风电外送电力系统暂态稳定性分析及提升策略

风电外送电力系统功率输出特性由风电变流器及其控制系统主导,大扰动下易导致系统运行状态越限脱网失稳,风电外送电力系统暂态稳定分析面临困境。基于风电变流器运行控制原理,分析了风电外送系统输出功率、并网点电压跌落深度及直流侧电容电压交互耦合机理,提出故障期间由不平衡功率产生的冲击能量表征方法,提出基于超级电容器抑制直流电容电压越限的风电外送系统暂态稳定性提升策略,并给出了超级电容器容量配置方法;基于仿真算例系统,量化分析了以直流电容电压为状态量的风电外送系统暂态特性,仿真验证了所提出的风电外送系统暂态稳定提升策略的有效性。

计及综合需求响应的综合能源系统主从博弈优化调度策略

在面对不断增多的利益相关方和区域综合能源系统的物理耦合的背景下,提出了一种创新的调度策略,该策略考虑到多方的需求响应,并采用了多主体博弈的方式进行优化。首先,深入研究了各微网中不同负荷的实际特性和用户的响应行为,并建立了相应的多负荷综合需求响应模型;然后,将系统运营商作为上层领导者,微网负荷聚合商、集中式储能电站和风电场作为下层跟随者,构建了一个多主体主从博弈模型。在上层模型中,其目标是使系统运营商的售能收益最大化,通过优化来确定各微网的售能单价和补偿价格;而在下层模型中,致力于最小化各方的综合成本,通过优化来确定风电场的供能情况、各微网内多设备之间的能源出力情况以及储能电站的充放能策略。为了解决这个复杂的问题,最终采用了粒子群算法来求解上层主体模型,并使用Cplex求解器来求解下层从体模型,这两层模型相互影响,最终得到了博弈后的均衡策略。

基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多目标遗传算法(MOGA)的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层:上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态(SOC)的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

序

2024年10月,东北电力大学喜迎75周年华诞。作为中国共产党直接创建的第一所电力工科学校,自1949年诞生之日起,便与国家的电力事业同呼吸、共命运。七十五年来,学校始终秉持“勤奋、严谨、求实、创新”的校训精神,致力于高素质人才培养、高水平科学研究,为国家电力事业的建设与发展贡献了智慧与力量。从最初的几间简陋校舍,到如今的现代化校园;从最初的电力工科学校,到如今的特色高水平大学,东北电力大学的发展历程,正是新中国电力工业发展的一个缩影,也是我国高等教育事业蓬勃发展的生动写照。

市场环境下考虑全周期经济效益的工业园区共享储能优化配置

为提升用户侧储能运行效率、改善投资成效,提出一种在市场环境下考虑全周期经济效益的工业园区共享储能(SES)优化配置方法。一方面,通过协调不同用户间的差异化调节需求,减少储能容量要求;另一方面,通过整合用户与SES的灵活调节能力,参与需求响应市场拓宽盈利渠道,并且考虑了SES全运行周期经济效益测算以降低投资风险。首先,结合电力市场交易规则,提出了多工业用户组建合作联盟的园区SES运营模式。其次,以运营周期内联盟总成本最小为目标,建立SES双层优化配置模型,其中,上层模型旨在形成最大化投资成效的SES规划方案,而下层模型则综合考虑分时电价、需求响应违约风险等因素形成储能的最优投标调度方式,并结合市场时序演变规律精准量化SES在全运行周期内的运营收益,对上层结果进行修正。接着,利用近似KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件将该模型转化为单层模型进行求解,结合雨流计数法与迭代法量化SES容量衰减对其配置方案的影响,并利用双边Shapley值法分摊各工业用户的投资成本。最后,算例仿真验证了所提方法的有效性,并且分析了储能盈利模式、SES容量衰减以及需求响应违约风险等因素对SES投资经济效益的影响。

基于惯量同步的构网型永磁直驱风电机组频率支撑及转速恢复策略

针对风电机组频率响应后有功支撑与转速恢复切换易诱发二次频率跌落的问题,提出了一种考虑转速恢复的构网型风电机组频率支撑策略。首先阐述了构网型风电机组的“惯量同步”原理;其次,基于转子运动方程,分析了构网型风电机组调频及转速恢复策略对频率最低点及二次频率跌落的影响机理;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,构建基于惯量同步的构网型风电并网系统,并在不同扰动下验证所提控制策略的有效性。

