“双高”电力系统:一种新的稳定判据和稳定性分类探讨

随着能源变革和电力电子技术发展,高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)在电力系统中比例增高,带来新的稳定问题。该文对“双高”电力系统的失稳影响因素和稳定判据进行深入剖析,探索“双高”电力系统的失稳机理,提出系统阻抗角稳定性分析方法。基于所提出的稳定性分析方法,从系统有功功率、无功功率平衡基本运行规则出发,构建“双高”电力系统的阻抗角稳定判据,通过搭建仿真模型验证所提稳定判据的有效性和正确性。同时,对IEEE 提出的稳定性分类进行探讨,在遵循传统稳定性分类原则基础上,基于所构建的稳定判据,尝试提出一种新的稳定性分类方法,希望有助于厘清“双高”电力系统稳定性问题,为后续系统规划、稳定性控制提供指导。

基于动态关联图注意力网络的虚拟电厂居民短期负荷预测

居民短期负荷预测能够为虚拟电厂提供实时、灵活的电力需求信息,有助于虚拟电厂实现能源高效利用与优化电力市场交易。由于居民负荷相关性的日益凸显,传统预测方法仅基于单个居民历史负荷进行时序预测,无法满足规模化虚拟电厂对居民负荷关联性的综合需求。基于此,文中提出一种基于动态关联图注意力网络的虚拟电厂居民短期负荷预测方法。首先,提出了混合相关性分析方法来刻画居民负荷之间的线性和非线性关系,并进一步提出了权重剪枝阈值机制得到居民负荷混合相关性矩阵;然后,基于该矩阵构建动态关联图结构,进而提出时间图注意力网络机制以深入学习居民负荷的时空关联特性,并实现居民短期负荷预测目标;最后,以某地区实际居民负荷数据为例,验证了所提方法的有效性。

信息能源系统的信-物融合稳定性分析

尽管信息物理系统的稳定性已经得到了广泛的研究,但大部分的学者皆关注于通信网络延时或攻击下的信息物理系统的稳定性问题,无网络通信的信息物理系统的信物融合稳定性分析策略亟待提出.其中,内嵌数字控制系统的并网逆变器系统是一种最简单、最典型的信息能源系统.同时,从效率的角度出发,逆变器的开关/采样频率总是选择尽可能低的频率,其势必产生系统固有延迟时间(控制理论中称为时间延迟).这种延迟时间往往容易引起系统的低频/次同步振荡,弱电网将加剧此现象.为此,提出一种信息能源系统的信-物融合稳定性分析技术.首先,基于柏德近似方法,建立了具有等效延迟时间的信息物理系统阻抗模型.该等效延迟时间由三部分组成,即信息/物理层的采样延迟时间、信息层的计算延迟时间和物理层的脉宽调制延迟时间,其有效地反映了信息-物理相互融合作用的影响.进而设计了稳定禁止区域判据,利用空间映射使开关/采样频率求解过程转化为Hurwitz矩阵辨识问题.在这些空间映射的基础上,最小开关/采样频率通过自适应步长搜索算法获得.最后,仿真和实验结果验证了该方法的有效性.

阶梯式碳交易的城市多能系统能量互补优化调度策略

引入城市能源服务中心(urban energy service center,UESC)作为供能和价格引导枢纽,构建了含典型功能的城市多能微网系统集群结构及其阶梯式碳交易机制模型。提出了一种城市多能系统双层优化调度策略,其上层为最小化UESC的运营成本,下层考虑城市多功能区域集群间的能量互济,采用交替方向乘子法求解综合能源系统(integrated energy system,IES)集群的分布式调度,协调各IES之间的功率交互。最后,利用IEEE-33节点电网和32节点热网耦合系统,并通过4类典型场景验证所提模型与算法的有效性,优化城市多能系统间能量的互济互补,减少系统总运行成本,降低系统碳排放,提高系统运行的经济性、灵活性和韧性。

