基于扩展拉丁超立方采样的电力系统概率潮流计算

概率潮流分析中,拉丁超立方采样(Latin hypercubesampling,LHS)算法比简单蒙特卡罗仿真(Monte Carlosimulation,MCS)的效率要高,但是传统LHS(conventionalLHS,CLHS)算法采样数必须事先确定并且固定。针对现有CLHS技术的不足,提出了扩展拉丁超立方采样算法(Extended LHS,ELHS)并应用于概率潮流计算。扩展方法根据已有的N点LHS采样构造2N点LHS采样并保证扩展前后的相关性相近,在增加采样数的同时保留已有的潮流计算结果。由于采样数无法事先确定,因此提出了以扩展前后估计值变化量的相对值作为ELHS的实用化收敛判据。采用MCS、CLHS和ELHS方法分别对IEEE 30节点和IEEE 118节点系统进行概率潮流分析,所提出的方法能够在保证计算精度的前提下获得ELHS在不同采样数下的收敛趋势。算例结果证明了所提方法的高效性、精确性和易扩展性。

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。

计及双馈风机不同控制策略的静态等值

风电并网快速增加,风电机组如双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)承担部分火电机组供电任务,现有静态等值算法未考虑新能源并网控制策略对静态等值影响,对静态安全分析造成威胁。因此有必要确定不同控制策略下DFIG并网潮流,建立计及DFIG控制策略的静态等值。首先基于DFIG内部模型,分别建立不同控制策略下DFIG并网潮模型。其次考虑DFIG有功功率、无功功率相互耦合,在求解潮流过程中判定潮流模型。最后利用内部网络对外部网络发电机无功灵敏度确定保留发电机节点,修改节点导纳矩阵保留DFIG内部结构,进行静态等值。结果表明,不同控制策略下,系统电压幅值变化幅度大于相角,本文所提等效模型比传统Ward等值具有更高的精度,验证了所提算法的可行性和有效性。

基于BPA动态潮流的多直流馈入电网多重故障集构建

研究多馈入直流电网多重故障集的机理有助于电网安全分析与控制,为此提出考虑发电机调速及负荷电压特性的基于BPA动态潮流连锁故障模式搜索法。基于多馈入有效短路比(multi-infeed effective short circuit ratio,MIESCR)来衡量直流之间的相互作用,进而来选择多重故障集的第一层故障。在第一层故障的基础上断开一条输电线路进行动态潮流计算,提出基于平均传输距离、线路功率比和节点电压变化比的加权综合脆弱度指标,用于电网重要交流线路的识别,之后把重要的交流线路作为多重故障集的第二层故障。最后考虑输电线路和发电机保护、直流换相失败甚至闭锁的后续故障,进行连锁故障大停电故障集的构建。对上海电网的仿真表明,所提重要线路的识别方法更为全面;连锁故障大停电多重故障集的构建方法具有的实用性。

多直流换相失败对弱交流断面的冲击特性及应对措施

多直流换相失败累积的暂态不平衡能量对弱交流断面造成一定冲击,进而威胁电网安全,需要研究其特性及防范措施。依托中国实际典型网架格局,计及多直流换相失败的功率波动性、连续性、同时性等特征,仿真分析了换相失败对弱交流断面的冲击特性,并从安控以及规划角度提出了多种应对措施:弱交流断面与多直流的功率预控措施,换相失败达到一定次数后主动闭锁直流的紧急控制措施以及弱交流断面的网架强化措施等,仿真验证了特性规律的正确性和措施的有效性。研究结论可为互联电网实际运行提供参考。

基于k／n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPakIGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。

基于支持向量机的大电网运行风险量化评估

文章建立了综合考虑电网结构、运行方式、设备工况、运行环境和保电需求的电网运行风险评估指标体系。基于风险诱因、发生概率、影响对象、风险后果、持续时间等方面因素从电网的安全、经济、优质3个方面对电网运行风险进行全面分析。利用支持向量机(support vector machine,SVM)在有限样本下能较好地对非线性模型进行映射的优点,构建了大电网运行风险量化评估模型,并利用专家层次分析法自适应调整SVM决策函数的精度。算例结果验证了该方法的合理性。

