面向季节性短时高峰负荷的虚拟配电馈线功能架构及协同配置

传统线路增容方式面对季节性短时高峰负荷时存在线路整体利用率低、紧急功率支撑能力差等问题。因此,文中以功能虚拟化为核心,研究了传统配电馈线与储能元件融合的虚拟配电馈线功能架构,利用双端储能元件搭建虚拟电能传输通道,以应对季节性短时高峰负荷、延缓传统线路增容改造工程,并在非高峰时期提供紧急功率支撑和辅助服务功能,提高储能元件整体利用率。为充分挖掘虚拟配电馈线的灵活传输和紧急功率支撑潜力,提出了配电网线路增容优化配置模型,在保证经济性和满足高峰负荷需求的前提下,优化虚拟配电馈线储能配置。算例研究表明,虚拟配电馈线能够有效延缓传统线路增容改造工程、应对季节性短时高峰负荷;对于线路负荷增长较稳定、线路长度较长和设计延缓增容年限较短的配电区域,虚拟配电馈线的优势更加凸显。

基于行波模态分解的特高压直流输电线路双端行波测距方法

基于晶闸管换流器的特高压直流输电系统(ultra-high voltage direct current based on line commutated converter,LCC-UHVDC)的故障定位算法对智能电网的安全稳定运行起着重要作用。针对长距离特高压直流输电系统故障测距方法精准度低、快速性差的问题,提出了一种基于变分模态分解法(variational mode decomposition,VMD)和Teager能量算子(Teager energy operator,TEO)的双端行波故障测距方法。首先,研究了LCC-UHVDC线路故障电压行波的传播特性。利用零模电压随线路传播衰减明显的特征,通过VMD算法提取采样点处零模电压行波的时频特性。针对VMD参数选择不当导致的模态混叠问题,利用K-L散度(Kullback-Leibler divergence)对提取的模态指标进行优化。然后采用TEO对分解后信号进行瞬时能量谱提取,精确标定波头到达时间,最后采用双端迭代测距法迭代求解故障距离。在PSCAD/EMTDC搭建±800 kV LCC-UHVDC仿真模型进行验证。结果表明,所提方法在不同故障位置、过渡电阻和故障类型下具有较强的鲁棒性。

考虑网络增容与无功支撑的混合型智能软开关优化配置

传统智能软开关(SOP)替换联络开关的工作模式使得支路传输功率完全受到SOP容量约束,限制了含高比例分布式光伏配电网的潮流转移能力。为此设计了结构灵活、控制模式可变的混合型智能软开关(HOP),并提出了考虑网络增容与无功支撑协同的HOP优化配置方法。分析了HOP在不同支路传输容量下的4种控制模式,并建立了考虑联络线和SOP功率流向的HOP功率模型;为获得光伏出力和负荷需求代表性场景,提出了基于堆叠自编码器特征提取的场景生成方法;考虑到HOP联络开关状态对潮流和网络拓扑的影响,推导含HOP的支路潮流方程约束,建立了考虑配电网重构的HOP优化配置模型,并通过线性化处理将优化配置模型转化为混合整数线性规划问题。算例结果表明HOP能够应对支路增容需求,降低配电网规划成本,提升分布式光伏消纳能力。

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。

基于改进极模变换的柔性直流输电系统断线故障分析与辨识

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故障下的等效电路。然后,通过改进极模变换矩阵推导其在不同故障类型下的复合模量等值网络,分析不同断线故障的模量特征;在此基础上,利用2模和0模电流的变化量构建断线故障类型识别的相平面,实现断线故障的分类;同时,提出基于1模电流变化量的区内外断线故障辨识流程。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,验证了所提保护方法的快速性和可靠性。

