风光储参与电网预防-紧急控制策略研究

基于风光储有功功率连续平滑调节能力,提出一种风光储协同切负荷优化的电网预防-紧急控制策略。首先,分析风光储参与电网预防-紧急控制原理,给出风光储参与电网预防-紧急控制策略。在故障发生前通过削减风光出力预留有功备用容量,通过调整发电机机组出力、储能充放电状态平抑风光出力改变引起的系统功率波动;在故障发生后,优先考虑风光预留有功备用量填补系统功率不平衡量,若风光预留有功备用量不足,则采取切负荷措施进行紧急控制。然后,综合考虑风光有功备用成本、预防、紧急控制措施成本,分别建立风光储参与电网预防、紧急控制模型,采用Matlab/CPLEX求解模型。最后在改进IEEE 39节点系统进行仿真验证本文所提控制策略的有效性。

区域新能源并网暂态功角稳定分析与紧急控制策略优化

随着新型电力系统发展和新能源机组不断投产,南方区域将形成多区域新能源与邻近常规电源联合集中接入系统的场景。新能源集中接入常与常规电源共用输电通道,将影响区域系统暂态稳定特性及输送通道的传输能力,使南方区域系统的安全稳定运行和风险防控面临了前所未有的挑战。为深入研究区域新能源送出的稳定特性建立了区域新能源交流集中送出的等值系统模型,分析了新能源并入对区域系统对暂态稳定特性影响的主要机理。基于等面积法则对区域送出系统暂态过程的加、减速面积进行了定量分析,提出了紧急控制切机策略的协调优化方法,实现区域送出传统机组与新能源机组紧急控制切机量及控制代价的最小化的切机策略配置。最终,基于广东区域海风火电打捆送出系统为例,对分析结果的正确性进行了验证。

面向直流受端新型电力系统暂态电压稳定的紧急控制策略

在直流受端新型电力系统中,新能源电源及直流的接入导致同步机开机减少,动态无功功率相对紧张,暂态电压失稳风险显著增大。为高效快速获取紧急控制策略,即直流电流控制方案,并使其适应不同的电网运行方式和故障场景,尤其是电网拓扑结构的变化,基于图卷积神经网络(GCN)对常规深度强化学习模型深度确定性决策梯度(DDPG)的网络结构进行改造,构建了GCN-DDPG融合模型。在此基础上,引入双评价网络机制和评价网络与动作网络非同步更新策略以提升算法效果。进一步地,在应用方面,基于GCN-DDPG融合模型构建紧急控制模型并将其下达至安控主站,安控主站将依据电网实际运行方式和故障等信息,对紧急控制策略进行在线量化计算,并发送至直流控保系统执行。最后,通过改造的IEEE 14节点系统验证所提方法的有效性和优越性。

计及短时有功冲击的新能源高占比外送系统频率紧急控制策略

新能源高占比系统电力电子化特征明显,系统有功、无功支撑能力下降。接地故障后新能源低电压穿越(简称低穿)范围扩大,低穿期间有功功率大幅下降且恢复缓慢,给系统造成巨大的短时功率缺额冲击。相较于传统送端系统,交流互联通道短路并开断故障带来的功率扰动除包含长时性功率盈余外,还叠加了大面积新能源低穿带来的短时功率缺额。文章针对新能源高占比交流送出系统互联通道短路并开断N-2故障后频率紧急控制策略失配问题,分析风电机组暂态低穿带来的非阶跃型功率扰动形式,解析推导阶跃、方波、斜坡功率扰动下系统频率极值点及其出现的时刻,提出计及低穿影响的新能源高占比外送系统频率紧急控制策略,并以某省级电网为例,仿真验证了所提控制策略的有效性。

基于潮流-灵敏度复合分析的线路过载紧急控制策略

针对由线路故障引起的支路过载问题,提出基于潮流-灵敏度复合分析的线路过载紧急控制策略。该策略运用潮流跟踪算法计算发电机和负荷对每条线路的占用率及发电机对负荷的供给率,运用灵敏度分析方法确定控制节点的功率调整大小与方向,在保证调整设备数尽量少以及不造成其他支路过载的情况下,按照比例采取切机、切负荷措施,快速消除过载线路,防止连锁故障的发生.以IEEE39节点系统为例,对所提出的控制策略进行验证。算例分析结果证明,该控制策略具有可行性和有效性。

