基于深度置信网络的电网安全稳定控制系统故障诊断方法

安全稳定控制系统(安控系统)控制节点多、控制链条长,若因故障导致拒动或者误动,将给电网的运行造成严重危害。安控系统的故障诊断是电力系统安全稳定运行的基础。现有安控系统的故障诊断主要依赖于技术人员依据通信报文辅助判别异常原因,难以对安控系统各个环节故障进行实时诊断。为此,分析了安控系统故障的存在环节和产生原因,提取了安控系统故障特征量;建立了基于深度置信网络的安控系统故障诊断模型,提出了安控系统故障诊断方法;最后选取安控系统运行故障样本,验证了故障诊断方法的正确性。

基于分布式电源主动控制的配电网合环电压波动抑制方法

配电网合环操作可能导致节点电压波动甚至越限,不仅影响负荷的正常运行,还威胁分布式电源(DG)的安全。为此,提出了一种通过DG主动控制,以抑制配电网合环电压波动的新思想。通过分析合环过程中电压波动的产生机理和影响因素,量化了抑制合环过程电压波动的控制需求,进而构建了抑制合环电压波动的DG可行功率集;通过刻画DG的功率可控范围,提出了基于可行功率集与功率可控范围交集判别的DG最优控制点计算方法,并提出了基于DG主动控制的配电网合环电压波动抑制方法。算例表明,该方法能够最大限度上抑制配电网故障恢复过程的合环电压波动,有效提升故障恢复过程的安全性和可靠性。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法

风电持续开发建设使同步发电机渗透率降低,电力系统抗扰能力不断下降。双馈风电场(doubly-fed wind farm,DFWF)内部故障后,双馈风电机组(doubly-fed wind turbine,DFWT)的切除导致电力系统出现功率缺额,可能威胁系统安全稳定运行。为此,利用故障期间DFWT机械功率与电磁功率不平衡累积的暂态能量,提出了主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法。分析了DFWF内部故障特征,提出了故障全过程功率协调控制的思想。推导了DFWF内部故障下DFWT的转速解析表达式,分析了DFWT暂态能量的特征并给出了最大暂态能量的计算方法。在此基础上,给出了DFWT功率支撑控制参考值与功率支撑控制时间的计算方法,并提出了DFWT故障功率协调控制策略。算例表明,DFWF故障功率协调控制可利用暂态能量最大限度地提供功率支撑,降低DFWF内部故障对电力系统的影响。

兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制

受端电网三相故障下柔性直流输电(VSC-HVDC)的直流电压骤升,可能引发过电压闭锁并威胁电网稳定。现有基于卸荷的VSC-HVDC故障穿越方法大多以直流电压为投切条件,未计及受端换流站交流母线电压和无功功率对直流电压安全的影响,可能因投切条件不合理或受端换流站无功功率过大引发卸荷非必要投入,对交直流系统造成额外冲击并增加能量损失。为此,该文建立了受端换流站功率可行域,以刻画受端电网故障下受端换流站的功率控制能力;分析发现了受端换流站功率可行域的缩减特征,进而提出避免直流电压越限的受端电网故障极限切除时间的概念和计算方法;通过解析引发直流电压越限的门槛电压,提出基于最大限度避免直流电压越限的协调控制点的VSC-HVDC故障穿越控制方法。算例表明,所提方法在受端强电网或VSCHVDC卸荷风险较高的场景中,能够兼顾VSC-HVDC的直流电压安全和对受端电网的无功功率支撑,在最大限度避免卸荷投入的同时,尽可能地为受端电网提供无功功率。

多馈入直流输电系统后续换相失败安全裕度评估及抑制方法

换相失败可能引起直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)闭锁,严重影响电网的安全稳定运行。多馈入直流输电系统中电气耦合紧密,控制响应造成多回LCC-HVDC交互影响,使换相失败的产生机理变得更加复杂。现有后续换相失败抑制方法多以单回LCC-HVDC为对象,无法兼顾自身换相恢复和相邻直流换相失败抑制的需求。为此,提出了一种适应于多馈入直流输电系统的后续换相失败抑制方法。分析了LCC-HVDC首次换相失败恢复过程中逆变站控制系统的响应时序及条件,提出了考虑故障严重程度和LCC-HVDC控制影响的后续换相失败安全裕度评估方法,进而提出了基于电压安全裕度的后续换相失败抑制方法,并在CIGRE HVDC标准测试系统验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法根据换流母线电压自适应地调节直流电流,能够有效降低多馈入直流输电系统中无功电压耦合影响,有效抑制相邻回LCC-HVDC发生后续换相失败。

