑从源头、地区电网、新建主网站点进行谐波的综合治理。

基于动态相量的LCC-HVDC输电系统等值技术评述

立足于逆变侧换流站受端交流母线看向送端的基于电网换相换流器的高压直流输电(high-voltagedirectcurrent basedlinecommutedconverter,LCC-HVDC)系统的单端等值,对于优化设计继电保护、安稳控制和直流控保具有重要意义。为了同时获取计算的高精确性和实时性,动态相量模型以牺牲较低的仿真精度换取计算速度的提升,是实现LCC-HVDC输电线路双端等值的重要方式,但是用于LCCHVDC输电系统单端等值还存在难以平衡等值精度和计算速度的问题。针对该问题,该文分析了基于动态相量的LCCHVDC输电系统等值的应用价值、需求及难点,分别从等值计算模型中的提前触发角计算、换相重叠角计算、换相失败的判别及其对开关函数的影响和信号调制等4个因素评述现有研究现状及存在的问题,并提出了后续的研究建议。

电力系统全纯嵌入潮流的并行计算

潮流计算是电力系统规划和运行的基础,全纯嵌入潮流计算方法(HELM)因无需初值且具有全局收敛性,因而在电力系统潮流计算中受到极大关注。然而,采用HELM求解大规模电力系统潮流时,高维幂级数系数线性方程组求解和节点电压的幂级数有理的逼近计算量大、耗时久,是制约HELM计算效率提升的关键。为此,该文提出一种基于稳定双正交共轭梯度(BICGSTAB)和Aitken差分的电力系统全纯嵌入潮流并行计算方法,该方法首先采用近似逆预处理的BICGSTAB法并行迭代求解HELM的高维幂级数系数线性方程组,以快速计算节点电压的各阶幂级数系数;其次,借助Aitken差分法实现所有节点电压幂级数有理逼近值的并行计算;然后,基于CPU-GPU异构平台设计所提算法的并行流程,以实现大规模电力系统潮流的快速求解;最后,通过节点在1 354~13 802的不同规模测试系统对所提方法进行分析、验证。结果表明,所提电力系统潮流全纯嵌入并行计算方法可实现电力系统潮流的准确、快速求解。

基于平方根UPF的电力系统鲁棒预测状态估计

针对辅助预测状态估计器在迭代计算中会出现状态预测误差协方差矩阵不正定,导致估计精度差甚至发散的问题,提出了基于平方根UPF的电力系统鲁棒辅助预测状态估计。该方法采用两种数学方法:矩阵Cholesky分解因子更新和矩阵QR分解,引入平方根技术动态更新状态预测误差协方差矩阵以保持状态预测误差协方差矩阵的正定性。运用MATLAB进行仿真模拟测试,结果表明:IEEE 30节点系统非高斯噪声测试中,平方根UPF电压相角的均方根误差平均值为UPF相应测试值的0.09%,平方根UPF电压幅值的均方根误差平均值为UPF相应测试值的0.14%;IEEE 57节点系统非高斯噪声测试中,平方根UPF电压相角的均方根误差平均值为UPF相应测试值的0.67%,平方根UPF电压幅值的均方根误差平均值为UPF相应测试值的0.57%。所提出的平方根UPF对解决辅助预测状态估计中状态预测误差协方差矩阵不正定的问题具有很好的效果,具有更高估计精度和鲁棒性。

基于多项式混沌展开的交直流系统全纯嵌入概率潮流计算方法

为快速、准确量化分析风电出力不确定性对交直流电力系统潮流分布的影响,提出一种基于多项式混沌展开(PCE)的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法。该方法首先根据风电出力的概率分布特征选择最优正交基函数,构造近似风电出力概率分布特征的PCE表达式;其次,将该PCE表达式引入交直流电力系统的全纯嵌入潮流方程中,构建基于PCE的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算模型;再次,通过Galerkin投影将所构建的全纯嵌入概率潮流计算模型转化为高维确定性全纯嵌入潮流计算模型;然后,借助确定性全纯嵌入潮流模型求解方法,实现对所转化的高维确定性全纯嵌入潮流模型的求解,并根据所得PCE逼近系数计算交直流电力系统潮流的概率分布特征;最后,通过修改的PJM 5节点、IEEE 30节点和IEEE 118节点交直流测试系统算例验证所提方法的准确性和有效性。

