一种概率-Voronoi自适应高维模型表达的新能源电力系统小干扰失稳风险评估方法

电力系统中新能源和负荷的不确定性给小干扰稳定性带来挑战。鉴此,该文中提出一种概率-Voronoi自适应采样的高维模型表达方法用于新能源电力系统小干扰失稳风险评估。首先,简要介绍基于高维模型表达的小干扰失稳风险评估步骤和方法,分析模型求解和配点选择对高维模型表达建模精度的影响;然后,基于移动最小二乘法的求解特性分析,提出动态半径选择方法,提高计算准确度和求解效率;而后,改进自适应-Voronoi采样方法,将其和概率思想结合,得到概率-Voronoi采样方法,提高风险评估建模采样的高效性。结合动态半径移动最小二乘法和概率-Voronoi采样法,建立小干扰失稳风险评估的高维模型表达。最后,多个新能源电力系统为例,对比分析所提方法的准确性与高效性,并结合实际源荷不确定数据与电网结构,验证研究的实用性。

“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑评述

数字化是推动新型电力系统发展的重要动力,已成为广受学术界和产业界关注的热点技术。为此,《电力系统自动化》编辑部组织了“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑,系统化介绍了新型电力系统数字化基础元件装备、边缘计算技术、通信安全与防护、智能化调度决策等一系列技术成果,代表了本领域最新技术成果和先进经验。文中立足于新型电力系统数字化发展的整体趋势,对专辑论文按研究方向进行了系统性梳理,对其核心成果与观点进行了归纳总结,希望能够完整呈现专辑成果对新型电力系统数字化关键技术体系的支撑作用,为相关技术研究的进一步深化提供参考。

考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。

基于灵敏度分析的新能源电力系统同步机组调差系数优化方法

随着新能源的持续并网以及特高压交直流互联电网的形成,电力系统暂态频率稳定事件风险增加。在高渗透率新能源场景下,充分挖掘同步发电机组的调频能力成为提升电力系统频率响应能力的重要手段。针对同步机组的调速器参数,文章利用轨迹灵敏度分析影响最大频率偏差的主导参数,进而通过优化主导参数来提高电力系统的暂态稳定性。通过建立主导参数优化问题的数学模型,解析分析了主导参数对最大频率偏差的影响程度,采用灵敏度分析方法,将非线性优化问题转化为线性规划问题,以减少计算量。在此基础上,文章提出了适用于多机系统的调差系数优化方法,最后通过仿真算例验证了方法的有效性。

端口视角下的电力系统振荡分析方法综述

在众多电力系统振荡分析方法中,阻抗分析法和转矩分析法受到广泛关注。两种方法均从端口角度描述系统特性,因此振荡问题的端口分析方法具有重要研究价值。从端口角度分析,阻抗分析法和转矩分析法分别使用阻抗端口和转矩系数端口描述系统,因此重点对两种端口的研究现状做出综述。首先研究了变流器并网常用的阻抗端口,分析了不同类型阻抗端口的特点,总结阻抗端口在变流器系统稳定性分析中的优点;其次研究同步电机并网常用的转矩系数端口,重点从物理意义上阐释转矩系数端口的特点,指出了其在工程应用上的优越性;最后介绍了两种端口统一性相关理论,指出端口在不同场景下表现出不同的特点,为端口分析方法的选择提供一定参考。

新型电力系统保护控制技术架构研究

随着新能源的不断接入,电力系统结构、运行控制方式变得更为复杂,对保护控制技术提出了更高要求。为此,提出了一种新型电力系统保护控制技术架构。为预防单一事故向系统性事故发展,提出新型继电保护构成模式,构建更加完善的第一道防线。结合系统性事故演变过程,建立保护和控制系统之间的信息融合及协同机制,通过站域自治-区域协同的方式实现自治式保护控制策略,优化三道防线的功能布局,有效抑制和阻断系统性事故的发生与发展,提升新型电力系统的安全防御能力。