用于松弛调峰瓶颈的储能系统容量配置方法

利用大规模电池储能系统对电网负荷"削峰填谷",减少日负荷波动幅度,可以缓解发电机组对负荷追踪调控负担,使电网具备更多向下调节容量来接纳风电。基于给定的负荷特性,分析储能系统配置容量与其改善负荷波动水平之间的关系,以储能系统投资成本、经济效益为约束,以综合效益最大为目标,提出一种用于松弛调峰瓶颈的大规模储能系统容量优化配置方法。针对2010年某省电网接纳风电受限现状,利用该方法对其进行改善,分析了储能系统运行年限、投资成本对其容量配置的影响,算例结果验证了所提出方法的可行性。

内蕴运行寿命测算的混合储能系统控制策略设计

针对电池—超级电容器构成的混合储能系统(HESS),提出了一种基于低通滤波原理的HESS控制策略。基于滑动平均值原理确定电池参考输出功率,以实现电池对风电功率趋势性波动分量的控制,而超级电容器用以平抑风电功率中的快变波动分量;通过评估电池充放电状态,构建了内蕴运行寿命测算的HESS控制策略性能评价方法。基于某风电场实际运行数据,仿真分析了低通滤波截止频率、滑动平均值时间尺度等对HESS中电池运行寿命的影响,并给出了相应控制参数的参考值以延长电池运行寿命。研究结果对HESS的工程应用具有理论指导作用。

直驱永磁同步风电机组的动态建模与运行控制

为分析直驱式永磁同步风力发电机组的联网运行特性,建立了直驱式永磁同步风力发电机组联网运行的数学模型;构建以永磁同步发电机输出功率为反馈量、转速为控制对象的最大风能捕获发电控制模型,建立了单位功率因数、id=0为目标的两种无功功率控制模型;在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立相应的仿真模型,对直驱式永磁同步风电机组联网运行进行仿真分析,对所建立的数学模型和控制方法的有效性进行了验证,对比分析了发电机侧变流器采用两种无功功率控制策略时的运行性能。

弱电网接入下多光伏逆变器并联运行特性分析

大规模光伏电站多位于电网结构薄弱的沙漠/半沙漠地带,长距离的输电线路使得电网等值阻抗不可忽略,影响光伏并网逆变器的安全稳定运行。本文以弱电网接入为研究背景,给出了多个光伏逆变器并联系统的控制模型,从电能质量、动态响应和系统稳定性3个方面分析了电网阻抗和并联数目对逆变器并联运行特性的影响,最后利用PSCAD软件对上述分析的有效性进行了仿真验证。

轻型高压直流输电系统的动态建模及非线性解耦控制

轻型高压直流输电是基于脉宽调制电压源型换流器的新一代直流输电,具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。建立了基于同步旋转坐标系下的轻型高压直流输电系统的动态模型,采用反馈线性化方法设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的独立控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对轻型直流输电系统的功率调节控制原理进行了仿真分析,对模型和控制器的有效性进行了多角度验证。

双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究

受风速变动、电网运行方式变化等诸多因素影响,风电机组接入点电压有时波动很大。双馈异步风电机组通常采用功率因数cos=1的恒定功率因数控制,而没有根据所接入电网运行要求来发挥其自身的无功调控潜能。本文建立了双馈异步风电机组的动态模型,以双馈异步发电机容量为约束条件,导出了双馈异步风电机组在不同风速下的无功功率调控能力,构建了面向接入点电压运行要求的风电机组无功功率调控策略,利用"电力系统综合分析程序"(PSASP)分析了某4.93万kW实际风电场采用所构建的无功控制策略抑制风速变化、电网运行方式变化等对接入点电压扰动的效果,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。

匹配风电接纳可行域的储能系统控制方法及其经济性评估

储能系统被认为是提高电网风电接入规模的有效手段。然而,针对不同目标的储能系统控制方法所达到的调控效果、储能容量配置将有所差异。为提高系统接纳风电能力,避免储能系统过度调控,研究了提高电网风电接纳的储能系统控制问题,分析了制约风电接纳的源网瓶颈,提出了匹配风电接纳可行域的储能系统控制方法,考虑储能系统成本与运行收益,对提高风电接纳规模的储能系统运行综合效益进行评估。针对某地区实测数据,计算储能系统不同额定功率下的容量需求,对其进行经济性评估。算例结果表明,匹配风电接纳可行域的储能系统控制方法能够较准确的改善风电功率对系统影响,同时,储能系统高昂成本是制约储能技术大规模应用的重要因素。

基于扫频法配电网电容电流测量装置研制

准确测量配电网对地电容电流是确定消弧补偿及其容量的重要依据,为此研制了基于扫频法配电网电容电流测量装置,其工作原理是在消弧线圈电压互感器(TV)二次侧注入一方波变频电压,通过检测TV二次侧电流与所注入电压是否同相位来确定配电网对地电容与消弧线圈电感的并联谐振频率,进而求出对地电容电流。该装置由扫频信号发生源和控制器组成,其中扫频信号发生源是基于IGBT、直流侧电压为300 V的单相逆变器,用于向系统注入一方波变频电压;控制器采用混合信号片上系统(SoC)——C8051F 020单片机,用于产生递增变频控制信号,该控制信号经光耦隔离、放大电路驱动,以控制IGBT通断。利用EMTDC/PSCAD仿真和物理试验,对装置有效性进行验证,结果表明装置测量误差小于2%。