特高压电网安全监控功能和技术需求分析

为进一步完善特高压电网安全理论和安全监控技术,基于实际电力系统大停电事件分析,讨论了形成连锁故障的条件和大电网停电事件的复杂性,解释了典型大规模停电事件发生和发展的机理,指出电力系统安全防御体系的缺陷是造成大规模停电的重要原因。在上述基础上,针对特高压大电网安全的关键问题,讨论了对特高压大电网安全防御体系的新的功能需求。最后建议建立分布式的多智能体安全监控系统,加强对发电机和关键输电线路的实时监测和提高电力系统危急状态实时调整能力,这样可以充分降低电力系统发生大规模电压崩溃的风险。

基于FD法和模型组合的柔性直流输电可靠性评估

建立柔性直流输电系统的可靠性模型,为柔性直流输电系统的可靠性评估提供理论基础和方法。根据Markov过程的基本原理和累积状态间转移频率性质,在对基于电压源型换流器的柔性直流输电系统的构成以及故障方式研究的基础上,通过对系统进行划分,建立各子系统的数学模型。然后使用模型组合的方法,在子系统模型的基础上,组合建立整个柔性直流输电系统的数学模型。该方法有效地降低了采用状态穷举法时计算的复杂度,减小了求解维数并且加快了求解速度。通过一个算例和ABB公司的统计数据比较,说明该方法可以有效地应用于柔性直流输电的可靠性评估中,对柔性直流输电工程有一定的指导意义。

基于瞬时状态概率的保护系统短期可靠性评估

电力系统短期可靠性评估中,设备状态概率和不可用率随时间变化较大,采用稳态不可用率抽样随机故障,可能引起较大误差。建立瞬时状态概率的解析算法,提出用评估周期内平均不可用率代替稳态不可用率。将根据历史状态和当前状态得到的平均不可用率概率加权,以反映历史状态转移的影响。建立包括拒动、误动、后备、修复、检修等的继电保护系统状态转移空间,研究了短期不可用率与可靠性参数的关系。结果表明,瞬时状态概率与短期不可用率与其稳态值存在较大差异,从不同初始状态向稳态值振荡或单调收敛。

可控串补潮流控制对距离三段动作裕度的影响

由于保护范围较长,距离三段保护对重载网络潮流分布较为敏感。作为主要柔性输电元件,可控串补常用于重载电网潮流控制。基于电压函数的距离三段保护动作裕度,建立了串补线路不同受控参数,如线路电抗、线路电流幅值、线路有功潮流,与保护裕度间的灵敏度系数,用以量化可控串补对距离三段的影响。计算结果表明,不同位置、不同受控参数及参考值下,可控串补可能增加或者降低保护裕度。可控串补和距离保护的合理整定,有利于协调保护装置和柔性输电设备,降低重载电网运行风险。

励磁控制对输电保护载荷能力的影响

输电载荷能力包括热载荷和保护载荷约束。低压重载系统中,保护载荷度可能取代热载荷度,导致保护不合理动作以及后续连锁过程。提出输电保护载荷能力和机组励磁电流的灵敏度模型,量化电压下降过程中励磁控制对输电安全约束的影响。研究结果表明:发电机过励控制与其电压定值有关;过励和强励控制下,过负荷和低阻抗保护可能过高或过低估计热载荷能力;事故过程中,保护载荷度可能与后备保护方案和保护定值有关。

考虑负载效应的可修表决系统可靠性仿真模型

主要分析可修表决系统的可靠性指标算法。传统的基于元件寿命独立同分布假设的模型无法考虑负载效应因素,而考虑负载效应的解析算法虽然计算精度高速度快,但难以求解任意元件寿命分布和高维数问题,而且主要是针对不可修系统。基于元件加速失效模型和累积暴露模型建立了元件寿命抽样算法,并在此基础上实现了考虑负载效应的可修表决系统蒙特卡罗仿真算法和程序。以柔性输电设备换流阀可靠性计算为例,算法的高效性和结果的正确性得到验证,并且由此得到负载效应对可靠性指标的影响随系统运行时间变化的结论。

基于FACTS的交流特高压电网无功补偿

文章基于交流特高压线路分布参数模型,建立Π型等值电路,分析了不同长度和不同负载情况下单条特高压线路的电压和无功特性,得出了特高压线路的无功需求曲线;并利用PSASP软件用户自定义模型建立了FACTS可控并联补偿潮流模型,通过对一个含特高压线路的四区域系统引入FACTS补偿前后的潮流计算,分析了可控并补参数对特高压系统电压控制的效果。