考虑随机-极端扰动的新型电力系统一次调频备用优化

随着弱支撑能力的新能源电源高比例接入,新型电力系统频率稳定问题成为研究热点。该文研究考虑随机-极端扰动的一次调频备用优化问题。首先,以多机系统频率响应模型为分析对象,将扰动建模为高斯白噪声随机扰动和常规有功阶跃扰动之和;其次,为解析刻画调速器在线性和饱和状态对频率动态的影响,将多机系统频率响应模型聚合为分段线性单机等值频率响应模型,构建频率动态的时域随机微分方程(stochastic differential equation,SDE)模型,并分析随机-极端扰动作用下系统频率的概率分布特性;随后,推导扰动后频率极值点的均值与标准差表达式,建立置信度与频率极值点的解析关系,即考虑随机扰动的频率稳定约束概率化表达;接着,采用超平面线性近似频率稳定约束,建立一次调频备用优化模型;最后,采用IEEE 39节点系统验证所提方法的有效性。

基于高维模型表达方法的新能源电力系统小干扰失稳风险评估

受新能源电力系统中随机变量多和概率分布复杂等特点影响,小干扰失稳风险评估面临高效性和准确性两方面挑战。因此,提出基于高维模型表达方法的新能源电力系统小干扰失稳风险评估方法。首先,使用核密度估计法构建单变量概率分布模型,使用Pair-Copula函数模型构建高维相关变量联合分布模型,刻画变量复杂概率分布特征。然后,提出基于移动最小二乘法和高维模型表达方法的小干扰失稳风险评估方法,通过对非线性耦合相关性变量的稀疏逼近,提高建模求解效率。并针对风-光-负荷实际概率分布特征,提出了与概率结合的采样法以提高计算准确性。最后,以新能源接入的2区域4机系统和新英格兰-纽约16机系统为例进行分析,验证了所提方法的准确性和高效性。

新型电力系统下新一代煤电发展路径

推动新一代燃煤发电(简称“煤电”)的升级,是实现我国“双碳”目标并加快构建新型电力系统的关键举措,关乎能源安全和能源转型的全局。文中系统梳理了新型电力系统构建中的主要挑战,结合国内外煤电发展现状,对煤电的功能定位进行深入分析,提出了新一代煤电的主要发展思路与路径,包括灵活发电、高效发电、低碳发电和智能发电。具体探讨了深度调峰,快速调峰,加权平均综合供电煤耗评价,生物质、绿氨、绿氢掺烧,煤电与CCS/CCUS耦合,智能运行控制,智能化建模等未来发展方向,并列举了新一代煤电的关键技术。最后,建议在大力发展新能源的同时,增强煤电在电力系统中的支撑与调节功能,遵循“增容减量”原则,推动科技创新与体制机制改革,以实现新一代煤电的高质量发展。该文旨在为我国新型电力系统的构建与煤电转型升级提供理论依据和策略指导。

北斗在新能源电力系统的应用

北斗卫星导航系统可提供高精度定位、高精度授时以及具备短报文通信技术。伴随其建设的逐步完善,北斗卫星导航系统已在我国国防、电力、交通、测绘等领域落地应用。本文从新能源电力系统角度出发,对北斗在电力系统中的应用进行了综述与展望。首先介绍了电力系统对于卫星导航系统定位、授时、通信以及安全性的需求。其次,综述了北斗在新能源电力系统中的应用及潜在应用场景,主要从电源侧、调控、配网、负荷、一次设备和应急通信六个层面展开论述。最后,对北斗在新能源电力系统中的应用进行了总结与展望。

计及区间预测信息的含风电电力系统有功多时间尺度协调调度优化方法

间歇性、集群式的风电并入大电网将会增加输电断面功率越限风险,将点预测信息纳入含风电的电力系统调度将不可避免出现“过调度”和“欠调度”。为此,该文提出计及区间预测信息的含风电电力系统有功多时间尺度协调调度优化方法。首先,利用点模型及其预测误差分布构建风电功率区间预测模型;其次,建立具有区间预测信息的风电场有功功率动态分群策略;再次,构建风电集群和自动发电控制(automatic generation control,AGC)机组与非AGC机组等多时间尺度协调的调度策略,通过滚动优化和反馈校正环节协调日前-日内以及实时调度;最后,采用实际风电集群有功功率数据和改进的IEEE-118节点标准测试系统验证所提方法的有效性。研究表明,所提方法不仅可以合理协调风电集群内各个风电场输出功率,还可以协调风电集群功率和AGC机组与非AGC之间的输出功率,有效解决了调度指令与实际输出功率不协调问题。

