风电和光伏发电功率联合预测与预调度框架

随着多区域互联电力系统的发展,风电、光伏等新能源发电大规模并网,风电-光伏功率的联合预测和协调调度是必然趋势和迫切需求。为此,从风电-光伏发电的时空相关性分析出发,对风电-光伏功率时空耦合、风电光伏联合预测建模、风电光伏联合预测模型参数优化、考虑风电-光伏联合预测的电力系统预调度等方面进行了分析讨论。首先,研究揭示风电-光伏功率在时间-空间上的交互影响机理,提出面向多时间尺度的风电-光伏功率时间互补性分析方法,建立风电-光伏发电空间相关性量化模型,构建基于多阶图卷积神经网络风电-光伏发电时空耦合模型;基于此,研究提出了融合异构图神经网络的风电-光伏联合预测方法,建立了风电-光伏联合预测模型参数优化模型,构建了新能源有功功率预测误差矢量评价体系,为风电-光伏联合发电系统的协调调度和控制提供决策支撑;在风电-光伏联合发电预测的基础上,采用风电、光伏发电时间互补、空间互济的思路探讨了风电-光伏联合的电力系统预调度策略和方法,对不同时间尺度风电-光伏的协调调度策略进行了剖析,建立了电网-区域-集群-场站空间递阶的风电-光伏联合发电系统分层调度框架。最后,展望了未来风电-光伏联合预测与预调度方面应研究的方向。

电力系统两阶段紧急切负荷控制智能预决策

电力系统仿真分析是安全稳定控制领域重要技术,可以用于制定与校验紧急控制措施。传统的人工分析仿真数据以决策紧急控制措施的工作模式严重依赖专家经验,在应用于复杂大电网时显得耗时耗力。该文提出一种两阶段紧急切负荷控制智能预决策方法,第一阶段决策切负荷点,第二阶段决策切负荷量。首先基于仿真数据,区分3种电压失稳模式:纯电压失稳、耦合电压失稳和混合电压失稳,分别采用不同的负荷筛选方法;然后基于轻量级梯度提升机算法,根据仿真数据直接预估系统恢复稳定所需的切负荷总量,按负荷排序进行分配。结合暂稳仿真校验控制措施的有效性,调整决策量。以我国东北电网为例进行仿真研究,验证了在大电网紧急控制措施制定时,所提两阶段智能决策方法相比完全迭代试凑方法在有效性、快速性和准确性方面的优势。

计及区间预测信息的含风电电力系统有功多时间尺度协调调度优化方法

间歇性、集群式的风电并入大电网将会增加输电断面功率越限风险,将点预测信息纳入含风电的电力系统调度将不可避免出现“过调度”和“欠调度”。为此,该文提出计及区间预测信息的含风电电力系统有功多时间尺度协调调度优化方法。首先,利用点模型及其预测误差分布构建风电功率区间预测模型;其次,建立具有区间预测信息的风电场有功功率动态分群策略;再次,构建风电集群和自动发电控制(automatic generation control,AGC)机组与非AGC机组等多时间尺度协调的调度策略,通过滚动优化和反馈校正环节协调日前-日内以及实时调度;最后,采用实际风电集群有功功率数据和改进的IEEE-118节点标准测试系统验证所提方法的有效性。研究表明,所提方法不仅可以合理协调风电集群内各个风电场输出功率,还可以协调风电集群功率和AGC机组与非AGC之间的输出功率,有效解决了调度指令与实际输出功率不协调问题。

基于知识融合和深度强化学习的智能紧急切机决策

紧急控制是在严重故障后维持电力系统暂态安全稳定的重要手段。目前常用的“人在环路”离线紧急控制决策制定方式存在效率不高、严重依赖专家经验等问题,该文提出一种基于知识融合和深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的智能紧急切机决策制定方法。首先,构建基于DRL的紧急切机决策制定框架。然后,在智能体处理多个发电机决策时,由于产生的高维决策空间使得智能体训练困难,提出决策空间压缩和应用分支竞争Q(branching dueling Q,BDQ)网络的两种解决方法。接着,为了进一步提高智能体的探索效率和决策质量,在智能体训练中融合紧急切机控制相关知识经验。最后,在10机39节点系统中的仿真结果表明,所提方法可以在多发电机决策时快速给出有效的紧急切机决策,应用BDQ网络比决策空间压缩的决策性能更好,知识融合策略可引导智能体减少无效决策探索从而提升决策性能。