考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗建模方法

海上风电经柔直并网系统的阻抗模型是其稳定分析的基础。然而,现有阻抗建模方法忽略海上风电与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)间的阻抗耦合,可能导致系统稳定性判定失准。为此,该文提出一种考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗精确计算方法。首先,采用谐波状态空间理论(harmonic state-space,HSS)建立MMC与风电机组的序阻抗模型;在此基础上,分析风电机组与MMC两者交流端口电压、电流与阻抗的相互耦合机理,以获得风电机组与MMC交流等效阻抗;最后,提出风电机组与MMC阻抗耦合度指标,以量化分析不同控制环节对风电机组与MMC的耦合程度的影响。在MATLAB/Simulink搭建海上风电经柔直送出系统仿真模型验证该文所建模型的精确性及阻抗耦合度的对系统稳定性的影响,并通过RT-Lab硬件在环实验证明该文所建模型在系统稳定性分析中有效性。

考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置

风力发电、光伏发电与火力发电经同一点并网形成耦合系统,是我国北方地区发电侧灵活性调节电源与新能源间高效、低碳协同的一种形式.考虑区域新能源爬坡特性,结合源荷匹配分析,发掘和利用其规律,研究风光火耦合系统的容量优化配置方法,为耦合系统规划提供参考.首先,简述耦合系统运行模式和不确定性处理方法;其次,考虑耦合系统风光互补、爬坡事件和关键负荷特性,选取并提出相关指标用于源荷匹配评价;再次,考虑源荷特性、匹配、成本和收益等约束,建立耦合系统容量优化配置模型;最后,基于辽宁地区实际数据进行算例仿真,得到该地区耦合系统风、光的最优安装容量,并分析上述源荷相关因素与容量优化配置结果之间的相互影响,为新能源最优容量配置提供了参考与建议.

特约主编寄语

构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统,已成为我国电力行业的核心任务。配电网是将电能安全配送到千家万户的重大基础设施,是新型电力系统建设中最具活力和发展潜力的一环。当前,配电网中智能软开关、直流配电等新型电力电子装备开始大量应用,支撑了配电网中能量变换、功率调节等一系列场景的柔性化;另一方面,以新型传感、边缘计算、大数据、区块链、人工智能等为代表的先进数字技术为配电系统的转型发展提供了技术基础与保障,海量的数据构建起电网在数字空间的镜像。

面向多元负荷和优质供电的虚拟增容配电变压器:概念、应用与展望

随着海量分布式新能源、柔性负荷、储能接入配电网,配电变压器在增强配电网多元负荷适应性及供电质量等方面将面临更严峻的挑战。为系统地梳理现有配电变压器在技术性、经济性等方面的优劣和异同,该文总结了其拓扑结构、关键技术、应用场景及局限性。在考虑储能技术规模化应用的基础上,以现有配电变压器配合储能为硬件基础,提出对现有配电变压器进行“虚拟增容”的新概念——虚拟增容配电变压器,以探索传统配电变压器与储能元件信息物理融合的新模式、新场景。该文对虚拟增容配电变压器的概念进行了定义,并阐述了其拓扑结构与功能架构,进而探讨了虚拟增容配电变压器的应用场景与关键实现技术,以期为我国智能配电变压器的发展与研究提供新思路。

计及交直流谐波传递的MMC-BTB系统阻抗特性分析及环流配合策略

基于模块化多电平换流器的背靠背系统(back-to-back system based on modular multilevel converter,MMC-BTB)中换流器间控制交互密切,导致振荡事故频发。现有研究中忽略谐波传递的单端模型无法准确刻画MMC-BTB阻抗特性,也较少从振荡抑制层面考虑两换流器间的协同配合。为此,该文考虑MMC-BTB中换流器间谐波传递与衰减机理,依据多种环流控制方式的阻抗等价性提出一种基于环流协调控制的振荡抑制策略。首先,基于等效电路定性分析谐波的流通路径,并定量推导MMC-BTB的双端模型;然后,沿谐波路径对两侧环流控制的交互机理开展分析,证明其对改善MMC-BTB阻抗特性的关键作用,并提出环流控制的协调配合与参数优化策略;最终,通过Matlab/Simulink仿真验证理论分析与所提策略的正确性。