新能源电力系统灵活性供需量化及分布鲁棒优化调度

电网中新能源渗透率的提升导致电力系统在局部时段灵活性严重不足。针对现有处理电力系统灵活性和供需不确定性过于保守或冒险的问题,提出一种数据驱动的分布鲁棒优化调度模型。首先,考虑风光出力的时空相关性,基于Copula理论构建出力集合。结合场景法与区间法对电力系统灵活性需求进行量化,引入灵活调节因子表征各类资源参与灵活性调节的能力,建立灵活性供需平衡约束。其次,考虑电动汽车等需求侧资源的灵活性供给能力,以灵活性资源运行成本与电网灵活性缺额惩罚成本最优作为目标函数,建立数据驱动的两阶段分布鲁棒模型。为降低保守性,采用综合范数对其概率分布进行约束,减小了灵活性需求出现极端情况的概率。针对两阶段鲁棒模型求解问题,利用零和博弈思想将模型解耦为主问题和子问题,采用列与约束生成算法进行迭代求解。最后,仿真算例表明,所提模型相比于传统不确定性模型对提高电力系统灵活性裕度与经济性具有积极作用。

储能技术在新能源电力系统中的研究综述

在总结各种储能技术特点及其应用现状的基础上,分析了新能源大规模并网存在的问题,归纳阐述了储能技术在解决系统运行稳定性、功率波动、电能质量、风电低电压穿越等问题中的研究进展;针对储能系统的前期规划,综合考虑经济性能和技术性能要求,重点研究了储能系统的组成结构和优化配置方法,并对不同应用场合下储能系统的控制策略进行归纳;最后对储能技术的研究方向做出展望。

提升电力系统稳定性的新能源发电场同步电机对并网技术

环境问题是一个全球性问题。解决环境问题的根本途径是大力发展清洁能源。构建全球能源互联网有利于平抑可再生能源波动,促进清洁能源发展。在高渗透率新能源的电网中还存在各种电力系统的稳定性问题。为解决这些稳定性问题,提出了同步电机对(motor-generator pair,MGP)的设想和技术,并对其进行了理论和实验研究。先进行MGP的小干扰稳定性和暂态稳定性理论研究,发现MGP的阻尼二倍于单个同步机系统。再对MGP系统进行了实验研究,实验结果表明,MGP系统可以稳定运行。进一步实验结果还表明,MGP系统可以对电力电子逆变器产生的谐波起到滤除效果。最后总结MGP的技术优势和可能的应用场景。

基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法及关键技术初探

将大系统理论与新能源电力系统相结合,是解决当前"双侧随机"问题、实现系统"源?网?荷?储"协调优化的关键手段之一。首先给出了大系统的特点与大系统理论的基本内容,分析了大系统理论与新能源电力系统的兼容性;概述了大系统控制论的基本内容,从广义模型化、大系统分析及大系统综合3个方面提出了新能源电力大系统多级递阶优化控制的主要框架;给出了实现新能源电力大系统优化控制的关键技术。

面向新能源电力系统频率时空动态的节点等效惯量指标及其应用

大规模新能源接入电力系统导致系统频率动态过程发生了根本改变,一方面,惯量在系统中空间分布不均匀,系统频率动态呈现出空间分布差异,另一方面,新能源将采用附加控制手段为系统提供虚拟惯量,影响系统惯量响应过程,而传统同步机系统惯性中心视角下的系统总惯量指标无法计及上述因素。该文分析新能源电力系统频率时空动态过程,类比同步机系统总惯量,从扰动不平衡功率与节点频率下降速率之间的关系出发定义节点等效惯量指标,能够合理计及频率空间分布以及新能源虚拟惯量。结合扰动瞬间有功-发电机转速动态过程和系统频率空间相关性推导节点等效惯量指标的表达式。接着,从计及节点等效惯量指标的机组组合和面向在线监测与实时控制的频率动态分区2个角度给出了指标应用示例。最后,以改进的IEEE 39节点系统为例,验证所提指标的有效性和计算方法的正确性。提出的节点等效惯量指标能够弥补新能源电力系统频率时空动态过程分析及刻画的不足,具备现场应用潜力。

