附加动能与势能比例系数的跟网型VSC能量函数

针对大扰动下跟网型换流器的暂态稳定分析问题,构造了一种附加动能与势能比例系数的新型能量函数,改善了传统能量函数固有的保守性。根据待定梯度法计算能量函数的形式;以能量函数的正定性作为约束条件,初步确定附加系数的取值范围;根据梯度与微分方程判断能量函数的耗散性,进一步缩小了该范围;分析并对比能量函数的稳定域,提出改善保守性的建议。最后将得出的结论应用于并网换流器的电磁暂态仿真模型中,验证了其有效性。

特高压交直流电网的小干扰稳定性分析

分析了我国小干扰稳定仿真技术存在的主要问题,提出了解决问题的思路,包括:结合广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的小干扰稳定性分析、中长期过程中的小干扰稳定性分析、特征值的区域自动搜索算法、特征值灵敏度研究与应用、小干扰稳定在线预决策技术等。探讨了小干扰稳定性分析软件与在线动态安全分析预警系统的接口技术,以及并行计算技术的重要性,并指出小干扰稳定性分析技术是研究和分析特高压交直流电网低频振荡问题及其稳定措施的重要手段。

基于多进程的电力系统频域特征值并行搜索算法

对大规模电力系统进行小干扰稳定分析时,特别是在线动态安全预警系统中,由于系统线性化矩阵的规模庞大,求解特征值的串行算法难以满足计算速度的要求。近年来,多核CPU技术发展迅速,充分利用多核CPU的计算机硬件资源,采用并行计算技术是大幅提高小干扰稳定计算速度的有效途径。提出了基于多进程的电力系统频域特征值并行搜索算法,并应用于国内广泛使用的电力系统小干扰稳定性分析程序(PSD-SSAP)中。该算法具有计算准确、实现简单、并行计算效率高等优点。实际大规模电力系统的算例测试和分析验证了该算法的正确性和有效性。

电力系统微分代数方程模型的暂态电压稳定性分析

电力系统中暂态电压失稳事故时有发生,从而引起电力界的广泛关注。目前的暂态电压稳定分析方法尚存在不足之处。基于时域仿真法、能量函数法和奇异诱导分岔理论研究电力系统暂态电压稳定问题,以期在电力系统发生大扰动后快速判断故障后系统的暂态电压稳定性,从而有利于及时采取控制措施避免系统电压崩溃。首先探讨电力系统微分代数方程(differential-algebra equation,DAE)模型及其奇异性,分析暂态电压稳定分析的保留结构模型的能量函数法,在此基础上采用奇异诱导分岔判断暂态电压失稳,以一个简单系统分析静态负荷模型及感应电动机模型对系统暂态电压稳定性的影响。

考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度

为应对新型电力系统建设过程中带来的新能源消纳困难与系统调控能力不足的现象,该文提出一种考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度策略。首先,对源荷储三侧运行机理展开分析,充分利用碳捕集机组、氢储能系统、需求响应提高电力系统调度灵活性。其次,构建源网荷协调运行结构框架,并针对旋转备用需求下碳捕集机组与氢储能系统运行中的不足之处,对二者协调运行特性进行研究。最后,以系统综合成本最优为目标,建立碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度模型,采用模糊隶属度函数对系统不确定性进行描述,确定系统旋转备用需求。经算例验证表明,该文所提模型在兼顾系统运行的经济性与低碳性的前提下,可显著提高系统新能源消纳水平。

考虑多热源协同互补的含先进绝热压缩空气储能系统容量配置方法

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具备天然的热电联供特性,能够有效缓解供热期出现的弃风问题。若能在规划阶段充分考虑运行需求,进而合理地配置储能容量,则能够在解决弃风问题的前提下,最大程度对燃煤机组进行清洁替代。为此,该文提出了多热源协同互补的AA-CAES系统容量配置模型。首先本模型在能量输入端引入电锅炉预热压缩机入口空气,以增大压缩机输气系数并提高机组产热量;其次在扩展热源端,通过太阳能反射镜场收集光热,以提高系统储热水平;并在计及储能系统各模块实际运行效率约束之余,以运行总成本最小为目标,计算储能容量配置最优解。再次,分析供热时长及环境温度等因素对投资成本回收年限的影响,并计算不同情况下本模型投资成本的回收年限,得出建设本模型可盈利的硬性条件;最后,基于东北某地区供热期及非供热期典型日负荷及气象数据在IEEE-39节点系统完成算例分析,验证所提模型有效性。

特约主编寄语

随着“双碳”战略的大力推进,中央提出要构建清洁低碳安全高效的能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统。新型电力系统的核心特征是新能源成为电力供应的主体,但大规模风电、光伏接入电网,其不稳定性和间歇性对电网安全稳定运行构成了严峻挑战。此外,新能源主动支撑能力不足、单机容量小、装机数量大等因素,导致电力系统运行、控制难度增加,进一步加剧了电网安全稳定运行的风险。