新型配电网构建及其关键技术

新型配电网是新型电力系统的重要组成部分,是实现新型电力系统建设目标的基础和关键。该文系统阐述构建新型配电网涉及的发展形态、基本要求、典型特征、发展思路、关键技术等核心重大问题,分析配电网有源化趋势加速、向资源高效配置平台转变、新兴业态不断涌现和数智化深度融合的4个形态内涵,揭示互动化、绿色化、柔性化、数智化4大典型特征,提出了构建过程中应当遵循的重大发展思路,并针对构建新型配电网所依赖的智慧互动、绿色节能、柔性组网和市场机制4方面关键技术问题进行探讨。

新型电力系统构建的若干基本问题

如何构建新型电力系统是实现“双碳”目标的首要问题,当前正处于加快推进的关键阶段,亟需厘清新型电力系统构建的基本问题,为新型电力系统的深入研究与建设提供参考与指引。该文刻画了新型电力系统电源、电网、负荷与储能形态的重大变化;在此基础上,从平衡理论,稳定机理,成本分析、优化与疏导等方面提出新型电力系统构建的科学问题与经济学问题;最后,提出了支撑新型电力系统构建的关键技术方向。

弱电网下逆变器的虚拟节点电压反馈控制策略

新能源电站一般需通过多级变压器接入大电网,与电网的电气联系较弱,导致系统稳定性较低,迫切需要提高新能源电站对弱电网的适应性。该文分析电压馈入方式对逆变器稳定性的影响,在此基础上提出虚拟节点电压反馈控制策略。该控制策略通过控制器计算虚拟节点电压,不需要增加额外的电压传感器。在电流环内部级联一个虚拟节点电压内环,提高电压控制性能。从内环到外环,分步骤给出相关控制参数的详细设计方法。建立考虑频率耦合效应的输出阻抗模型,分析所提策略在弱电网下的稳定性。实验结果表明,虚拟节点电压反馈策略不仅在弱电网下可以提升稳定性,而且在强电网下也有较好的稳定性,从而增强了逆变器的电网适应性。

混合级联多端直流暂态过电压机理及抑制措施

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构,为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式,但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联多端直流暂态过电压机理以及低端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)闭锁风险;然后分别从送受端两个方面,提出降功率运行、改进送端移相策略和提升MMC有功功率传输极限等暂态过电压抑制措施。最后,基于PSD-PSModel软件,搭建送受端电网机电暂态和混合级联多端直流电磁暂态的混合仿真模型,仿真验证理论分析的准确性和抑制措施的有效性。

电力系统电磁暂态仿真中异步电动机的机-网解耦模型

电力系统电磁暂态仿真中,常用异步电动机模型来代表动态负荷模型。然而,由于异步电动机数量众多和电机-电网接口方法的局限性,传统异步电动机模型很难兼顾仿真效率和数值稳定性。针对这一问题,该文提出一种用于电力系统电磁暂态仿真的异步电动机负荷解耦(induction motor load decoupling,IMLD)模型。该模型结合异步电动机等效电路和LC传输线时延,构造出具有天然时延的电机-电网解耦接口,从而将异步电动机与外部电网解耦,异步电动机的迭代求解过程无需与外部电网同步求解。根据负荷节点给定的潮流有功和无功功率,通过求解等效电路方程并配置IMLD模型参数,使仿真功率结果与潮流计算给定负荷节点功率相匹配。测试算例结果表明,所提IMLD模型可有效减少网络方程迭代次数,同时具备较高准确性和仿真效率,且具备良好的数值稳定性。

大电网安全分析、预警及控制系统的研发

在对互联电网安全稳定问题进行了系统梳理和综合研究的基础上,提出了综合性的大电网安全稳定分析、预警及控制方法,完成了包括全过程安全评估、沙盘推演、广域分析及控制、专家系统等前沿技术的研发。所开发系统在调度自动化系统平台上完成了系统集成,并在国家电网仿真中心的数字电力系统上完成了测试。