多类型资源协调的“双高”送端电网频率紧急控制策略

针对大容量直流闭锁下“双高”送端电网调频资源紧缺、稳控切机量大等问题,提出了一种多类型资源协调的频率紧急控制策略。首先,分析直流闭锁后送端电网频率响应过程,整合同步电源、新能源、抽水蓄能、电化学储能、直流调制和稳控切机等事件/响应驱动资源特性,构建了“双高”送端电网频率紧急控制框架和频率响应模型。进而,以直流闭锁后紧急控制代价最低为目标,考虑多元异质资源控制量约束、功率平衡和暂态频率安全约束,建立了多类型资源协调的频率紧急控制模型。最后,基于改进的IEEE RTS-79系统开展了算例测试,仿真结果表明所提模型解算的紧急控制策略能够在满足暂态频率安全要求的同时协调各类资源,且能够有效避免直流闭锁后新能源高频脱网。

频率紧急控制中动作时延和措施量对低惯量系统控制有效性的影响

频率紧急控制是保障电网故障后频率安全的第二道防线,通常由基于事件触发的稳控系统实现,已成为支撑特高压直流安全送电的标配。随着高比例新能源的快速发展,系统调频能力和惯量水平不断下降,电网故障后的频率响应特性出现跌落深度大、速度快的新特征,紧急控制能否有效是关系系统频率安全的关键因素。该文首先建立了计及频率紧急控制的高比例新能源电力系统频率响应模型和传递函数;其次从永久性扰动和短时性扰动两方面,详细分析了系统频率响应特性以及频率紧急控制动作时延和措施量的有效性,并给出了紧急控制有效时新能源接入比例的限值;最后结合实际电网仿真模型开展了时域仿真验证,指出低惯量电力系统短路故障引起的连锁短时性功率扰动将成为频率安全防御的关键和难点。

基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成

“在线计算、实时匹配”的紧急控制模式是降低控制策略失配风险的有效途径和技术发展趋势。为进一步提高在线紧急控制策略生成的快速性,提出了一种基于特征匹配的暂态稳定紧急控制策略快速生成方法。借助扩展等面积准则对暂态稳定性以及电网故障下轨迹时变程度的量化分析能力,综合利用电网暂态稳定轨迹特征和稳态潮流关键特征量,建立运行方式特征量匹配指标,在历史方式中匹配最接近方式,实现紧急控制策略的快速生成,通过校核验证后下发装置执行。最后,基于实际电网验证了所提方法的有效性。

基于多状态量特征的电网安全稳定紧急控制策略制定方法

高比例新能源大电网的运行方式呈现强不确定性和强非线性,利用单一状态量作为方式字(如断面功率)制定的紧急控制策略失配风险愈发增加。基于扩展等面积准则量化分析理论,分析了节点功率注入空间变化引起主导模式稳定性变化及紧急控制策略失配的机理,提出了一种从海量节点功率注入空间中获取影响策略失配的主导特征挖掘方法。基于主导特征的暂态稳定参与因子,通过主导特征量的分群聚合,提出基于多状态量特征的紧急控制策略扩展方式字确定方法。通过扩展紧急控制策略方式字,降低离线紧急控制策略失配风险,提高紧急控制策略的适应性。最后,以实际电网的算例验证了所提方法的有效性。

提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越,使得系统承受大容量短时性功率冲击,可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值,带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此,首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型,进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据,综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全,提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法,并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后,在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。

应对暂态短时功率冲击的接续型频率紧急控制方法

随着新能源及直流的大规模接入,新能源暂态低电压穿越、直流换相失败等冲击引发电网暂态低频风险加剧,单纯基于前馈控制律的现有频率紧急控制模式策略难以制定,且采用的一次性有功总量控制方式极易诱发连锁高频风险。基于前馈控制理论阐述了现有频率紧急控制律及影响因素。分析了高比例新能源接入对现有频率紧急控制的时效、系统参数及控制目标方面的影响。融合前馈和反馈控制优势,提出了融合故障事件触发和响应轨迹驱动的接续型频率紧急控制方法。基于实际电网典型案例进行了仿真验证,结果表明,采用该控制方法能够有效应对短时性功率冲击下传统一次性频率控制方式引发的高低频连锁问题,提升了高比例新能电网频率稳定控制的防御能力。