灾害天气下计及一二次设备耦合故障的电网短时风险评估

灾害天气下电网发生短时多重故障有可能超出保护系统预设的反应能力,一二次设备耦合影响将助推多重故障风险发展和蔓延。为此,提出了计及一二次设备耦合故障的短时风险评估方法。首先,分析了一次设备与二次设备之间的交互作用及其对电网短时运行风险的影响。其次,构建了一次设备和二次设备的故障概率模型,重点分析了一二次设备耦合故障引发保护拒动的概率。然后,结合保护系统对超预期故障的反应能力,提出了灾害天气下电网短时多重故障风险评估方法。最后,采用改造的IEEE39节点系统对所提方法进行测试。算例结果表明:受外界气象环境影响,保护系统缺陷暴露导致非期望动作使得电网多重故障风险更为严重;综合考虑灾害天气对一二次设备影响下的短时运行风险,对于发现和消除保护系统薄弱环节及制定电网降风险运行策略具有一定参考价值。

基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法

分布式电源(distributed generation,DG)大量接入使配电网继电保护面临严峻挑战。单相接地故障发生概率大,但故障信息十分微弱,特别是在DG多样化故障输出特性的影响下,有源配电网单相故障定位的准确性常难以保证。为此,提出了一种基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法。分析了配电网单相接地故障下DG的输出特性,建立了在不同故障位置下有源配电网的正序增广网络,构建了故障位置关于馈线出口以及DG输出电流的函数,建立了配电网单相接地故障位置模型,利用不同故障位置下短路电流矢量占比系数的差异性构建了新的故障定位判据。通过将单相接地故障定位问题转化为故障位置模型系数的求解问题,提高了故障定位的准确性和实用性。理论和仿真分析表明,在不同故障位置、不同过渡电阻下均能准确定位单相接地故障,具有原理清晰、故障特征量采集便捷、灵敏性和可靠性高的优点。

极端气象灾害下考虑MESS主动调控的配电网故障恢复策略

针对极端灾害天气下配电网的故障恢复问题,计及极端灾害的时空演变特性,提出了一种利用移动储能(mobile energy storage system,MESS)的灵活性主动参与抑制合环冲击电流,辅助配电网故障恢复的策略。首先,建立了暴风雨等不同气象灾害条件下配电线路的故障率统计模型。其次,将复杂交通网与配电网进行耦合,建立了以最小化MESS调度时空成本的上层预布局模型。然后,分析了MESS出力对冲击电流的影响,以抑制合环冲击电流、最大化负荷恢复率和最小化MESS调度成本为目标,构建了MESS参与网络重构的下层调度模型。最后,在改进的IEEE 123节点系统中进行测试,验证了MESS对配网故障恢复安全性的提升效果。结果表明,采用MESS主动参与调控能够有效应对移动的极端气象灾害引发的配电网动态故障恢复问题,并抑制合解环过程中电流的波动,提升网络重构方案的可行性和增强配电网的韧性。

基于格拉姆角场与ResNet的输电线路故障辨识方法

针对如何利用实际故障录波数据,提取和放大故障特征差异,开展故障类型与故障原因辨识的问题,提出了基于格拉姆角场与迁移学习-ResNet的输电线路故障辨识方法。首先,统计分析了输电线路故障类型和故障原因的分布特征,用于指导构建适用于类不平衡问题的故障分类器。然后,利用格拉姆角场变换将采集得到的故障电压、电流时序信号转化为格拉姆角场图像,放大故障特征差异,作为故障分类器的输入。进一步,将生成的图像集输入搭建好的故障分类器进行网络训练和测试,输出输电线路故障类型和故障原因。最后,完全采用真实故障录波数据开展了算例分析。结果表明:所提方法对故障类型的辨识准确率达到了97.51%,对故障原因的辨识准确率达到了94.23%。并且将训练的故障辨识网络迁移至其他地区时,仍然具有较好的故障辨识效果和泛化性能。所提方法为基于暂态波形数据驱动的故障辨识提供了新方法,可以用于实际电网的输电线路故障辨识。

