基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测

振荡源定位与传播预测是抑制强迫振荡和保证电力系统稳定的关键。现有方法未能充分利用电网的空间拓扑信息和振荡的时序特征,限制了定位和预测的精度。因此,该文提出一种基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测方法。首先,根据节点特征和拓扑信息构建图数据,考虑到强迫振荡传播的快速性,通过切比雪夫多项式扩大节点空间感受野,提取振荡空间特征。同时,利用门控循环单元网络提取多个节点振荡数据的时序关联,通过时空图卷积单元融合空间和时序特征。然后,将定位与传播预测分别建模为分类和回归问题,训练时空图卷积神经网络模型。算例分析表明,所提方法具有更高的准确率,且在噪声和部分节点数据缺失的情况下依然具有较好的性能。

基于Copula传递熵的设备级和网络级宽频振荡传播路径分析及振荡源定位方法

电力电子化电力系统的宽频振荡问题严重危害电网的安全稳定运行,及时确定宽频振荡的传播路径和振荡源位置,对振荡的抑制至关重要。该文从因果关系的角度提出一种基于Copula传递熵的设备级和网络级宽频振荡传播路径分析及振荡源定位方法,通过分析多变量之间的因果传递方向和因果强度系数,利用有向加权图构建宽频振荡因果网络,在此基础上确定振荡源位置,并通过保留因果强度系数最大的支路,确定振荡的主要传播路径。采用所提方法一方面能够从设备级分析控制器内部各状态变量的因果关联性;另一方面能够从网络级分析电网中各节点振荡数据的因果传递性,从而确定宽频振荡在控制器内部和电网中的传播路径及振荡源位置。最后,在强迫振荡、风机与弱电网交互、发电机轴系振荡中的仿真算例表明,所提方法适用于多种机理的宽频振荡,能够同时实现设备级和网络级宽频振荡传播路径分析和振荡源定位。

市场环境下智能配用电系统分层协同优化运行:研究挑战、进展与展望

随着分布式资源在配电网中的比例不断提高,如何在市场化交易机制下实现配用电系统安全经济运行成为当下的研究热点。在市场环境下,配用电系统各层的运行管理面临着不确定性逐层加剧、市场规模快速扩展、市场交易与系统安全运行难以有效衔接等多重挑战。该文首先梳理市场环境下配用电系统运行优化的关键问题;其次,对传统解析优化方法的研究成果与研究中仍待解决的问题进行总结;然后,针对配用电系统市场交易、运行优化等问题特点,系统性地介绍深度强化学习技术,分析归纳深度强化学习在配用电系统中的研究现状。最后,提炼出贯穿配用电系统多层多主体协同优化问题中的三重研究需求,并对深度强化学习技术未来的应用路径与发展趋势进行展望。

特约主编寄语

在“双碳”目标的驱动下,随着新能源占比的增加、交直流混联输电系统的兴起以及主配网协同作业的发展,电力系统正面临功率平衡和安全稳定的极大挑战。此外,作为国家数字战略的关键组成部分,5G等通信技术正在加速建设,成为战略性基础设施,以提高新型电力系统的数字化和智能化水平。

考虑负荷时空迁移的5G基站与配电网协同优化运行

快速增长的5G基站电力负荷给通信运营商及城市配电网带来了挑战。合理利用5G基站负荷的时空灵活性特征,可以降低基站用电成本以及缓解配电网供电压力。围绕5G基站负荷的时空灵活性特征,分析基站负荷通过时空迁移参与需求响应的潜力;基于负荷时间迁移角度的基站备用储能调度及空间迁移角度的基站休眠手段,以基站与配电网总运行成本最低为目标,建立5G基站与配电网协同优化运行模型。算例分析结果表明,5G基站基于时空灵活特征参与配电网协同优化运行,可以有效降低基站的功耗及运营成本,提高配电网新能源消纳率,促进电网经济、可靠运行。

