考虑新能源随机性的新型电力系统图深度学习稳定指标概率分布评估模型

新型电力系统的新能源大规模随机性出力特点导致目前在线暂态稳定扫描结论面临失效风险,这一问题从元件建模精度、系统拓扑适应性和计算速度三个方面同时对现有方法提出挑战。因此提出了基于重概率化改进的置信带方法和图深度学习的稳定指标概率分布及置信带评估模型,通过图深度学习模型快速评估少量采样点,再由重概率化置信带方法扩增结果,利用标签共现知识引导时域仿真对准确率进行增强,最后使用置信带方法给出随机出力下的稳定概率分布和区间形式的评估结论。该方法优点在于利用了图深度学习的拓扑适应能力和快速计算特点,且不受元件建模精度限制,置信带计算结论具有可靠的理论背景,能够评估稳定概率分布。在IEEE-39和IEEE-300节点系统上的评估精度验证表明,所提方法能够高精度地预测指定方式暂态稳定指标,并给出可靠的概率评估结论。

特约主编寄语

“双碳”目标驱动下我国将从两个方向开发建设大规模新能源基地,包括西部北部的陆上新能源基地和东部沿海的海上新能源基地。大规模新能源基地经柔性直流送出是必然的技术选择,所面临的关键技术问题可以分为三个方面。第一个方面是送端电网的优化组网与运行控制问题。大规模新能源基地所在电网薄弱,如何保障新能源基地外送电网的安全稳定运行,提高源-网-储与直流外送通道的协同调节能力是一个亟待解决的关键技术问题。第二个方面是柔性直流输电系统本身的设计控制问题。用于大规模新能源基地送出的柔性直流系统需要担负构建送端电网的责任,具体表现为送端电网的电压幅值和运行频率主要取决于柔性直流送端换流站的控制策略。第三个方面是受端电网的安全消纳问题。超大规模的新能源馈入受端电网,对受端电网的功率消纳和源荷平衡构成严峻挑战,同时对受端电网的安全稳定运行带来重大冲击。因此,本刊组织大规模新能源基地经柔性直流送出关键技术专刊,旨在与行业专家学者探讨该技术难题,分享该技术领域的研究成果、先进理念、科学方法和工程经验,以期为该技术领域研究者提供有益的启示。

考虑调度措施的地区电网多风险场景柔性水平评价模型

新能源大量接入地区电网导致地区电网潮流和电压波动增大,设备重过载风险增加。面向新能源功率的强不确定性,快速准确地识别设备重过载风险场景,优化调用源-网-荷三方柔性资源消除潜在运行风险,是高比例新能源地区电网安全运行的迫切需求。文中首先提出柔性需求指数、柔性裕度指数和柔性资源利用率等面向地区电网柔性运行水平的定量评估指标,可以全面衡量地区电网的运行灵活性需求、柔性资源配置和运行调控水平;其次,以柔性评价指标为目标,提出考虑多风险场景的柔性资源优化调度数学模型和计算方法,模型考虑了地区电网运行方式和开环点灵活设置的调度措施;最后,与传统边界场景分析方法进行对比,验证文中所提柔性评价模型和方法的有效性和优越性。结果表明,文中所提指标、模型和算法可以全面反映地区电网的柔性运行需求和能力,考虑的风险场景丰富,应对风险的柔性资源调度方案能兼顾调度措施的经济性和全面性。

基于数据驱动信息间隙理论的风光水储聚合商多元市场竞标决策模型

随着电力系统中可再生能源(renewable energy sources,RESs)比例不断增加,新能源参与能量市场和备用市场在技术上和经济上的重要性不断凸显。研究了含有风、光、水、储资源的RES聚合商在日前市场、备用市场及实时平衡市场等多个市场的综合竞价策略。针对北欧顺序交易市场框架,提出了一套考虑备用资源和波动补偿耦合的数据驱动信息间隙理论(data-driven information gap theory,DIGDT)决策模型解决RES聚合商的多阶段竞价优化问题。在DIGDT中采用基于置信区间的模糊集构造方法(confidence interval-based ambiguity set,CIAS)估计风、光的预测误差,通过机会约束对水电和储能(batteryenergy storage,BES)补偿出力偏差的可能性进行建模,并考虑备用资源与补偿容量的多时间尺度耦合。在备用市场中,利用基于备用调用场景的随机优化确保日前备用计划的可行性。通过案例分析验证了所提出模型的有效性。