考虑PMU数据质量问题的电力系统扰动检测方法

快速准确的电力系统扰动检测能够为后续扰动分析提供有效的指导信息,而广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的广泛应用为扰动检测提供了有力的数据基础。基于PMU量测数据,该文提出一种考虑PMU不良数据的扰动事件检测方法。首先分析PMU异常数据行为特性,揭示扰动事件与不良数据的差异性特征。进一步,提出一种基于差分Teager-Kaiser能量算子与3Sigma准则相结合的PMU异常数据初筛方法,避免了低强度扰动漏检和扰动的重复检测问题。接着,利用动态时间规整和最大互信息系数分别计算不同PMU间的时空相似性,以及同一台PMU内不同量测间的相关性,并以此作为表征扰动事件和不良数据差异的特征。最后,通过局部离群概率算法对得到的综合度量指标进行分析,可实现在含有不良数据场景下的扰动事件准确检测。基于IEEE39系统,实际电网模型以及PMU实测数据,验证所提方法具有较好准确性、实时性以及泛化能力。

含可再生能源的电力系统周优化运行策略

为协调各机组月度合约电量的完成,研究并建立包含风、光、梯级水电和火电的多源混合电力系统周优化调度模型,提出含月合约电量分解、周优化调度和日前优化调度的滚动协调调度模式,分析影响周优化调度的来水因素和滚动模式因素。算例结果表明,在蓄水期来水较丰时,引入周优化调度可以合理分配梯级水电站的水资源,提高梯级水电站综合运行效益,协调各机组月度合约电量的完成。

提升电力系统安全稳定水平的风电光伏场站主动支撑技术发展及展望综述

高比例风电光伏场站接入对系统的频率稳定、电压安全稳定、同步稳定等动态特性产生显著影响,对电力系统安全稳定运行带来了严峻挑战。主动支撑技术能够提高风电光伏场站对电力系统动态支撑能力,对新能源发展起到积极作用。文中首先基于风电光伏场站动态特性分析风电光伏场站接入对系统安全稳定性的影响。然后将风电光伏场站主动支撑技术按照支撑形式、控制方法、功能实现等不同维度进行了分类论述,总结虚拟惯量控制、虚拟同步机、下垂控制等常见的风电光伏场站主动支撑技术,分析他们的运行原理、优势和仍存在的问题。最后在主动支撑技术典型应用场景中分析不同主动支撑技术的适用情况,对主动支撑技术参数设置和协调配合提出建议,为风电光伏场站主动支撑技术的发展提供了参考。

基于配电网PMU的无监督电力系统扰动特征提取与分类

为应对大量分布式新能源接入给电网运行控制带来的挑战,同步相量测量技术被引入配电网。然而,配电网PMU数据量巨大且缺乏标签信息,如何合理利用海量无标签数据识别扰动为电网运行控制提供数据支撑是亟需解决的问题。针对该问题,该文提出一种长短时序生成对抗网络无监督特征提取框架(long-short-term time generative adversarial network,LST-TimeGAN)。该方法在传统时序对抗生成网络(time-series generative adversarial networks,TimeGAN)架构上,提出一种基于最小二乘决策损失函数的改进框架,使所提取特征能够反应数据异常程度并为分类提供可靠依据。同时,提出一种基于注意力机制的特征提取单元,提高了空间特征提取效率;进一步,建立长短时三窗并行框架,以对不同时间尺度的扰动特征具备敏感性;最后,以一种预分类、再识别的分类策略完成扰动识别。仿真和现场数据验证表明,该方法可实现无标签、少标签情形下的准确扰动识别;且该方法提取的特征不但能对输电网扰动进行识别,还能对本地电能质量扰动进行识别。