基于多能流耦合规律的综合能源系统潮流及流分析

从能量流和流两个角度分析综合能源系统的多能流耦合规律,建立系统能流稳态潮流模型和流模型,根据模型特点研究系统潮流和流分布计算方法,以算例验证计算方法的可行性并分析计算数据,验证流机理模型相比于黑箱模型在局部分析方面的优越性。以算例数据为例,分析其潮流及流分布特点,结果表明:算例系统中能源转换环节的地方损最大,为系统薄弱环节,值得着重改进;同时电、热网络也有部分管段损较大,优化局部网络时也应纳入考虑。

逆变型电源场站故障稳态电流实用化计算方法

单机倍乘法常用于逆变型电源场站的故障稳态建模,可简单估算场站短路电流水平,但计算精度有待提升。文中首先分析了低电压穿越控制策略约束下,有功出力、电压跌落程度对发电单元输出的稳态电流的决定性作用,得出故障稳态电流输出特性曲线,基于此分析了场站电气距离及有功出力差异对单机倍乘法计算误差的影响。在误差分析的基础上,提出了计及发电单元分布特性的改进单机倍乘法。该方法在发电单元接入点电压计算中,利用等值阻抗来等效发电单元与并网点的电气距离;将场站分群等值为两台机组,减小发电单元间有功出力差异对短路特性的影响。不同场景下的仿真分析表明,改进方法计算精度较单机倍乘法有着较大的提升。所提方法仅需通过简单计算即可实现场站分群和短路电流聚合,有较好的工程实用性。

VSC输出电流反馈型虚拟同步控制技术

基于输出功率反馈的虚拟同步机(VSG)技术在网侧故障时,难以保持电压源暂态特性并实现精准暂态冲击电流限制,同时极易出现暂态同步失稳问题。为解决上述问题,提出一种基于电压源型变流器(VSC)输出电流反馈型VSG技术。外环控制直接采用VSC输出电流作为反馈控制量,不仅能实现构网和电压/频率主动支撑功能,还能保证在故障状态下外环控制具备稳定平衡点,降低暂态同步失稳风险,同时还能实现稳态下的电流限幅控制。电压内环采用基于相量分析的虚拟阻抗自适应选取方法,依赖就地量测信息进行虚拟阻抗快速自适应调整,以抑制故障瞬间暂态冲击电流。在PSCAD/EMTDC中搭建详细电磁暂态仿真模型,并构建相应的物理验证平台,仿真和实验结果表明,所提方法可以较好地抑制故障瞬间暂态冲击电流。

分布式光伏配电网电压无功优化研究

为解决分布式光伏接入配电网引起的电压越限质量问题,建立以有功网损和电压偏差最小为目标的无功优化数学模型。通过对光伏并网点的电压进行分析,提出了一种加权方式的电压功率与静止无功发生器控制补偿相结合的协同控制策略。为提高模型的求解能力,采用改进的粒子群优化算法,引入变异操作防止算法陷入局部最优;为提高算法的收敛效果,采用改进的异步学习因子。在IEEE-33节点配电系统中进行算例验证,结果表明了模型的正确性和策略的有效性。

基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略

为实现含新能源电力系统的惯量分布特性的有效评估,提出一种基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略。首先分析新能源机组惯量与同步机组惯量之间的差异;其次构建节点惯量响应模型,分析节点惯量相关因素的特性;然后通过主成分分析对影响节点惯量的主导变量进行降维,将降维后的变量应用系统聚类法对节点进行聚类分区;最后通过系统辨识得到区域惯量,评判出整个系统惯量的空间分布。在仿真软件中搭建改进的IEEE 10机39节点模型验证了分区策略的合理性。