基于深层级联残差图卷积的暂态稳定评估模型及其实际电网应用

目前,数据驱动的暂态功角稳定评估模型的研究和测试主要在小规模算例系统进行,在实际电网的应用检验不足,其内在原因是图深度学习中的局部信息提取特点与功角稳定全局性的矛盾尚未解决。为此,设计一种深层级联残差图卷积模型,利用含残差连接的深层级联结构,实现模型层数堆叠性能的有效提升。利用MinMaxPooling模块,使模型参数与系统规模解耦。该模型结构设计与节点数量无关,可以解决数据驱动模型应用于大规模实际电网的问题。在某5419个节点的实际区域电网进行测试,结果验证了所提模型的有效性和实用性。

变电站防误闭锁装置远程控制方法

随着计算机技术的迅猛发展,电力系统逐渐引入了微机继电保护和自动化系统,这一技术的引入不仅使变电站的管理水平得以提升,而且还可以实现了无人值守的状态。通过对微机继电保护和自动化系统的运用,电力系统的运行更加高效与可靠。此外,这些系统还能够实时监测和控制电力设备的运行状态,提前发现潜在的故障,并采取相应的措施进行修复,从而避免了因电力系统故障而引发可能的停电事故。为了防止误操作事故对电网、设备和人身安全构成严重的威胁,并且避免由此导致的损失,变电站中采用防误闭锁装置远程控制方法,该装置能够接收到远程控制信号并对其进行解析,从而对设备进行控制,此方法现已成为一项重要且行之有效的技术措施。

电气设备防误操作系统的设计与开发

随着科技的不断进步,电力行业正在逐步向现代化、智能化方向发展。防误操作系统的设计不仅可以推动电力行业的技术创新,同时还促进了电力行业的现代化发展。电气设备操作的准确性是评估电网安全运行的一个关键指标,若造成误操作可能会导致人身、电网和设备等各种事故发生,这些事故不仅可能引发大规模停电,还可能导致电网震荡、瓦解甚至垮网等严重后果。确保电气设备在使用过程中得到正确操作可以有效降低安全风险,并保障电网的可靠性和稳定性。

图深度学习技术在智能暂态稳定评估中的应用及展望

数据驱动的暂态稳定评估模型是近年来的热点研究方向。深度学习技术具有高维输入空间的特征聚合能力,其引入能显著降低智能稳定评估模型设计中输入特征选择的主观性,并改善基于动态信息的评估模型预测精度。图深度学习(graph deep learning,GDL)框架进一步拓展了深度学习模型的拓扑学习能力,使其可以将状态特征与拓扑关系相结合,提升稳定评估模型的特征提取能力。论文分析了GDL应用于智能暂态稳定评估模型的设计框架,从图表示、图嵌入、全局聚合、训练方式4个方面探讨了暂态稳定评估应用中GDL的特征聚合性能提升方法。该文结合IEEE测试系统验证了GDL与传统深度学习模型的稳定评估性能差异以及多种性能提升方法的有效性。论文可为GDL在智能稳定评估领域的应用研究提供指导思路。