从智能电网到新型电力系统

构建以新能源为主体的新型电力系统,加速能源生产侧清洁替代和能源消费侧电能替代是我国能源体系转型以及实现“双碳”目标的关键举措。立足于电力与能源系统的发展进程,分析了新型电力系统建设的主要特征和技术路径。通过梳理从智能电网到新型电力系统的历史发展脉络,总结出以融合、互动、开放、消纳等为关键词的新型电力系统发展的主要特点。围绕能源-信息-社会融合、源-网-荷-储协同互动、能源市场开放共享、新能源高比例安全消纳等能源发展形势,重点阐述了我国电力与能源系统向安全高效、清洁低碳的能源体系转型的主要技术方向和实现路径,以期为我国新型电力系统建设的高标准落地提供参考。

“双高”配电系统的挑战与应对措施探讨

随着风光等可再生能源及多变流器等电力电子设备在配电系统中渗透率逐步提高,“双高”配电系统面临诸多问题与挑战。高比例可再生能源出力的不确定性及波动性,高比例电力电子设备大量存在于控制环节带来的低惯性及弱阻尼等新问题均为配电系统安全运行带来了新的挑战。该文从“双高”特性对配电系统影响的不同时空尺度出发,归纳配电系统新形势下面临的问题,分析这些新问题的产生机理,并针对现有的解决方案展开探讨。最后尝试对“双高”配电系统的发展进行展望。

“双高”电力系统的稳定机理分析与致稳控制

近年来,能源消耗迅速增长,仅利用传统的电力资源已不能满足能源需求。发展以新能源为主体的新型电力系统,实现“碳达峰,碳中和”重大战略目标已成为业界重要共识。其中,高比例可再生能源广泛接入和高比例电力电子装备大规模应用(即“双高”)是新型电力系统发展的重要趋势和关键技术特征。这种转变为新型电力系统的安全、经济和稳定性带来了更多的挑战和机遇。为展示相关领域研究进展和发展趋势,共享最新的学术成果,《东北电力大学学报》编辑部组织了本期“‘双高’电力系统的稳定机理分析与致稳控制”专题,由东北大学王睿副教授,沈阳工业大学孙秋野教授,华中科技大学张力教授和北京理工大学魏中宝教授担任特约主编。

基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法

连续模型的准确性对于电力电子变换器的特性分析与实时仿真十分重要。由于独特的谐振腔结构,LLC变换器在不同工作频率区间分别以连续电流模式和断续电流模式运行,故而传统方法很难以连续模型实现其多种运行模式的统一描述。为此,该文提出一种基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法。首先,分析各工作频率区间全桥LLC变换器特性,建立一种大信号非连续模型,该模型能够实现LLC变换器多种运行模式的统一描述。然后,构建含陡度因子/脉冲系数的拓展型双曲正切函数,利用其将上述大信号模型连续化,从而建立了全桥LLC变换器的大信号连续模型。基于此模型,连续系统的方法可以被直接应用以实现对变换器特性分析、实时仿真和控制器设计。同时,相比于现有LLC变换器大信号连续模型,该模型具有较低的阶数和更高的精确度。此外,该模型在时域中能够提供次级侧功率器件高准确性的开关信息,便于作为同步整流设计的参考。最后,仿真和实验结果验证了该模型的准确性和有效性。

能源互联网动态协调优化控制体系构建

能源互联网是多种能源网络与信息互联网高度耦合的产物。针对如何充分地利用能源互联网的共享信息,对能源互联网中多种能源进行合理规划利用的问题,提出一种能源互联网协调优化控制策略以实现分布式可再生能源的高效利用。通过对一次能源侧的一次能源进行调度优化,实现分布式可再生能源的大规模利用和共享,最小化一次能源侧能源消耗,降低供能成本,提高供能可靠性,对供电网络、供热网络等多种主能源网络起到强有力的支撑作用。为快速、有效地平抑用户侧负荷波动,维持网络稳定性,提出一种基于动态多智能体系统的动态负荷需求响应团队机制。采用多智能体包含控制算法进行能源互联网内电能的电压控制,保证输出电能的高质量。