野火蔓延下基于移动应急电源的配电网韧性增强策略

近年来,我国野火频发,已严重威胁电力系统的安全稳定运行。移动应急电源作为一种重要的灵活调度资源,能够保障野火蔓延下重要负荷供电,增强配电网应对野火灾害的韧性。为此,本文提出了野火蔓延下基于移动应急电源的配电网韧性增强策略。首先,建立了基于考虑野火热辐射的配电线路导体热模型和热平衡方程,并运用聚类生成不确定参数的典型场景;然后,以配电网购电成本、负荷停电补偿成本和可调度资源运行成本最低为优化目标,提出考虑移动应急电源到接入点路程的布点和运行约束,进而建立了移动应急电源优化配置与灾害全过程运行策略模型。考虑到野火模型是非线性方程,提出基于两阶段松弛的线性化处理方法,将其转化为混合整数线性规划问题进行快速求解。最后,采用IEEE 33节点测试系统进行仿真,对所提方法的有效性进行了验证。

计及模块运行状态与开关器件结温相关性的半桥型MMC子模块内部热均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)运行于整流、逆变工况时,由于桥臂电流中存在直流分量,使得同一子模块中4支开关器件的结温分布不均衡,进而增大各开关器件的寿命差异。MMC系统的可靠性取决于寿命最低的器件,因此,子模块内部结温分布不均将严重威胁换流器的安全可靠运行。为此,提出一种计及模块运行状态与开关器件结温相关性的半桥型MMC子模块内部热均衡控制策略。该策略通过调整子模块的等效开关函数来减小开关器件的结温差,在不影响MMC输出电流谐波含量的同时提高系统的可靠性。分析子模块内部开关器件结温不平衡的产生机理,建立电-热耦合模型研究子模块投/切状态与开关器件结温变化的关系,通过控制子模块的平均投入时间实现开关器件的结温均衡。最后,搭建Matlab/PLCES电-热联合仿真与MMC子模块工况模拟实验平台验证提出策略的有效性。

深度学习在智能电网中的应用现状分析与展望

深度学习是机器学习研究中的一个新领域,其强大的数据分析、预测、分类能力契合智能电网中大数据应用的需求。文中首先总结了深度学习基本思想,介绍深度学习的5种模型(生成式对抗网络、递归神经网络、卷积神经网络、堆叠自动编码器和深度信念网络)的结构、基本原理、训练方法,概括其应用特征。综述了电力系统中的故障诊断、暂态稳定性分析、负荷及新能源功率预测、运行调控等应用深度学习技术的研究现状。针对深度学习的技术特点,结合电力系统各生产环节,构建深度学习技术在电力系统中的应用框架。最后,从多能源系统运行调控、电力电子化系统安全分析、柔性设备故障诊断、电力信息物理系统的安全防护等方面对深度学习应用进行展望。

基于最短路的复杂配电网可靠性评估分块算法

配电网具有闭环设计、开环运行、网络中配置的开关相对较少的特点。基于该特点,应用最短路方法和分块技术提出大规模复杂配电网可靠性评估算法。给出配电网馈线末端节点、边界节点的定义以及块的定义和性质。基于最短路提出配电网分块形成算法,进而提出配电网可靠性评估算法。故障模拟时,文中方法以“块”为单位代替常规方法以“元件”为单位进行分析,利用最短路法确定开关元件的影响范围,节省了大量重复的开关元件搜索时间。应用该算法对RBTS及大量实际工程系统进行了可靠性评估,算例表明该算法具有高效性和工程实用性。

基于模型预测控制的两区域互联电网AGC系统研究

提出采用集中式模型预测控制(CMPC)代替传统PI环节构建互联电网新型AGC系统。该控制系统计及发电机功率变化率约束条件,以互联电网动态模型的状态方程作为CMPC的预测模型,调速器调节量作为输入,并将负荷变化量作为输入扰动量,各区域频率变化、联络线交换功率变化量及各区域控制偏差(ACE)作为预测输出量。在Matlab/Simulink中针对两区域互联电网AGC系统建立以联络线功率频率偏差为控制目标的CMPC控制系统,仿真对比结果证明采用该方法的AGC系统的动态响应控制性能得到显著改善,并且该系统具有更强的鲁棒性。