电力信息物理融合系统环境中的网络攻击研究综述

电力信息物理融合系统(CPS)借助大量传感设备与复杂通信网络使现代电力系统形成一个实时感知、动态控制与信息服务的多维异构复杂系统。信息流交互使得电网面临更多潜在威胁。近年来频发的网络攻击影响电网稳定运行事件敲响了电力系统安全的警钟。目前,国内对电力CPS网络攻击方面的研究尚处于起步阶段。文中首先提出了电力CPS领域中网络攻击的定义,从通信网络覆盖范围和网络攻击目的对攻击行为进行分类;其次,从发、输、配、用电侧4个环节归纳和分析了电力CPS网络攻击典型场景;最后,对国内电力CPS网络攻击研究现状进行了总结与展望。

输电线路两端受控电压源失谐引发功率振荡的机理分析

随着构网型(grid-forming,GFM)变流器技术的成熟以及在维持弱电网稳定性方面的优势,其将广泛应用于新型电力系统中的柔直、储能等并网单元。受分布式GFM变流器频率测量和控制精度差异及电网频率时空分布特性的影响,易发生交流输电线路两端基于GFM型变流器的电压源型受控单元(voltage source controlled-unit,VSCU)输出频率长时间不一致的失谐现象。失谐是否会进一步引发线路异常的功率振荡问题,亟待研究。首先,该文基于GFM型变流器不同控制策略特点以及引发失谐诱因的分析,建立输电线路两端带失谐VSCU的等效电路模型;其次,从拓展新型电力系统稳态潮流研究的角度,推导线路单相瞬时电流和单相瞬时功率在失谐VSCU作用下的计算式,并定义反映失谐前后瞬时电流和瞬时功率振荡峰值倍增效应的峰值放大系数;最后,从VSCU间同步和同谐能力两方面,指出峰值放大系数和最大峰值出现时间受线路长度、失谐程度和初相位差影响的变化规律,并拓展分析频率测量精度对失谐型振荡的影响。研究表明,仅通过提高GFM型VSCU间的自同步能力或GFM型控制策略精度/频率测量精度无法从根本上解决失谐型功率振荡问题。

计及源荷惯量特征的电力系统最小惯量需求评估

新型电力系统弱惯量特性所带来的频率安全问题,本质是系统等效惯量的减少。因此,量化评估新型电力系统最小惯量需求成为亟须解决的工程问题。为此,提出了最小惯量需求评估方法。首先,建立了考虑火电机组、风电机组、异步电机参与调频的多机系统空间频率响应(SFR)模型,并在量化分析系统频率特征的基础上,考虑风电机组、异步电机的虚拟惯量特征,建立了电力系统等效惯量数学模型。接着,以初始频率变化率(RoCoF)、最大频率偏差为频率安全约束,并基于频率响应模型对电力系统最小惯量需求进行评估。最后,在MATLAB/Simulink和PSD/BPA仿真平台上验证了所提方法的有效性。

考虑大规模风电接入的电网薄弱区域动态无功需求评估

提出考虑大规模风电接入的电网薄弱区域动态无功需求评估方法。首先,采用随机矩阵理论对大规模风电场群接入的电力系统进行电压薄弱节点和薄弱区域辨识,若风电接入地区为电压薄弱区域,则令风电场群进入紧急电压控制预决策环节;然后,基于BP神经网络建立薄弱区域内暂态电压稳定指标计算模型,并在此基础上提出基于灵敏度的薄弱区域动态无功需求评估方法;最后,在风电场群接入的IEEE 10机39节点系统上对该文所提方法的有效性进行验证。

考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略研究

大规模构网型风电机组并网会改变电力系统频率响应特性,而传统低频减载策略尚未计及构网型风电机组的影响,可能导致大功率缺额后的系统减载量不合理。文章提出一种考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略。首先,基于构网型风电虚拟惯量和一次调频控制模型,建立计及构网型风电频率响应的系统频率响应简化模型;其次,分析构网型风电的有功响应特性对系统不平衡功率量的影响,进而精细化估算用于指导电网多轮次减载的不平衡功率量,从而提出自适应低频减载实施策略;最后,通过算例分析,验证了文章所提低频减载策略的可行性和有效性。