牛顿类潮流计算方法的收敛性分析

针对牛顿类潮流计算的初值敏感性问题,提出牛顿类潮流计算的收敛性定理,给出牛顿类潮流计算收敛的充分条件,解决用牛顿类方法进行潮流计算时因初值选取不当导致潮流收敛过慢或者无法收敛的问题。通过所提定理,可评价所选初值能否保证该牛顿类潮流算法收敛,若潮流收敛则继续潮流计算,否则可以针对性的对初值进行调整。这就避免因初值选取不当造成的冗余潮流计算甚至病态潮流的出现。通过对IEEE 57、118节点系统的仿真和通辽电网潮流计算的实例分析,验证了牛顿类潮流计算收敛性定理的正确性和有效性,提高了牛顿类算法在潮流计算中的在线实用性。

能源互联网及其关键控制问题

能源互联网是以电力网络、热力网络及天然气网络等能源网络为对象,以分布式协同控制技术、智能优化控制技术以及先进的信息通讯技术等为实施手段,通过各能源网络集成交互形成的新型复杂能源系统,具有泛在互联、对等开放、低碳高效、多源协同、安全可靠等特点.本文根据能源互联网前期已开展学术研究展开讨论,剖析能源互联网的内涵,分类并简要分析能源互联网的系统结构,针对能源互联网的建设目标及工程需求层面,归纳并提炼了能源互联网未来发展中面临的若干控制科学问题,包括分布式协同控制、能量调度管理、能量转换、信息处理、故障诊断等关键技术,最后对能源互联网发展所面临的主要挑战及未来可能的研究方向进行了总结和展望.

狭义能源互联网优化控制框架及实现

为了更好地研究能源互联网的特性,文中在总结国内外关于能源互联网最新研究进展的基础上,将能源互联网的研究分为三类:全球能源互联网、广义能源互联网和狭义能源互联网,认为狭义能源互联网应包含电能和热能两个核心网络;在研究核心硬件设备(能源路由器、能源交换机和能源接口)的结构及其控制策略的基础上,提出基于这三种核心硬件设备的狭义能源互联网的三层结构,以此完成对当前能源互联网研究结构的优化;最后,完成一个校园狭义能源互联网搭设的试验,并实现相关的能源互联网软件系统,以此验证了能源互联网的部分特性。

能源互联网多能源系统最优功率流

基于能量枢纽模型,提出能源互联网中以电力、天然气、热力三大供能网络为主的多能源系统协同运行优化方式,考虑各能源传输网络的特点,促进分布式可再生能源出力。将弃风电量作为优化指标之一,综合分析能源消耗及环境效益,并通过弃风供热进行风电消纳,有效减少弃风电量。与传统的以热定电运行模式相比,多能源协同运行优化方式具有较高的综合收益。

配电网模糊潮流计算方法及其收敛性研究

针对配电系统中存在的大量不确定因素,提出一种改进的配电网模糊潮流支路前推回代法,充分考虑负荷的模糊性对潮流计算的影响,使算法能应用于复杂的实际配电系统。算法线性收敛,计算速度快,计算结果采用梯形模糊隶属函数来表达,能更准确的反映负荷模糊性对于各个节点电压和功率的影响。对算法收敛性进行分析和证明,给出算法的收敛判据并证明当满足收敛条件时必存在唯一平衡收敛点,同时给出收敛误差方程。在美国PG&E的69节点配电系统上的仿真结果表明,与确定性支路电流法和基于蒙特卡洛随机抽样的支路前推回代法相比,模糊支路前推回代法的计算结果能更准确地反映出更多的系统信息,验证了研究结论的正确性和实用性。

能源互联网中自能源的孤岛控制研究

在多自能源(we-energy,WE)并联运行的能源互联网中,传统的下垂控制因受线路阻抗的影响,难以实现无功功率的合理分配以及系统的输出电压和频率的合理限定,为此提出了基于指数的改进型下垂控制。通过讨论功率与电压、频率的关系,分析得到自能源输出的无功功率实现按比例分配的前提条件,并在此基础上采用基于指数的下垂控制对自能源输出的无功功率和电压、有功功率和频率进行控制。运用小信号分析证明了所提控制方法的稳定性,并对该策略分别在线路阻抗不平衡、自能源容量不同和采用传统下垂控制与指数下垂控制的混合系统中进行仿真和实验。仿真和实验结果验证了该策略的正确性和可行性。