电力系统电压稳定机理研究

正确认识电力系统电压稳定机理是电压稳定研究进一步发展的关键。在分析了电压稳定定义和数学模型后,给出了物理意义明确的电压稳定和电压崩溃的定义。分别对纯电阻电路和交流电路的电压稳定性机理进行了研究,说明了电力系统电压稳定性的机理,并从输电网络输电极限、负荷动态特性以及受端系统电压支撑3个方面对电力系统电压稳定进行机理解释。

电力系统全过程动态仿真的组合数值积分算法研究

全过程动态仿真是将电力系统机电暂态和中长期动态过程有机地统一起来的一种数字仿真。仿真模型中的时间常数差别很大,是典型的刚性非线性系统。数值积分算法是全过程动态仿真的核心。分析非线性刚性系统求解的特点和电力系统动态仿真中现有数值积分算法存在的主要问题,提出一种新的适合全过程动态仿真的组合数值积分算法。该算法有机地结合了固定步长隐式梯形积分法和变步长吉尔(Gear)法的优点,克服现有变步长吉尔法在机电暂态过程中计算效率低下和间断处理复杂的问题。算例仿真与分析的结果表明了新算法的有效性和可行性。

电池储能系统的多时间尺度仿真建模研究及大规模并网特性分析

为研究电力系统机电暂态和中长期动态过程中储能电池对电网的影响,提出一种电池储能系统的多时间尺度仿真模型,并针对每个组成部分进行了详细建模。该模型在大型电力系统分析软件包的全过程仿真程序PSD-FDS中得到了实现,并通过算例验证了模型的有效性,为储能电池系统的并网研究提供了仿真手段。在此基础上,该文对电池储能系统展开了不同时间尺度下的特性分析,研究了其机电暂态特性及中长期动态特性,以及电池储能系统的接入对电网的影响。仿真显示电池储能系统对电网的稳定性有改善作用,且可以有效地平抑新能源发电的功率波动。

双馈型风电场群无功分层协调控制策略

针对目前风电场群无功补偿多以单场独立控制为主,且各风场间缺乏无功协调控制机制的特点,提出一种适用于双馈型风电场群的分层无功补偿策略,特别关注了双馈型风电机组/风电场的无功调控能力,并基于风电功率波动特性分析,根据当前时刻风电有功出力,对其下一时刻的无功调控能力范围进行了概率评估。该策略分3层实施:场群层,根据场群汇集站中枢点电压确定整个场群无功补偿任务;子场层,基于多目标函数模型及遗传算法对各单场分配无功任务;机组层,各单场控制子站实施上层控制下达的指令,并完成场内风机无功分配任务。算例研究表明,该控制策略能够实现各风场无功补偿任务的优化分配,充分利用了双馈风机的无功调控能力,可提高风电场群的静态电压稳定性。

特征值灵敏度方法及其在电力系统小干扰稳定分析中的应用

随着电力系统的发展,特别是大区互联电网的出现和扩大,小干扰稳定性问题日益突出。为了满足小干扰稳定性分析的要求,介绍了3种特征值灵敏度——特征值对元件参数、传递函数和运行参数的灵敏度计算方法,并分析了其在电力系统小干扰稳定中的应用。这3种特征值灵敏度能够弥补现有分析方法的不足,有效地指导某些装置或系统的参数设计与选址,以及调整系统的运行方式,以改善小干扰稳定性,抑制低频振荡的发生。基于灵敏度的发电重新调度法,通过合理分配系统发电机出力,使事故下受小干扰稳定约束的电力传输最大化,是小干扰稳定问题的有效解决途径之一。因此在现有的小干扰稳定分析程序中增加特征值灵敏度的快速计算功能是十分必要和迫切的。

基于戴维南等值跟踪的电压失稳和功角失稳的判别方法

电压失稳和功角失稳是电力系统的2种失稳模式。在暂态过程中,功角失稳和电压失稳的发生常常交织在一起,而不容易区分。提出基于戴维南等值跟踪方法的电压失稳和功角失稳的判别方法。通过故障后戴维南等值参数的变化判断系统的失稳模式。示例系统的仿真结果表明,所提出的失稳模式判别方法是正确、有效的,同时表明当系统电压大幅下降和功角差增大同时发生时,并不能简单地认为是电压失稳和功角失稳的耦合失稳模式,而是仍有其相对应的主导失稳模式,或为电压失稳或为功角失稳。

考虑负荷变化特性的电压稳定判据分析

在采用戴维南等值参数跟踪方法分析需要考虑非线性和动态元件影响的暂态电压稳定性时,通常以负荷节点的等效阻抗与该节点的网络戴维南等值阻抗相等作为暂态电压稳定的临界条件。通过电力潮流方程推演该电压稳定判据,并从理论上分析该判据在负荷以恒功率因素变化以及其他变化特性下判断系统暂态电压稳定性的适用性。明确当负荷不满足恒定功率因数变化特性时,将该电压稳定判据作为暂态电压稳定的临界条件是无效的。提出通过拉格朗日因子法,构造修正目标函数求取不同负荷特性下暂态电压稳定临界点的计算方法。最后通过2个仿真算例证明该文结论。

