计及电能质量影响的智能配电网孤岛划分策略

现有智能配电网孤岛划分研究主要从功率平衡的角度出发,对电网安全约束考虑不充分,未考虑电能质量的影响,难以保证孤岛安全可靠运行。提出一种计及电能质量影响的智能配电网孤岛划分策略。故障后,首先计及联络开关进行网络连通性分析,进行初始孤岛划分。然后,对每个初始孤岛,建立切负荷-网络重构双层优化模型,并采用微分进化算法和混合粒子群算法求解,以降低搜索空间维数。具体地,在切负荷优化模型中,在允许频偏范围内充分发挥DG的调频特性,以减少负荷切除量;在网络重构优化模型中,建立包含频率约束、负序及谐波不确定性约束的电能质量综合约束集。提出基于序列二次规划法的配电网柔性潮流算法计算频率偏移条件下的孤岛潮流,引入点估计法进行负序、谐波不确定性分析,以改善孤岛的电能质量,提高其运行可靠性。最后,基于实际复杂配电网算例,验证了该策略的有效性和优越性。

基于有限量测数据的主动配电网电压暂降源精确定位策略

准确定位电压暂降源,对提高供电可靠性、明确供需双方责任具有重要意义。目前,基于有限电能质量(PQ)监测点量测数据和配电自动化提供的网络实时信息,通过短路电流计算,进行配电网电压暂降源精确定位成为研究热点之一。但现有方法存在不区分暂降源类型,需遍历所有母线、计算量大、过渡电阻估计不准确影响定位精度、难以适用于多源主动配电网等不足。该文提出一种适用于主动配电网的电压暂降源精确定位策略。针对基于序功率增量方向原理确定的暂降源候选区域,进行电压暂降成因辨识。对于由短路故障引起的电压暂降,基于考虑分布式电源接入和过渡电阻影响的主动配电网短路电流计算方法,以故障位置、过渡电阻为优化变量,以最小化有限观测点处故障电流、电压的计算值与观测值误差为目标,建立寻找最邻近母线和寻找准确故障位置的分步优化模型并采用智能优化算法求解,实现精确定位。基于改进IEEE 34节点配电网算例验证了本文方法的有效性,并通过与现有方法的结果比较说明了所提方法的优越性。

基于Gerschgorin定理和矩阵相似变换的谐波谐振参数安全域快速估计方法研究

智能电网背景下,电力系统谐波谐振的分析与控制变得愈加复杂。因此,对于谐波谐振问题的预防和控制,尤其是谐波谐振参数安全域问题值得深入研究。该文提出一种谐波谐振参数安全域的快速估计方法。首先,基于Gerschgorin圆盘定理和矩阵相似变换,分析推导可避免谐波谐振发生的谐波节点导纳矩阵元素应满足的显式充分条件。其次,建立以相似变换矩阵元素为变量的、约束均为线性的优化规划模型并求解。最后,基于多个不同规模算例,通过与特征值精确计算所得安全域对比验证该文方法的正确性和优越性。

基于2m+1点估计法的考虑风力发电接入时电力系统谐波概率潮流算法

谐波概率潮流是评估风电接入对电网运行影响的基础。针对具有间歇性和波动性的风力发电装置接入电网时注入的谐波电流幅值和相位具有不确定性的问题,提出了一种基于2m+1点估计法的谐波概率潮流分析方法。该方法避免建立已知随机变量和待求随机变量之间的解析关系式,也无需已知输入随机变量的概率密度分布,仅根据样本数据的高阶矩构造估计点,得到电网支路谐波电流的期望、方差等统计信息,进而求得电网各支路谐波电流的分布范围。基于实际电网算例对文中所述方法进行验证,结果表明在计算精度相仿的情况下该方法比蒙特卡洛法仿真计算量更少,并且比区间分析法所得的结果更科学、合理。此外,考虑谐波注入源谐波电流幅值和相位的双重不确定性分析所得结果更符合实际情况。

大规模电力系统阻尼控制器协调优化方法

为提高电力系统的小干扰稳定性,研究了阻尼控制器之间的协调优化策略,以选定的待改善模式为目标模式,采用模式追踪技术,以目标模式阻尼比最大化为优化目标建立优化模型,采用一种基于云模型理论的改进模拟植物生长算法(plant growth simulation algorithm,PGSA)对阻尼控制器参数进行协调优化。该算法通过改进搜索步长和迭代中加入云模型理论来提高算法的搜索效率和收敛速度,并且克服了常规PGSA算法无法适用于连续函数优化的缺点。进一步,基于大规模电网算例,分别以局部和区域间的低频振荡模式为目标模式进行参数优化,仿真结果验证了所提方法的有效性。