基于数据驱动的电-热-气综合能源系统概率多能流计算分析

针对可再生能源与系统负荷波动对综合能源系统多能流分布的不确定性量化问题,提出一种基于数据驱动的综合能源系统概率多能流计算方法。首先,提出了考虑压缩机不同工作模式的综合能源系统多能流计算统一模型,并探讨了压缩机不同工作模式对能流分布的影响;其次,提出基于支持向量回归的概率能流计算方法,先通过多次重复的确定性多能流计算,构建数据样本集,再用支持向量回归挖掘出综合能源系统中已知负荷、网络节点信息与未知节点参数的非线性映射关系;最后,通过算例分析对提出的多能流计算统一模型在不同压缩机工作模式下的有效性进行了验证;通过与传统概率多能流计算方法对比研究,证明提出的数据驱动概率能流计算方法具有更高的计算精度与效率。

分布式电源对配电网潮流计算的影响研究

配电中接入的分布式电源的增多,潮流计算时,传统的前推回代法无法满足精度要求。对系统研究发现,分布式电源的出力和接入位置对配电网的网损有不同的影响,阐述了分布式电源潮流计算模型,并引入了一种带有PV节点无功修正的分布式电源配电网潮流计算方法。通过对IEEE14节点系统进行仿真验证,证明了所提算法的有效性和收敛性。研究结果显示:新提出的方案和技术能够更加高效地解决带有分布式电源的配电网潮流问题。

特高压直流输电工程中性母线开关故障处理策略优化

特高压直流输电工程采用双极共用接地极设计,一个极故障闭锁后需通过极隔离操作实现故障极与运行极的隔离。极隔离操作过程中,如果极中性母线开关发生故障无法分开导致极隔离中断,需配置极中性母线开关故障处理策略继续完成极隔离。根据不同直流故障时对应的工况,分析了中性母线开关故障处理策略存在的不足,基于故障特性优化了故障处理策略,最后通过RTDS仿真试验验证了策略优化的有效性。

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

计及电量交易信息的用电碳计量方法

充分挖掘电碳耦合价值,构建电碳协同市场是实现碳达峰、碳中和目标的重要抓手。电碳信息的耦合依赖一套合理、有效的用电碳计量体系,但我国现行用电碳计量体系中尚未考虑电量交易信息的影响,不能完全厘清每个电量交易行为背后蕴含的碳排放责任。针对此问题,该文从碳排放流理论出发,提出一套计及电量交易行为的用电碳计量新方法。首先,根据碳排放流理论的计算特性,针对有损网络建立其无损等效网络模型;之后,将交易电量和非交易流电量拆解开来,并分别根据其电量来源独立核算其产生的对应碳排放责任。该文方法严格遵守直接和间接碳排放的总量守恒原则,能够厘清电量交易行为背后蕴含的碳排放责任转移,且能够兼顾碳排放因子的时空差异性量化需求,进而具备引导用户开展低碳需求响应的能力。基于PJM-5节点系统和我国某地市实际数据开展仿真分析,仿真结果验证该文方法的有效性。

基于低碳需求响应的新型电力系统中源-网-荷-储协调的优化调度

【目的】在我国“双碳”目标的背景下,节能减排已成为当前电力行业的首要战略目标之一。电力系统除了要考虑系统安全可靠性和经济性之外,还需要将“碳减排约束”引入系统各环节中,将呈现全新的低碳运行和管理模式。【方法】针对新型电力系统碳计量与低碳调控运行问题,提出一种基于碳排放流的低碳需求响应调度策略。首先,分析新型电力系统源-网-荷-储各环节的碳排放影响因素,建立基于碳排放流理论精确的碳计量模型。其次,以动态碳排放因子为引导信号建立低碳需求响应机制,进行优化调度。【结果】通过算例验证:基于低碳需求响应的新型电力系统源-网-荷-储协调优化调度方法有效激发激发系统各环节减排潜力,降低碳排放量,提高新能源消纳率。