基于AM-LSTM网络轨迹预测的超实时紧急控制策略研究

为满足现代电网紧急控制的时效性,解决全局方法的控制量分配问题,提出了基于单机能量函数的超实时紧急控制策略体系。首先,提出了基于单机能量函数的紧急切机控制策略,关注受扰严重的临界机组,提出切机量的计算方法;然后,利用结合注意力机制的长短期记忆神经网络方法预测临界机组的受扰轨迹;最后,依据预测曲线结合单机等面积法对系统进行判稳,并计算切机量,实施紧急控制。IEEE39系统验证了切机策略和轨迹预测方法的有效性。

紧急控制状态下储能提高电力系统暂态稳定性研究

针对电力系统在面对突发负荷变化和可再生能源波动时的暂态稳定性问题,提出了一种融合轻量梯度提升机(LightGBM)、长短期记忆网络(LSTM)和信任区域策略优化(TRPO)的基于储能系统的紧急控制策略,称为LightGBM-LSTM-TRPO模型,旨在提高电力系统的稳定性和可靠性。首先,分析了电力系统暂态稳定性的重要性及当前面临的挑战,强调了传统控制方法在紧急控制状态下的局限性。随后,使用LightGBM算法预测电力系统的状态变化趋势,包括负荷变化和可再生能源波动。接着,使用LSTM算法处理电力系统中的时间序列历史数据,以捕捉电力系统动态变化的复杂性和长期依赖关系。最后,使用TRPO算法优化储能系统在紧急控制状态下的响应策略,以维持电网的暂态稳定性。实验的仿真结果表明,与传统的LSTM和改进的LightGBM-LSTM等算法相比,本文所提的LightGBM-LSTM-TRPO模型能准确预测出电力系统的储能输出量,其紧急控制状态下的切机量和切负荷量更少,响应速度更快,电压恢复程度更高,可快速缓解电网在突发事件下的压力。

基于CNN-LSTM网络的电网电压稳定紧急控制策略

运行方式的复杂多变性、扰动故障的不确定性、电力电子设备的弱抗扰性为交直流混联电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。为保证大扰动故障后电网电压的稳定,提出一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)网络的响应驱动紧急控制策略。首先,分析关键母线节点电压时序值和电压稳定水平的映射关系,离线建立基于CNN-LSTM网络的大干扰电压稳定评估模型。然后,采用评估模型预测备选切机、切负荷点控制措施动作后电网电压稳定水平的提升量,确定响应驱动紧急控制措施灵敏度。最后,考虑紧急控制措施灵敏度,建立计及电网实际运行约束的紧急控制优化问题,求解得到最优紧急控制策略。面向存在电压失稳问题的交直流混联电网实际场景,仿真结果验证了所提响应驱动控制灵敏度预测方法的准确性,电压稳定紧急控制措施优化协调策略可以保证大扰动故障后电网的安全稳定运行。

基于深度强化学习的暂态稳定紧急控制决策方法

随着广域测量系统在暂态稳定控制中的应用,广域信息的随机性时滞造成了系统受控时状态的不确定性,并且切机和切负荷控制的离散决策变量维度极高,电网在线紧急控制决策面临着挑战。为此,将暂态稳定紧急控制问题建模为马尔可夫决策问题,提出一种深度Q网络(DQN)强化学习与暂态能量函数相结合的紧急控制决策方法,多步序贯决策过程中可应对紧急控制的时滞不确定性影响。奖励函数以考虑控制目标和约束条件的短期奖励函数和考虑稳定性的长期奖励函数构成,并在奖励函数中引入暂态能量函数的势能指数来提高学习效率。以最大化累计奖励为目标,通过DQN算法在离散化动作空间中学习得到最优紧急控制策略,解决暂态稳定紧急控制问题。所提方法通过IEEE 39节点系统验证了模型在紧急控制决策中的有效性。