交直流混合电力系统的安全校正策略

随着交直流混合电力系统的迅速发展,直流闭锁或线路故障引发系统连锁故障的风险增加,故需要根据电网运行状态采取相应的控制措施避免潮流进一步过载。在智能电网背景下,考虑将直流和可控串联补偿器(TCSC)也作为控制措施以进一步减少负荷切除量。制定安全校正策略常用的方法有灵敏度法和优化规划法。灵敏度法便于在线切机切负荷控制,分析了直流功率和TCSC电抗值的支路潮流灵敏度是控制量的函数并非定值,故在交直流混合电力系统的安全校正策略制定中应用灵敏度法有一定困难。针对优化规划法优化变量多、计算时间长、难以在线实施,提出采用启发式搜索原理缩减优化变量数量的优化规划法,该方法基于负荷转移因子(LSF)筛选出对待调节支路控制效果最好的发电机和负荷节点,将这些节点的功率与直流功率以及TCSC电抗值一同作为优化变量,以负荷总切除量最小即经济性最佳为目标函数建立优化模型并采用智能优化算法求解,能够在较短时间内得到安全校正方案。基于改造的IEEE30节点算例系统,通过与不采用启发式搜索以及不考虑将直流功率和TCSC电抗值作为优化变量得到的结果相比较,该方法的有效性及优越性得到验证。

考虑稳态频率约束的含大规模风电电力系统机组组合研究

风电的大规模接入给电力系统运行带来了新的挑战。随着风功率的渗透率逐渐增加,由风功率预测误差带来的不平衡功率将导致频率波动量的增加。含风电电力系统的机组组合问题往往没有考虑系统的安全约束,尤其是频率安全约束,而频率安全约束将直接影响发电计划的可行性。搭建考虑稳态频率约束的含大规模风电机组组合优化模型,并采用CPLEX优化软件来进行求解,从而得到系统常规机组发电成本最小。最后,以小规模电网算例对所提方法进行测试,将测试结果与传统的考虑频率约束的机组组合方案进行比较,验证了该方法的有效性与优越性。

基于参量Lyapunov理论的广域时滞阻尼控制器设计

针对联络线可能存在的功率低频振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑广域测量信号时滞,并基于参量Lyapunov理论设计得到了一种新型的广域时滞阻尼控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。基于4机2区仿真模型建立了互联电力系统研究模型,时域仿真表明,所提的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼互联系统区间振荡。

考虑低电压穿越特性的光伏电站准入容量研究

随着光伏电站的接入,配电网由单电源结构变成双电源或多电源结构,在发生故障时可能引起短路电流大小和方向的变化,导致原有保护的不正确动作。与传统同步发电机相比,光伏电站的短路电流特性有很大差异,且受到光伏电站低电压穿越控制策略的影响。讨论在满足保护正确动作的前提下,考虑光伏电站的短路电流特性,提出在不改变原有保护的条件下确定光伏电站准入容量的方法,并提出提高光伏电站准入容量的改进措施,为电网规划和调度运行提供指导。最后,通过对某含光伏电站的10kV配电网进行分析计算和仿真,验证了该文方法的有效性。

考虑智能配电网谐波谐振模式不确定性的抑制措施

智能配电网的操作运行,如智能配电网中分布式电源的分期接入等,可能导致电网节点导纳矩阵的特征值发生变化,使电网谐波谐振模式发生变化,谐振频率发生偏移,采用模态分析法及常规的抑制措施难以有效应对。针对这一问题,提出了一种无源滤波器优化策略。以目标模式模态阻抗幅值最小化为优化目标建立优化模型,并利用改进模拟植物生长算法(PGSA)对优化模型进行求解。利用IEEE 14节点标准系统构造测试算例,对所提方法进行验证并与传统方法进行对比,结果表明了所提方法的有效性和优越性。

连续复小波变换在智能变电站故障录波仿真系统中的应用

对智能变电站二次系统通信过程进行模拟,即IEC 61850采样值报文和GOOSE报文进行捕获和发送,实现智能变电站故障录波仿真;在此基础上,采用连续复小波变换的波形分析算法提取基波向量,克服了系统频率波动对故障特征量计算的影响,进而模拟保护动作行为和重合闸过程,为智能变电站二次系统的原理和操作的研究及培训提供技术手段.

基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。

直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析

风电、光伏经由高压直流(HVDC)并网外送已经成为可再生能源消纳的理想方案。对于直驱型永磁同步风力发电机组(D-PMSG)经柔性直流输电(VSC-HVDC)技术并网外送系统的多频段振荡(MBO)问题值得深入研究。首先分别建立D-PMSG与VSC-HVDC的动态模型,并推导两者之间的接口动态方程,进而得到D-PMSG经VSC-HVDC并网外送系统的完整动态模型。基于特征值分析法,发现系统存在低频、次/超同步、高频多频段振荡模式,而这些振荡模式不仅与换流控制器参数有关,还与VSC-HVDC受端电网短路比及直流输电线路参数密切相关。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入研究分析VSC-HVDC受端电网短路比与直流输电线路参数对多频段振荡阻尼特性的影响。结果发现,从调度运行的角度出发,尤其应当监视可能引起短路比过低进而恶化强相关模式阻尼比的运行状态;直流输电线路参数对高频振荡模式影响较大,直流线路过短特别是柔直背靠背的情况应给予关注。