极端天气下配电网故障多时段恢复韧性提升策略

网络重构和孤岛划分是极端天气下含分布式电源配电网故障恢复的重要手段。按照气象灾害发展过程采取多时段的故障恢复有利于提升配电网韧性。现有故障恢复策略缺乏考虑多次网络重构和孤岛划分的操作成本以及孤岛内分布式电源出力的波动性,导致优化结果安全和经济效果欠佳。因此,本文提出了极端天气下配电网故障多时段恢复策略,通过构建含分布式电源的主动配电网重构与孤岛划分统一模型,并考虑不同故障原因下的恢复时间尺度,细分时间断面,实现故障期间动态调整配电网网络结构,提升电网韧性。最后在IEEE 33节点系统中对所提策略进行验证,算例测试结果表明:所提策略开关动作次数少,负荷动态恢复率高,具备一定的抵御功率扰动能力,能提高极端天气下配电网的韧性。

考虑合环延时的含分布式电源配电网合环电流协同控制方法

合环操作常用于配电网故障恢复中,但在合环过程中产生的冲击电流可能导致线路电流越限,不仅可能损坏设备,还会危害人身安全。针对合环电流的抑制大多关注于整体优化,未重视合环暂态过程产生的冲击电流问题,本文提出了一种考虑合环延时与分布式电源(DG)控制协同抑制合环冲击电流的方法。通过分析配电网合环冲击电流的产生过程及原理,刻画了DG出力以及合环延时对于合环冲击电流的影响,建立了DG主动控制与合环协同的控制优化模型,从而提出了考虑合环延时影响以及DG出力的配电网合环冲击电流协同控制方法。算例表明,该方法通过DG出力与预期合环时刻的优化,能够最大程度上控制配电网合环过程中的冲击电流,提升了配电系统的安全性。

考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流计算方法

光伏发电系统具有不同于同步机的故障响应特性,给电力系统故障保护与控制带来严峻挑战。锁相环的输出直接影响光伏发电系统的故障响应特性,特别是在电网故障后电压相位跳变使得锁相环输出呈现非周期性的暂态响应偏差,对光伏输出短路电流产生较大影响。现有研究忽略锁相暂态过程,可能造成光伏及其并网系统短路电流的分析计算出现较大误差。为此,本文推导了光伏锁相环输出相位与并网点电压相位间偏差的解析表达式,分析了锁相偏差的时域变化特性及其影响因素和锁相偏差对光伏发电系统三相短路电流的影响,从而提出了考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流解析计算方法,并分析了短路电流的特征,最后搭建光伏并网系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。

考虑功率变化的过负荷输电线路热稳安全裕度计算方法

随着电网互联复杂程度的提高,热稳定性已成为限制电网输电能力的主要因素。特别是在输电线路过负荷情况下,现有方法忽略了线路功率变化引起的动态热特性,使得线路热稳安全裕度计算存在误差,可能导致保护过早动作而切除线路,甚至威胁整个电力系统的安全稳定运行。为此,本文分析了影响输电线路温升过程的因素,建立了机组运行方式、功率调节与过负荷线路功率之间的灵敏度模型,并结合线路动态热平衡方程,提出了一种考虑功率变化的过负荷线路热稳安全裕度计算方法。算例表明,该方法充分考虑了过负荷线路功率变化对热稳定性的影响,在确保输电线路安全运行的同时,能最大限度地延迟保护的动作,从而减小停电范围和连锁故障。

基于改进CRITIC熵权组合赋权法的海上风电系统规划综合评价方法

海上风电是新能源开发利用的重要方向。海上风电系统的合理规划对系统运行经济性和安全性具有重要影响。现有海上风电系统的规划评价难以兼顾海上风电场侧电能质量与输电系统侧的运行安全,无法综合反映海上风电系统的性能。为此,分析了海上风电系统不同规划方案引起的风电场电能质量与输电系统故障特性差异,建立了海上风电场和输电系统的劣度评价指标,充分考虑指标间的差异性和关联性,进而提出了改进CRITIC熵权组合赋权法的海上风电系统TOPSIS综合评价方法,并结合某海上风电系统前期规划设计进行了应用。结果表明,所提出综合评价方法与实际相符,对于海上风电系统的规划和决策具有参考价值。