特高压直流分层接入方式下受端交流系统接纳能力分析

特高压直流分层接入交流电网方式具有引导潮流合理分布、提高电压支撑能力等优点,将在我国新建的大容量特高压直流工程中广泛应用。在新的接入方式下,大规模的电能将注入同一区域内不同电压等级的电网中,如何准确分析受端系统的接纳能力亟待深入研究。以实际特高压直流分层接入工程为研究对象,建立分层接入方式下交直流系统的等效模型;在影响因素分析的基础上完善分层接入短路比的定义,并分析其对受端电网接纳能力的影响;推导临界短路比和边界短路比的数学公式,提出分层接入方式下受端系统强弱的量化判断标准。

基于OPAL-RT和OPNET的电力信息物理系统实时仿真

随着智能电网建设的推进,电力信息物理系统(CPS)的可观性和可控性得到了极大增强。电力CPS的信息采集、传输、处理等过程对电力业务的影响越发明显。建立电力CPS的动态联合仿真平台有助于为相关理论和应用研究提供坚实的技术支撑。文中对比分析了现有的联合仿真平台方案与架构,指出由于电力流和信息流在数学模型上的本质区别,需要建立实时联合仿真平台;基于电力仿真工具OPAL-RT和通信仿真工具OPNET,研制开发了数据交互接口及数据转换模块,建立了电力CPS实时仿真平台,能够高速、精确地模拟电力CPS动态响应特性。针对电力CPS负荷控制的仿真算例结果表明,所研制的电力CPS实时仿真平台具有合理性和有效性。

智能家电参与低频减载协调配合方案研究

智能电网环境下智能电表和智能家电等智能终端设备在用户侧的推广应用,为电力系统安全稳定控制提供了丰富的动态响应信息。文章将智能需求响应技术与第3道防线中的低频减载措施相结合,利用负荷侧的快速响应资源与第3道防线进行协调控制,提出一种考虑智能家电响应的新型低频减载方案。基于智能电表与电网之间可双向通信的特点,控制智能家电主动提前响应系统的调控需求,通过与传统低频减载方案的协调,可阻止系统频率的大幅度跌落并尽快恢复至额定值附近,提高了系统运行的灵活性和可靠性。时域仿真表明该低频减载方案能够适应电网复杂的运行环境,快速有效地抑制故障下的频率跌落,减少切负荷代价。

针对电力CPS数据驱动算法对抗攻击的防御方法

大规模电力电子设备的接入为系统引入了数量庞大的强非线性量测/控制节点,使得传统电力系统逐渐转变为电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS),许多原本应用模型驱动方法解决的系统问题不得不因维度灾难等局限转而采取数据驱动算法进行分析。然而,数据驱动算法自身的缺陷为系统的安全稳定运行引入了新的风险,攻击者可以对其加以利用,发起可能引发系统停电甚至失稳的对抗攻击。针对电力CPS中数据驱动算法可能遭受的对抗攻击,从异常数据剔除与恢复、算法漏洞挖掘与优化、算法自身可解释性提升3个方面,提出了对应的防御方法:异常数据过滤器、基于生成式对抗网络(generative adversarial network,GAN)的漏洞挖掘与优化方法、数据-知识融合模型及其训练方法,并经算例分析验证了所提方法的有效性。

基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略

在传统黑启动电源匮乏的电网中,采用风电场作为黑启动电源是一种有益的尝试。风电场采用虚拟惯量控制方式可避免风电机组转速与频率解耦导致的频率支撑能力不足问题,从而有效提升风电场作为黑启动电源过程中的系统频率稳定性。通过对风电场黑启动场景下传统虚拟惯量策略的适应性分析,文中提出了一种新的频率协同控制策略。首先,针对实际工程背景提出了一种以柴油发电机作为配套小容量支撑电源的风电场黑启动方法,并分析了风电场黑启动的关键问题及其过程。其次,通过附加功率外环控制和跟踪曲线切换控制在不同启动阶段的柔性切换,且辅以桨距角参与调节的频率响应策略,提出了一种基于虚拟惯量的频率协同控制策略。最后,通过PSCAD仿真验证了所提策略的合理性和先进性。