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。

含光伏电源的配电网故障定位策略研究

基于监测电压暂降的配电网故障定位逐渐成为研究热点,同时随着智能配电网的发展,光伏电源越来越多的接入配电网。光伏电源的接入使传统的辐射型配电网的网络结构发生变化,且光伏电源的故障电流特性与同步发电机不同,使得基于电压暂降的配电网故障定位方法运用于含光伏电源的配电网时会产生较大误差。为了解决含光伏电源配电网的故障定位问题,基于低电压穿越控制策略针对光伏电源的短路电流特性进行了分析,然后介绍了含光伏电源的配电网故障电流的求解算法。通过遍历搜索候选母线,确定使得电气故障后故障电压实测值与理论计算值最为吻合的母线和故障类型,从而确定故障最邻近的母线。基于对IEEE34节点配电系统改造后的算例进行计算仿真,验证了文章方法应用于含光伏电源配电网定位的正确性和有效性。

面向新能源外送系统次/超同步振荡的控制器参数协调优化

作为大规模可再生能源的主要输送方式,风电、光伏经高压直流输电(HVDC)并网外送的形式在新能源的异地消纳上发挥作用的同时,也引发了次/超同步振荡(SSO/SupSO)现象。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是对在直驱永磁同步机组(DD-PMSG)机/网侧控制器(GSC)参数与柔性直流输电(VSC-HVDC)送/受端控制器(SEC/REC)参数对于次/超同步振荡模式存在阻尼耦合的问题上的应对方案尚待深入研究。对此,该文通过优化风电柔直并网系统控制器参数来抑制系统次/超同步振荡,将阻尼耦合问题转换为控制器之间的参数协调优化问题。具体而言,以主导控制器参数作为优化变量,以待改善振荡模式为目标模式,以目标模式阻尼比最大化为优化目标,建立主导控制器参数的协调优化模型,采用了全局搜索性好、收敛速度快的I-PGSA算法对协调优化模型进行求解,获得最优控制器参数。在协调优化过程中,采用模式追踪技术对目标模式进行追踪锁定,确保优化的针对性;在约束条件中,提出了动态阻尼比概念并对各振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,保证优化的合理性。最后,基于PSCAD/EMTDC对控制器参数优化效果进行时域仿真和比对,结果验证了所提协调优化策略的有效性和优越性。

计及电网结构参数变化的有功静态安全域快速构建方法

注入功率空间有功静态安全域(APSSR)表征了在给定网络结构下电力系统安全稳定运行的注入功率可行域,有助于电网在线安全评估和预防控制。随着以可控串联补偿器(TCSC)、统一潮流控制器为代表的柔性交流输电装置的接入,电网结构参数连续可调。传统的APSSR构建方法基于固定结构参数得到,电网结构参数频繁调整时计算速度受限于高维导纳矩阵的求逆运算,难以满足在线应用的需要。为此,以TCSC为例进行研究,将电网结构参数变化对潮流分布的影响转化为修正节点注入功率,构建了计及电网结构参数的APSSR超平面边界系数矩阵的显式表达式,为APSSR的快速构建和在线应用提供了一种可行思路。进一步,针对APSSR安全裕度评估对电力系统预防控制和结构参数优化两方面的指导作用进行了分析。最后,基于多个不同规模、不同数量TCSC的IEEE算例,验证了所提方法的正确性和在计算效率方面的优越性,并以某省级电网500 kV输电线路为例进一步对所提方法的应用价值进行说明。

抗饱和广域时滞阻尼控制器参量Lyapunov设计策略

广域阻尼控制器能够有效阻尼区间低频振荡,但远方反馈信号的传输时延,是影响广域阻尼控制器阻尼效果甚至系统稳定的重要因素;另外,执行器饱和会导致控制器性能恶化甚至威胁系统稳定,因此通信时滞和执行器饱和都会影响阻尼控制器效果,该文在建立的电力系统线性化模型中同时考虑广域测量信号时滞和执行器饱和,并基于参量Lyapunov方法设计得到了一种新型的广域时滞阻尼抗饱和控制器,控制器控制律和参数值可以通过参量Lyapunov方程直接得到。改进10机39节点系统上的仿真,与基于线性矩阵不等式(LMI)方法设计控制器的控制效果进行对比,结果证实了所提控制器设计方法的有效性和优越性。

多通道次同步附加阻尼控制器协调优化策略研究

为提高电力系统的小干扰稳定性,抑制系统中的次同步谐振,研究了多通道次同步附加阻尼控制器之间的协调优化策略。基于模态分离和相位补偿设计了多通道SEDC、TCSC-SSDC和HVDC-SSDC,在充分研究了所有次同步附加阻尼控制器的特点及其适应性的基础上,建立了修改后的IEEE SSR第一标准测试系统,以待改善谐振模式阻尼比最大化为优化目标建立优化模型。利用遗传算法对阻尼控制器参数进行协调优化,以得到能最大程度提高谐振模式阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真结果表明,经过参数协调优化的多通道附加阻尼控制器能有效地抑制次同步谐振,改善了系统的小干扰稳定性。