考虑合环电压波动抑制的配电网故障恢复协同控制方法

具有灵活功率控制能力的分布式电源(DG)能够调整网络潮流分布,有助于含DG配电网的故障恢复。近年来,利用网络重构和DG功率控制协同的故障恢复方法快速发展。两种恢复手段协同下的暂态电气量变化可能威胁故障恢复过程的安全,尤其是合环电压波动相关研究尚处于起步阶段。为此,文中提出考虑合环电压波动抑制的配电网故障恢复协同控制方法。立足于故障恢复后系统状态和恢复过程中电压波动,分析了DG出力调节与开关动作协同的必要性;建立了考虑故障恢复后系统状态的上层模型和考虑恢复过程中电压波动的下层模型,形成了以“DG出力调节—闭合支路开关—断开支路开关—DG出力复位”为基本步骤的控制次序组合;进而提出了故障恢复分步实施方案的生成方法。算例表明,该方法能够最大限度保证故障恢复过程安全与恢复后系统状态,有效提升含DG配电网的供电可靠性。

基于多层随机优化的电网安全稳定控制装置机会检修决策方法

为保障安全稳定控制系统的可靠经济运行,提出了基于多层随机优化的电网安全稳定控制装置机会检修决策方法。分析了安全稳定控制装置投入运行后的状态转移过程,考虑安全稳定控制装置内部硬件之间、安全稳定控制装置之间、安全稳定控制装置和一次设备的关联性,从3个层次统筹安全稳定控制装置的功能关联、经济关联及随机关联,构建了嵌套复合目标函数,从而建立了多层次安全稳定控制装置机会检修决策模型,并通过算例表明了该模型能够提供安全稳定控制装置的最佳检修策略,提高安全稳定控制装置的检修效益,并实现安全稳定控制装置检修与电力系统运行的有效平衡。

考虑光热光伏混合电站内外双重电压安全的两阶段无功优化控制

针对实际运行的大规模光热光伏混合电站并网后面临的“内忧外患”电压问题,既受电站内部节点电压状态的影响,也受外部电网系统静态电压稳定状态的影响,提出一种考虑光热光伏混合电站内外双重电压安全的两阶段无功优化控制方法。首先,通过静态电压稳定裕度、节点电压均衡度和无功储备裕度3种指标表征混合电站电压安全状态。然后,结合小时级长时间尺度的光伏出力预测信息,在第I阶段实施有载变压器和电容器慢速调整。针对分钟级短时间尺度内的光伏出力波动,以混合电站内的光伏发电单元、光热发电单元和静止同步补偿器为第II阶段的优化控制对象,实现快速精细化电压调节。所提方法能有效避免全站设备频繁参与优化调整,从而提高控制效率。最后,通过测试系统验证分析结果表明:通过两阶段无功控制协调,所提方法能够抑制光伏出力的波动冲击,有效降低站内电压安全越限和失稳风险。

考虑设备安全的新能源场站参与电网频率协调控制方法

大规模新能源并网降低了系统惯量水平,使电力系统的频率稳定问题逐渐恶化。为缓解新能源机组出力频繁调整对设备安全的影响,提出考虑设备安全的新能源场站参与电网频率协调控制方法。通过协调同步机与新能源场站的功率变化量、协调切机量与功率调节量,以取得最优频率控制效果,同时在进行频率控制时兼顾各场站调频时的疲劳成本。算例分析表明,本文所提方法在保障新能源机组安全运行的同时,能有效抑制系统不平衡功率扰动下的频率波动,实现设备安全性和系统经济性最优。

计及分布式电源输出特性的主动配电网合环电流计算方法

分布式电源(distributed generation,DG)的大量应用使得主动配电网建设持续推进。主动配电网故障恢复的合环操作产生冲击电流,严重威胁电力电子设备和人身安全。由于合环瞬间电压波动造成DG输出特性变化,使得主动配电网的合环电流变得更加复杂,目前尚难以准确分析和计算。为此,建立了含DG的主动配电网合环等值模型,分析了DG对主动配电网合环电流的影响,通过分解有源辐射状开环网络与无源环状网络,推导了合环稳态电流与合环暂态电流的表达式,提出了考虑DG输出特性影响的主动配电网合环电流计算方法。算例表明,DG输出特性对合环电流具有直接影响,所提出的计算方法能够准确计算主动配电网合环电流。