基于粗糙集和遗传算法的变压器故障诊断方法

本文针对基于变压器油中溶解气体的故障诊断方法不能有效地把溶解气体的绝对值和比值进行有机结合、断点划分过于绝对且缺少针对性、应用粗糙集进行约简时采用的方法不适合进行大规模数据的全局最优解求取等问题,提出了一种粗糙集和遗传算法相结合的约简算法,将溶解气体的绝对值和比值作为原始规则进行有针对性的处理,从而获得最终的结果。算法首先将连续属性的离散化、属性约简和值约简都统一转化为可辨识矩阵的化简问题,利用遗传算法的全局并行寻优能力对这一类问题进行统一处理,有效地提高了算法的执行效率和连贯性,从而保证得到全局最优结果。将建立的专家系统应用于某特定型号220 kV主变压器(隔膜式),获得了较为满意的诊断结果,与当前应用较多的另外7类方法进行比较,验证了本文提出方法的有效性和实用性。

基于改进粗糙集约简算法的配电系统在线故障诊断

针对在实际的配电系统故障诊断中,往往要面对从海量数据中找到真正对于诊断结果有帮助的关键数据问题,提出了一类基于遗传算法的粗糙集约简算法,可以在较少信息的情况下获得正确的诊断结果。在分析了遗传算法中各个主要参数对算法结果的影响基础上,重点讨论了适应值函数中目标函数、惩罚函数以及惩罚因子的构造方法,并对于其他关键参数及算法进化过程针对粗糙集约简特点进行了修正。与传统的粗糙集约简算法相比,文中的方法能够有效找到最优的属性约简结果,同时大大提高了算法的效率和实用性。将算法应用于美国PG&E的69节点配电系统进行仿真,对于202个属性,319条记录的复杂数据进行了有效的约简,结果表明算法对于实际的复杂配电系统能够进行故障诊断。

分布式发电对配电网静态电压分布的影响

基于放射状链式配电网络,研究了分布式电源并网后负荷节点的静态电压分布情况.首次建立了递减、递增和等腰三种典型负荷分布模型,并在此负荷分布模型基础上定量地研究了分布式电源并网后配电网的电压分布情况.讨论了分布式电源位置和容量的限制问题.结合仿真算例,考察不同位置和容量的分布式电源并网后配电线路的电压变化情况.研究表明,分布式电源的接入会起到电压支撑作用,但不恰当的接入位置和注入容量会造成电压越限和网损增加;因此必须进行合理的规划,使各负荷节点的静态电压稳定在允许范围内.

基于GAN技术的自能源混合建模与参数辨识方法

自能源(We-energy,WE)作为能源互联网的子单元旨在实现能量间的双向传输及灵活转换.由于自能源在不同工况下运行特性存在很大差异,现有方法还不能对其参数精确地辨识.为了解决上述问题,本文根据自能源网络结构提出了一种基于GAN技术的数据–机理混合驱动方法对自能源模型参数辨识.将GAN(Generative adversarial networks)模型中训练数据与专家经验结合进行模糊分类,解决了自能源在不同运行工况下的模型切换问题.通过应用含策略梯度反馈的改进GAN技术对模型进行训练,解决了自能源中输出序列离散的问题.仿真结果表明,提出的模型具有较高的辨识精度和更好的推广性,能有效地拟合系统不同工况下各节点的状态变化.

中国特色能源互联网三网融合及其“自-互-群”协同管控技术框架

从当代中国基本国情出发,以终端用能侧作为切入点,以互联、感知、优化、调控、共享为重点,力图构建开放共享的综合能源系统。该文首先分析了中国能源互联网的基本特点,设计了中国特色能源互联网的"三网一体"网络结构,然后从分布式的技术角度与自-互-群的能源角度分析了支撑中国特色能源互联网的重要技术手段。由"群"层级构建能源价值网络,构建能源交易平台,为"互"层级提供价格区间;"互"层级通过多主体博弈生成出清价格、以微增率的一致指导终端进行分布式优化、以分布式协同控制实现系统状态量一致。最终"自"层级基于能量枢纽,实现内部能量优化。至此,共同构成自上而下的一体化优化策略,实现中国特色能源互联网的经济、安全、高效运行。