采用功率预测信息的风电场有功优化控制方法

风电场接受系统有功调度指令后需将调度需求分配到场内各风电机组。考虑到风电机组控制系统的频繁动作会直接影响其出力可靠性和机组寿命,提出一种新的风电场有功优化控制方法。该方法通过超短期风功率预测数据判断风机出力趋势以确定风机出力加权系数,优化风电场内有功调度分配指令,减少机组控制系统动作次数,平滑风电机组出力波动。最后,应用实际数据将所提方法与现有方法进行了比较,验证了所提方法的合理性和先进性。

特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析

为了从电网结构上解决特高压直流带来的受端电压支撑能力和潮流疏散困难的问题,我国学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网方式,该方式下受端交直流混联系统的电气耦合更为复杂,其无功电压交互影响机理亟待深入研究。为此,文章首先以某实际工程为基础,建立了特高压直流分层接入方式下受端混联系统的等值数学模型;在改进的交流侧分层接入相互作用因子基础上,同时考虑高低端换流器耦合作用,分析了该系统无功电压的交互影响机理;最后,在PSCAD中搭建等值仿真模型,通过稳态和动态时域仿真,验证了分层接入方式下混联系统的无功电压耦合特性与交流侧和直流侧的交互影响均相关,并提出一种可判断高低端换流器同时发生换相失败可能性大小的方法。

基于电力需求响应的智能家电管理控制方案

运用智能电力需求响应(DR)技术,有效整合用户侧电网响应潜力以提升电网运行的安全性、稳定性和经济性值得深入研究。以居民用户为例,利用智能电网双向交互能力,提出了智能家电管理(HAM)系统及其控制方案。建立了不同家电的控制模型,并根据家电运行特点提出了家电舒适度指数的概念。在满足DR用电要求并尽量满足用户舒适度的前提下,根据家电实时状态在线计算其动态优先级,并按照优先级顺序执行负荷控制决策。分析了不同家电参与DR后,对改善电网负荷曲线的作用。从电力公司与用户两方面分析了所提控制方案的控制效果。仿真结果验证了智能家电控制方案的合理性。

电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(二)检测与保护

从针对电力信息物理系统(电力CPS)网络攻击的检测和保护两个方面,对当前国内外研究进行了梳理和归纳,发掘相关研究问题的本质和目的。在检测方面,介绍了基于偏差和特征的防御检测实现思路及其在信息侧和物理侧的实践方法;在保护方面,介绍了以被动防御为主的信息侧保护方法和基于资源配置和校正控制的物理侧保护方法。在现有研究基础上,对电力CPS网络攻击的检测和保护领域关键技术进行了提炼,并对未来研究方向进行了展望。

计及极端气象事件的年度系统运行场景生成方法

随着以风电和光伏为代表的新能源渗透率的快速增长,新型电力系统与气象系统间的耦合程度不断加深,系统运行场景分析与生成面临严峻挑战。极端气象事件的频发导致新能源波动加剧,系统运行场景不确定性激增,而现有方法对气象事件与新能源出力间关系的考虑不足,难以准确刻画极端气象事件影响下的新能源出力特性。为此,提出了一种计及极端气象的长时间尺度系统运行场景生成方法。该方法根据极端气象事件时空分布特性对气象因素进行建模,基于插入多个短时间尺度气象事件的年时间序列,通过高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型与Copula函数、数据-知识联合驱动方法结合拟合生成完整的年气象场景,然后将气象场景映射到新能源出力场景,最后通过求解机组组合问题得到系统运行场景。使用SG-126节点算例系统对所提方法进行验证,结果表明该方法能够有效考虑极端气象事件给系统运行带来的影响。