基于连续-离散容积信息滤波的发电机状态估计方法

针对机电暂态过程中发电机动态状态难以精确估计问题,提出一种基于连续-离散容积信息滤波的动态状态估计方法。首先建立能准确刻画发电机实际运行动态的连续-离散状态估计模型,然后利用1.5阶泰勒展开将随机微分方程转换为随机差分方程并根据三阶球半径容积规则对状态预测值进行精确计算,最后利用测量值对预测状态进行修正得到精确状态估计值。四机两区发电机系统的仿真结果表明,相较于传统发电机状态估计方法,文中方法不仅具有更高的估计精度、更强的鲁棒性和可接受的计算开销,而且具有易扩展于分布式电力系统状态估计的灵活性。

基于正负综合灵敏度的输电断面双层优化潮流控制策略

过载线路故障跳闸会使潮流转移到关联输电断面内其他线路上,造成连锁跳闸事故。快速制定合理有效的潮流控制策略,消除线路过载,是防止发生连锁跳闸事故的关键。针对灵敏度分析方法精度不高和直接优化类方法计算量过大等缺陷,文中提出基于正负综合灵敏度的输电断面双层优化潮流控制策略。考虑节点对过载和重载线路潮流的整体调节作用,提出正负综合灵敏度指标,然后通过双层优化方法快速制定潮流控制策略。为防止搜索空间过大导致计算量激增,建立第一层调度节点多目标筛选优化模型,优选参与调整的调度节点。在此基础上构建第二层潮流调控优化模型,得到调度节点的精确出力调整量,从而实现对输电断面潮流越限的精准调度。利用IEEE 39节点系统和某省级电网的仿真分析验证了所提方法的快速性和准确性。

风火打捆外送下风电对电网暂态失步的影响分析

为了研究双馈感应机型风电场对风火打捆外送系统暂态失步特性的影响,利用PSD-BPA仿真平台建立了风电场动态模型及风火打捆外送系统,从风电接入容量、风电无功电压运行方式、不同故障地点及风电场距离并网点位置4个方面仿真分析了风电场对系统失步特性的影响。揭示得到如下的影响规律:风电接入容量越大、风电恒电压运行方式、风电接入距离故障点较远、风电场距离并网点较近对风火打捆送端系统的暂态稳定性更有利。

谐振接地系统对地电容与消弧线圈电感统一测量方法

配电网对地电容的准确测量有助于保证消弧线圈的补偿效果,降低故障对配电网的损害。提出一种基于信号注入法与快速傅里叶变换的谐振接地系统对地电容与消弧线圈电感统一测量方法。首先建立中性点电压与系统对地电容、消弧线圈电感关系。其次向中性点接入非工频电流源,利用快速傅里叶变换得到中性点电压关于电流源频率分量,消除工频误差。然后根据等效电路实现系统对地电容与消弧线圈电感的统一测量。最后通过Simulink搭建仿真模型进行分析。结果表明,该方法适用于消弧线圈直接接地、消弧线圈并联电阻接地和串联电阻接地运行方式。三相不对称条件下,对地电容与消弧线圈电感最大误差分别为0.11%和0.1%;三相对称条件下,最大误差分别为1.3%和1.8%。

基于相似卡尔曼滤波的安徽省WRF模式风速预报订正

应用改进的相似卡尔曼滤波方法对2020年4—12月安徽省19个基本气象站WRF模式预报的10 m风速进行误差订正。结果表明:订正后的风速预报平均偏差从1.35 m·s^(-1)降低至0.08 m·s^(-1),基本消除了模式的系统误差;均方根误差从1.77 m·s^(-1)减小至0.81 m·s^(-1)。平均风速为3 m·s^(-1)以上的较大风,风速预报的均方根误差从2.01 m·s^(-1)降低至1.19 m·s^(-1),表明该方法不仅可以有效减小模式的系统误差,还可以大幅减小模式的随机误差。相似卡尔曼滤波可以对无法精确模拟物理过程的数值模式进行误差订正,提高模式在天气系统剧烈变化时的预报准确率,适用于气象要素24~72 h的连续预报。