基于约束共识和差分进化的多直流馈入电网紧急控制协调优化

多直流馈入电网在发生直流闭锁故障后面临着系统失稳的风险,协调利用多种紧急控制资源能够有效地保证系统的稳定性和控制的经济性。考虑直流功率调制、抽蓄切泵、切负荷3种紧急控制措施,构建了协调优化模型。为满足快速获得可行控制方案的工程实际要求,提出一种基于约束共识和差分进化的优化模型。首先,针对紧急控制方案随机初始化很难保证其可行性的问题,利用约束共识方法构造可行性方向向量,沿约束违反的梯度方向引导方案快速转变为可行方案;然后,基于生成的可行控制方案设计利用可行域方向信息的差分进化优化策略,充分探索和开发可行域来提高方案的经济性;最后,以某省级电网为例,仿真验证了所提紧急控制协调优化方法的有效性。

双馈风场串补系统次同步振荡紧急控制策略

在新能源侧振荡抑制措施失效的情况下,双馈风电场与串补相互作用诱发的次同步振荡会造成大量风机脱网,对系统稳定性产生不利影响。现有振荡抑制措施无法保证在任何情况下都能可靠抑制振荡,因此需要网侧主动对风场进行紧急控制。文中基于频域阻抗判据,针对辐射型网络网侧选切过程中实时计算量过大的问题制定紧急控制策略,以达到降低计算量,减少决策时间的目的。在极坐标系下推导新能源侧频域阻抗实部与支路阻抗模值相角的关系,根据实部变化量分三步进行判断:首先排除“切除无效机组”;其次在余下的机组中筛选紧急控制作用有效的机组;最后根据复阻抗量的投影大小确定切除顺序以防过切。基于国内某风电场经串补送出电网实际参数,通过PSCAD仿真试验对所提策略的有效性进行仿真验证,仿真结果表明按照文中所述切除策略进行紧急控制可有效提升系统在次同步振荡过程中的系统阻尼,避免振荡快速发散。

基于广域支路响应的低频振荡威胁动态评估及紧急控制

低频振荡是威胁互联电网安全稳定运行的重要形式之一,机群功角相对摇摆时网络电气量随之动态变化,基于易于量测的网络受扰响应评估振荡的威胁程度并决策是否实施振荡抑制控制对保障电网稳定运行具有重要意义。首先针对典型机网系统低频增幅振荡过程,分析了节点电压和支路功率变化特征及其与机组振荡的关联关系。其次,提出了可降维表征系统功角稳定性的关键支路识别方法、评估低频振荡演变为功角失稳威胁的判据以及降低威胁的紧急控制策略。针对典型系统和交直流混联实际大电网,仿真验证了关键支路识别、失稳威胁评估判据以及降低威胁的紧急控制策略的有效性。

电力系统暂态稳定评估与紧急控制灵活组态策略研究

针对电力系统运行中暂态稳定评估误差较大,对失稳状态紧急控制反应时间较长的问题,利用并行隐马尔科夫模型(PHMM)暂态评估方法将系统数据划分为失稳状态和稳定状态,采用判别式紧急控制策略缩短反应时间,通过判断凸轨迹的方式分析系统是否需要进行紧急控制。利用多粒度级联梯度(MCG)评估算法对系统暂态评估进行建模,增强系统评估结果的可靠性。试验表明,这种方法最高处理线路电压为9.2 kV,暂态评估结果误差为0.68%,系统失稳反应时间为1.67 s。

适应大电网紧急控制的新能源场站全景监测与控制系统

“双高”电力系统具有显著的不确定性、弱惯性及低抗扰性,扰动过程中容易诱发源网连锁故障反应,新能源机组存在大面积脱网、高/低穿运行的可能性,现有对新能源场站的感知和控制水平已无法满足电网安全稳定运行的控制需求。文章介绍一种适应电网紧急控制的新能源场站精益控制系统,将紧急控制对象从馈线拓展至单个发电单元,既可以实现精细的切机控制措施,又可以实现以调代切的控制措施。从系统架构、功能设计、装置研发及现场应用等方面进行了说明,着重介绍系统架构的设计及实现应用。