未来的用户电力技术

信息电力概念的提出凸显了供电质量对未来信息社会的重要性 ,而如何保证社会可持续发展的能源供应和如何提高越来越庞大的现代电力系统的运行安全性、可靠性则是当今电力工业面临的新挑战。用于提高供电质量的动态电能质量调节技术、用于提高电能利用率及利用新能源的电能变换技术以及用于提高系统反事故能力的固态开关技术等 3类用户电力技术 ,将为解决以上问题提供有效途径。文中分析了上述各种技术产生的背景 ,展望了这几种用户电力技术在我国的发展前景。

基于PSCAD/EMTDC的直驱永磁同步风力发电机多机并联运行仿真

提出了一种与直流系统直接耦合的多机并联永磁风力发输电系统,该系统充分利用永磁直驱风电机组与轻型直流输电各自优点,适用于远距离风电直流联网。建立了dq同步旋转坐标下的永磁直驱风力发输电系统的数学模型,基于转子磁场矢量定向技术,构建了多机并联发输电系统的有功、无功解耦控制策略;基于电网电压矢量定向技术,构建了输电系统有功、无功功率的解耦控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了两台永磁直驱风电机组并联发输电仿真系统,对系统的动态特性及其无功调节能力进行了仿真分析。仿真结果表明,两机并联的发输电系统能够在不同的风况下稳定运行,且对电网具有一定的无功调控能力。

弱电网下联网光伏逆变系统稳定性分析及控制参数整定

构建基于Nyquist稳定判据的联网光伏逆变系统的稳定性分析方法,分析电网阻抗对联网光伏逆变系统运行稳定性影响,并提出一种根据电网阻抗大小改进系统控制器增益的控制参数整定方法,以提高联网光伏逆变系统的运行稳定性。设计算例和仿真结果验证了理论分析及参数整定方法的有效性和可行性。

电池储能单元群参与电力系统二次调频的功率分配策略

大规模电池储能电站响应频繁的电力系统二次调频小额功率需求时,面临二次调频功率在电池储能单元群之间分配的问题,分配不当会劣化储能电站运行效率。文中分析了电池储能单元充放电功率对其能量转换效率的影响,构建了电池储能单元充放电功率-效率模型,提出使电池储能电站整体能量转换效率最大化的电池储能单元群功率分配策略。该策略可以提高电池储能电站运行效率、减小功率损失,同时在小额调频功率需求场景下可以减少电池储能单元响应数量和延长电池储能电站寿命。仿真分析验证了所提功率分配策略的有效性,与按比例功率分配策略和最大充放电功率分配策略对比结果表明,所提出的功率分配策略在提升电池储能系统运行效率以及减缓电池寿命衰减方面均具有优势。

利用储能提高风电调度入网规模的经济性评价

受自然条件的影响,风电功率预测的精度依然较低。在大规模风电基地联网运行的场景下,直接利用风电功率预测信息进行风电调度决策,会给电力系统的安全运行带来风险。储能系统具有对功率和能量的时间迁移能力,能够有效应对风电功率预测误差,确保电网的安全运行。然而,在目前的技术经济水平下,储能系统造价昂贵,利用储能系统提高风电的调度入网规模是否可行,需要从经济性角度进行系统评估。该文提出利用储能减小风电调度风险的"源网协调"调度方法,构建了储能系统经济性评估模型,分不同的概率区间预测场景评估了利用储能系统提高风电接纳规模的可行性,研究结果能够为利用储能系统提高风电调度入网容量提供决策依据。

悬浮电容多电平逆变器的通用PWM控制方法

多电平逆变器及其PWM控制是近年来电力电子应用领域的研究热点。悬浮电容多电平逆变器因为不需要独立的直流电源来维持每级电平电压和电平数容易扩展等优点而备受青睐,但是悬浮电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对该问题,该文提出一种理论上适用于任意电平悬浮电容逆变器的通用PWM控制方法,该方法由“波形优化电压合成算法”和“开关状态选择法则”两部分组成。前者基于“伏秒等效”原则,以优化输出线电压波形为目标,由参考波直接确定各相电压电平和相应的持续时间及输出顺序;后者则用于选择合适的冗余开关状态,以同时控制悬浮电容电压的平衡,而且还能保证功率开关频率的均衡,便于实现数字化。该方法在悬浮电容五电平逆变器系统进行了大量的仿真,并给出了部分实验结果。