基于主动迁移学习的电力系统拓扑自适应暂态稳定评估

在基于深度学习的数据驱动型电力系统暂态稳定评估技术中,需要解决的一个关键应用挑战是对系统拓扑结构变化和电网扩展的适用性问题。该文首先提出一种考虑电气属性的互注意力图池化方法,基于注意力机制,按照电网节点的属性和距离执行差异化的特征综合,提升图深度学习特征聚合对拓扑结构变化的适用性。在此基础上,提出一种基于主动迁移学习的暂态稳定评估方案,在电网结构大幅变化或扩展时可以利用少量新系统标注样本完成模型的学习。提出梯度加权距离评价样本相似性,从原系统中获取新系统样本伪标签以实现新系统模型的初始训练。设计考虑不确定性和多样性的主动采样策略从新系统中持续挑选高价值样本进行标注,大幅减少样本标注成本。在IEEE 39、300节点系统上的测试结果验证了该文方案的优越性。

面向稳控策略校核的并联图注意力网络稳定评估模型

考虑稳控策略的数据驱动稳定评估模型可以实现稳控策略的快速评估与校核,是值得探索的研究方向。应用中不仅要求稳定评估模型准确判断系统失稳与否,还需要获得主导失稳机群等信息,辅助稳控策略调整。论文提出了一种并联结构的图深度学习稳定评估模型。分别采用图点积注意力网络和时序卷积网络,有效提取故障期间和稳控动作前后的关键特征。设计了发电机分段稳定指标,并通过机组级稳定指标和机组稳定分类指标的多任务并行预测和相互校核,实现了高精度和细粒度的稳定评估。在IEEE10机39节点系统算例的对比分析验证了模型的有效性和准确性。

考虑冷热电存储的区域综合能源站优化设计方法

提出了一套完整的综合能源站优化设计方法。首先根据可获得的能源型式和所有可行的能源转换和存储装备类型形成包含全部候选装备的区域综合能源站基本架构。在此基础上,建立了以经济与环保为目标函数,考虑储冷和储热运行规则和年运行模拟的较为完整的能源站设备容量优化模型。采用带反馈机制的改进多目标粒子群?单纯形算法,实现了能源站容量优化的Pareto决策面搜索;采用基于专家权重的模糊理想决策方法实现设计方案决策。以广州中新知识城某商住混合区为实例验证了所提方法的有效性。

小波变换在电力设备故障诊断中的应用研究

利用Parseval恒等式分析了信号谱分析中连续小波变换结果的物理涵义 ,并由此导出了信号特征谱分析中小波基的选取原则和小波母函数的通用选取方法。针对定子绕组单相接地故障 ,讨论了小波母函数的选取方法、基于小波变换的故障识别方法及实现过程 ,并与离散傅氏变换进行了对比分析。

基于一致性协议的多微网源荷控制策略

为消除多微网系统下垂控制有差调节产生的频率与电压偏差,提高系统的稳定性,提出基于多智能体系统的伪二跳一致性分层协调控制策略。通过MATLAB/Simulink搭建多微网仿真模型进行算例分析。结果表明,所提分层协调控制策略能快速消除系统频率与电压偏差,在指标偏差与控制速度方面均优于传统控制策略。

多馈入短路比指标的适用范围及其与直流最大传输功率的关系探讨

针对多馈入直流短路比指标对交流电网电压支撑能力的指示性和阈值关系尚不明确的问题开展研究,提出了指标与多馈入直流最大传输功率的对应关系,并通过直流准稳态模型下的功率曲线计算进行验证。基于网络方程对多馈入短路比指标与直流最大传输功率的关系给出了理论解析。最后通过EMTDC平台上的电网故障仿真检验了多馈入短路比指标的有效性和适用范围。文章旨在为电网规划设计中应用多馈入直流短路比来衡量交流电网直流接纳能力提供理论指导。

电网安全监测的智能化关键特征识别及稳定分区算法

提出了一种以关键运行特征识别和稳定薄弱环节辨识为目标的智能稳定评估方案,基于改进遗传算法与k阶近邻法(k-NN)相结合的稳定特征提取算法,实现对稳态运行信息中稳定关键特征的识别。在新英格兰10机39母线系统的仿真测试表明,算法能有效提取出反映不同区域稳定水平的少量关键运行特征变量,该特征较好地反映了失稳模式信息。通过构造基于BP网络的临界切除时间(CCT)预测器进一步验证了特征提取的有效性。基于特征提取结果与扰动位置的关联分析,提出了特征重合度判别方法,实现了对电网的稳定分区。