光伏与微型燃气轮机混合微网能量管理研究

在分析光伏发电和微型燃气轮机动态模型及运行特性的基础上,研究了光伏与微型燃气轮机混合微网能量管理策略。基于光伏与负荷功率波动的频率特性,提出了变步长时间序列法预测光伏与负荷功率,控制微型燃气轮机输出。为了保证混合微网运行的可靠性和提高蓄电池的运行效率和工作寿命,提出了模块化的储能蓄电池管理模型。混合微网并网运行时,利用可控的微型燃气轮机平滑光伏功率波动,使混合微网成为一个可调度的功率源;孤岛运行时,储能蓄电池与微型燃气轮机共同补偿光伏与负荷功率的差额,实现微网的稳定运行。采用PSCAD/EMTDC和Matlab联合仿真,证明了本文提出的能量管理策略的正确性,同时可有效减小储能设备配置容量。

基于相间短路故障电流的同步发电机参数辨识方法

同步发电机的精确参数辨识是保证电力系统暂稳态分析的重要基础。本文首先在同步发电机等效数学模型、序网图、等效电路的基础上,推导了其通过外部阻抗相间短路故障情况下的暂态电流表达式;然后以短路试验与辨识得到参数计算的短路电流间标准化误差平方和最小目标函数,采用增加权重系数的改进鲸鱼优化算法,提出基于相间短路故障电流的同步发电机参数辨识方法;最后在某实际同步发电机上进行短路试验,验证了所提方法的正确性与有效性。本文方法通过增大同步发电机的激励能量,采用大扰动过程中的故障电流作为原始数据,以提高辨识的准确性;同时结合短路电流模型非线性特点,对鲸鱼优化算法进行改进,能更好地适应非线性参数辨识。

考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型

在当前“碳中和、碳达峰”的背景下,风火打捆发电系统将不断提高输送功率,加快构建清洁能源为主体的新型电力系统。为此,本文提出一种考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型。首先,对风火打捆发电系统中灵活性改进后的火电机组,考虑其爬坡能力有了较大提升,采用阶梯式爬坡建模方式来表征其快速爬坡响应能力;其次,考虑改进后的火电机组仍然存在碳排放特性,故将碳排放强度约束加入发电系统的经济调度模型。但是这样可能会限制火电机组的阶梯式爬坡响应能力。为解决这一矛盾,本文将风火打捆发电系统与城市高压配电网进行耦合建模,让城市高压配电网中灵活负荷资源参与风火打捆发电系统经济调度,最终形成计及负荷转移的经济调度模型。最后,本文对某实际地区的多个风火打捆发电系统与当地高压配电网络进行联合仿真分析,验证了所提模型的有效性。

光伏发电在微电网中接入及动态特性研究

在光伏发电动态模型的基础上,针对光伏发电输出功率的波动性,研究了微电网中的光伏电源的接入问题;提出了采用光伏电源的平均输出功率计算储能设备容量的优化配置方法,以实现微电网中光伏微电源的即插即用;分析了光伏逆变器输出的谐波电流畸变率随光照强度变化波动的情况;利用PSCAD/EMTDC软件进行仿真验证,结果表明该方法能有效平抑光伏发电功率的波动,同时能减小微电网从并网到孤岛过渡过程的频率波动。

串联和并联结构的多微网系统分层协调控制策略

根据多微网间的串联和并联组网结构,设计了串、并联不同结构的多微网系统两级分层控制方案。以多微网系统允许出现的有效运行状态为基础,依据其当前状态和触发事件制定微网运行状态的转换。针对多微网系统的联络线功率控制、并网和孤岛模式切换,提出串、并联结构的多微网中央控制器之间的协调配合策略。结合云电科技园智能微网的工程建设,利用MATLAB/Simulink软件搭建串联和并联结构的多微网模型;仿真分析联络线功率调节、不同模式转换和同步过程中微网的动态特性。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。