电力系统全过程动态仿真中的自动发电控制模型

针对大规模电力系统二次调频控制的动态仿真问题,采用混杂系统的建模方法,提出一种适于机电暂态及中长期动态全过程仿真的自动发电控制模型。模型主要由属于连续动态系统的区域控制偏差计算、属于离散动态系统的控制策略和机组调节指令计算3个模块组成。通过与电力系统全过程动态仿真程序中已有模型的接口,该模型可以模拟大规模电网中基于A标准和CPS控制性能评价标准的控制策略,以及定频率控制、定交换功率控制和联络线功率频率偏差控制等多种方式。与我国特高压交流联络线相关的2个算例仿真表明,该模型可为大规模电网联络线功率波动限制、多区域AGC控制策略的协调配合和二次调频的优化控制等实际电网问题提供有效的仿真手段。

基于成本最优的含储热光热电站与火电机组联合出力日前调度

含储热光热发电的优势体现为良好的出力可控性和可调度性,合理调度光热发电能够有效降低系统运行成本。以成本最优为目标,从光热电站的光电转换特性分析角度出发,在计及各项运行约束的基础上,提出含储热光热电站与火电机组联合出力调度策略。该策略综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用成本以及电网安全运行约束等因素,从而确定光热电站在既定储热容量下的最优出力调度策略。基于遗传算法,通过IEEE 30节点算例验证了所提方法的可行性与有效性。

基于复杂事件处理技术的电网故障信息分析及诊断方法

针对现有故障信息处理及诊断中存在的"数据过剩而信息不足"的现状,引入复杂事件处理技术,从信息、事件处理的本质层面开展电网故障信息分析和诊断方法的研究。分析了故障信息处理自身存在的层次性特点,并结合该特点,提出了故障信息的分层处理模型;在此基础上,对传统的故障诊断专家系统方法进行了改进,提出了基于复杂事件处理技术的故障诊断方法。该方法符合故障诊断信息处理过程的本质特征,其在故障数据处理中所具有的层次性、结构化特点,不仅使诊断规则生成更容易,且增强了规则的适用范围,同时改善了故障诊断过程的黑箱特性。算例测试结果表明所提的故障诊断模型合理、方法有效,且具有较好的应用前景。

电力系统动态仿真中的安全稳定控制系统建模

针对目前电力系统动态仿真分析难以准确反映安全稳定控制系统动作特性的问题,提出一种安全稳定控制系统通用建模方法。采用分层次、面向对象的建模思路,实现了对实际电网中的安全稳定控制系统特性的准确模拟,以及含安全稳定控制系统模型的动态仿真计算。该方法层次清晰、建模方便,克服了以往仿真软件因潮流转移导致的过负荷引起距离三段动作、反时限原理保护动作和涉网保护动作等导致系统元件的开断,特别是连锁故障引起的大面积停电等复杂故障情形,不能真实反映安全稳定控制系统动作行为的缺点,同时减轻了仿真计算的工作量。仿真结果表明,含安全稳定控制系统模型的动态仿真程序,为分析电力系统全过程动态稳定性、研究防止连锁故障引起大面积停电的措施提供了有力的仿真工具。

基于多信息源的电压安全全过程预警及防控系统

电力系统电压失稳事故时有发生,从而引起电力界的广泛关注,然而电压稳定分析、判别与防控是困扰世界电力工作者多年的难题。文中阐述了基于多信息源的电压安全全过程预警及防控系统功能框架结构,分别介绍了静态、暂态、中长期和基于响应信息在内的多时间尺度全过程电压稳定防控技术,通过静态电压稳定指标、基于戴维南等值跟踪的失稳模式判别、基于WAMS的电压裕度分析等方法实现电压稳定判别及防控,并指出了所涉及的关键技术。该系统可实现大电网电压稳定快速量化评估与辅助决策,对提高电力系统电压安全预警及防控水平,降低电压崩溃事故发生概率,具有重要理论指导和工程实践意义。

适用于电力系统中长期动态仿真的风电机组有功控制模型

随着风电大规模接入电网,调度部门对其有功控制及参与系统调频、调峰提出了更高的要求。针对目前仿真中风电不具备进行分钟级动态过程研究的模型,只能定性分析参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)调节等有功控制的问题,该文提出了适用于中长期动态仿真的风电机组有功控制模型,并在电力系统全过程仿真程序中予以编程实现。该模型以风速持续波动、调度安排出力、AGC调控指令作为输入,通过调节桨距角控制风机的出力变化。模型可用于模拟风机出力波动及对电网的影响,并对风机参与AGC调控的过程进行动态仿真分析。仿真算例表明,该模型可为研究风电机组配合AGC参与电力系统有功、频率的调整提供有效的仿真手段。