大规模配电网可靠性指标的近似估测算法

运用传统的解析法对大规模配电系统进行可靠性评估需要大量繁琐的数据录入工作和相当长的计算时间。借鉴广泛应用于日本配电系统的以“裕度”概念为基础的配电系统可靠度预测算法,针对国内实际配电网的结构特征引入必要的假设和近似,推导出一套适合于评估大规模配电网可靠性的显式算法公式。应用文中算法,需要的数据录入和维护工作量小,计算速度快,计算精度优于以“裕度”概念为基础的配电系统可靠度预测方法。所提算法考虑了中压配电网联络和转供以及转供容量约束的影响,能适应架空网和电缆网两类不同的网架结构,得出的可靠性评估指标能较好满足工程精度要求。论文详细介绍了算法原理和关键公式的推导, 并通过对比测试和在深圳配电网的实际应用验证了算法的有效性。

近海风电场接入对地区电网电压的影响和允许接入规模

近海风电场接入本地电源支撑不足的地区配电网时,风电出力波动引起的系统电压波动将是主要制约条件。文中研究近海风电场接入对地区电网电压波动的影响。首先,针对风电场定功率因数和定电压两种无功控制模式,推导了风电功率波动与接入点电压波动的量化关系。在此基础上,基于电压允许波动范围约束,建立了风电接入规模与节点短路容量的函数关系。在PSCAD/EMTDC中搭建近海风电场并网系统模型,对不同系统短路容量下风电场的最大并网容量进行了仿真测试,并与理论推导进行对照。最后通过珠海桂山风电场实际工程的仿真测算验证了模型的有效性。

面向暂态电压控制的大电网区域划分方法

暂态电压稳定控制越来越受到重视,实现分区控制是提高大电网运行稳定性的有效手段。文章提出了基于节点暂态电压特征的区域划分方法。根据节点暂态电压时序信息构建节点的向量型暂态电压特征,引入余弦相似度评价节点间暂态电压特征的相似性作为电气距离的衡量,采用仿射传播聚类算法对暂态电压行为特征相似的节点进行聚合,并利用轮廓系数进行分区方案的评价以获取最佳分区方案,实现了暂态电压控制区域的构建;基于此可进一步实现动态无功补偿规划以及暂态电压分区控制。在NE 39节点上进行算例分析,验证了所提方案的有效性。

基于集中质-量调节的综合能源系统供能管网管径优化设计方法及系统经济性分析

供能管网的投资和运行损耗对综合能源系统的工程可行性和经济性有重要的影响,因此提出了一套基于集中质-量调节运行模拟的综合能源系统供能管网管径优化设计方法。运行调节根据当前时刻负荷比最大的用户的负荷情况调节综合能源站的供水流量和温度,较好地贴近总负荷曲线;优化设计方法以等年值总投资最小为目标选择最优管径组合,综合考虑了系统初始投资和长期运行费用,提高了总体经济性。选择广州中新知识城某商住混合区作为算例,验证了所提方法的有效性,并分析了供能调节下的运行成本和综合能源系统供能半径对管网规划的影响。

配电网规划网架的线损理论评估方法

提出一种适用于规划网架的线损理论评估方法,对规划网架进行简化,假设每回馈线只包含主干线和一级分支线,并且各段长度一致和负荷均匀分布。推导出规划网架的线路损耗和配变负载损耗的等值电阻,利用馈线容量比值估算馈线最大电流。配变空载损耗与配变型号有关,统计各种型号配变台数即可得出配变空载损耗。最后推导出配电网损耗计算公式。算例表明所提算法具有较高的精度。