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。

两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算

提出两大区互联系统交流联络线功率振荡的线性化模型。基于2阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论,阐明联络线功率波动的机制,证明由功率扰动引起两大区电网交流联络线功率波动峰值的大小取决于两大区电网的惯性常数比和区域振荡模式的阻尼比。提出功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法。通过华北—华中互联系统特高压联络线的实测数据验证提出的模型、机制和算法的正确性和有效性。研究结论有助于掌握两大区互联电力系统联络线功率波动的动态特性,为互联电力系统运行方式的安排和控制措施的确定提供依据。

特高压同步电网安全性论证

根据《电力系统安全稳定导则》,从短路电流、静态安全性、暂态稳定性、动态稳定性等方面,校核了特高压同步电网方案的安全稳定性;根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》要求,校核了可能发生的自然灾害导致的电网严重故障下,特高压同步电网的承受能力及可采取的措施;根据第3道防线的设置原则和要求,分析了由低频减载、低压减载和解列控制构成的第3道防线在特高压同步电网的适应性。结果表明,特高压同步电网安全性满足《电力系统安全稳定导则》的要求,承受严重故障能力强,第3道防线可有效控制事故范围,避免出现大停电;采用基于广域同步量测信息的自适应解列、交直流协调控制等技术可以进一步提高系统的安全性。

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。

电力系统数字仿真负荷模型中配电网络及无功补偿与感应电动机的模拟

提出了电力系统负荷模型中统一模拟配电网网络、无功补偿和感应电动机的模型,该模型可以简化电力系统仿真中配电网络的模拟,提高了配电网络中感应电动机模型的精度;同时提出了一种确定配电网络无功补偿容量的简便算法。所提出的模型和算法已在PSD电力系统分析软件工具(PSD Power Tools)中的中国版BPA暂态稳定程序和电力系统全过程动态仿真程序中实现,该程序可根据配电网络的综合阻抗和指定的电动机机端电压与系统母线电压的比值系数,自动求得无功补偿量和无功补偿电抗值。模型和算法可以提高电力系统仿真中计及配电网络和无功补偿的感应电动机模型的精度。并得到了验证。

印度“7.30”、“7.31”大停电事故分析及启示

2012年7月30和31日,印度发生了世界范围内影响人口最多的大规模停电事故。两次事故均起源于北部和西部电网400 kV联络线线路跳闸,随后发生的连锁故障导致电网崩溃,大停电事故对北部、东部、东北部造成严重影响。文中介绍事故前印度电网的运行状况及事故的起因、经过、恢复等情况,从技术、管理和体制方面分析事故发生的原因,并结合我国电网实际,提出保障电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。

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。

考虑配电网络的综合负荷模型

介绍了电力系统稳定计算分析程序中常用的负荷模型,分析了上述负荷模型的结构及其在电力系统计算分析程序中的实现过程,指出了上述负荷模型的不足。根据变电站负荷的实际构成,提出了物理意义明确的综合负荷模型。该模型物理结构合理,可操作性强,可方便地模拟负荷元件和包括配电网络、无功补偿系统和接入低压电网的发电机的供电系统。2004年和2005年东北电网的4次三相短路试验验证了该综合负荷模型的有效性。

基于全微分的戴维南等值参数跟踪算法

研究解析现有戴维南等值参数计算结果错误的本质原因。考虑戴维南等值参数在跟踪计算过程中不断变化的实际情况,提出基于全微分的戴维南等值参数跟踪计算方法。该方法通过微分形式反映参变量的变化,克服了现有计算方法假设2个时步之间戴维南等值参数不变所带来的严重错误,具有适应性强,使用简单,计算量小的特点。直流简单系统计算分析和IEEE10节点仿真分析表明,基于全微分的戴维南等值参数跟踪计算方法,能保证戴维南等值参数跟踪计算的结果贴近实际值。

电力系统全过程动态仿真中的长过程动态模型——电力系统全过程动态仿真软件开发之三

电力系统全过程动态仿真除了需要详细模拟电力系统动态元件的机电暂态过程外,还要有详细的中长期过程的动态模型。电力系统全过程仿真所需要的火电厂动力系统的数学模型、水电厂动态模型、压水堆核电站模型以及发电自动控(AGC)模型等已在电力系统全过程仿真软件中得到实现。