全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

基于隐性故障模型和风险理论的关键线路辨识

在大规模电网中,由简单故障触发的电力系统连锁故障常常会引起大停电的灾难性后果。为了研究复杂电网连锁故障的传播机理,同时找出对连锁故障产生重要影响的关键线路,文中基于模拟连锁故障的隐性故障模型和风险理论,提出了复杂电力系统的线路故障风险评估方法,并辨识出了对系统大停电产生重要影响的一系列关键线路。模型考虑了线路过负荷保护、隐性故障、控制策略及系统运行等参数,对IEEE118节点系统仿真结果表明,在重负荷状态运行下只对辨识出的少量关键线路加以改善,就可以使系统停电概率大幅减小,特别是大停电概率;在临界状态运行下改善少量关键线路,则可以使系统脱离临界状态,避免大停电发生。

SVC与STATCOM在大容量输电通道上的应用比较

静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)都是无功补偿的重要装置,在故障下的电压支撑、提高暂态稳定极限、阻尼功率振荡等方面对两者进行分析比较。仿真指出在输电通道上安装大容量无功补偿装置,单个节点上安装SVC和STATCOM对维持节点电压的能力一般,STATCOM好于SVC;在提高暂稳极限方面,STATCOM的效果好于SVC;在增强系统阻尼效果上,同容量的STATCOM明显优于SVC,同调节范围时两者阻尼控制效果基本一致;STATCOM响应速度高于SVC,但响应速度对控制效果影响不大。

基于多智能体技术的大电网连锁跳闸预防控制

在大规模电网中,由简单故障触发的电力系统连锁故障会引起大停电的灾难性后果。为实现复杂大电网的实时安全控制,文中从预防线路连锁跳闸角度提出了一种大电网在线分布式计算的多智能体控制方法,提出了最佳切机切负荷控制策略来预防连锁故障。该方法不再把分布式计算局限于分层分区控制,而是把每个电网节点定义为一个智能体。模型中每个智能体在各自邻域内采用预测控制算法,经智能体间的协作求解最优控制措施。利用预测控制的滚动优化,在每个控制步内对系统控制变量和约束集进行筛选,以线性规划求解。每步优化控制算法中,计算数据由实际电网状态测量值得到。IEEE118节点系统测试结果验证了该方法的快速性和有效性。

复杂电力网络的连锁故障动态模型与分析

为研究复杂电网连锁故障的传播机理,同时为预防和减小大停电事故发生,在研究了国内外复杂电力系统连锁故障模型的基础上,提出了一个模拟连锁故障过程的动态模型.根据此模型,分别对具有小世界(small-world)、无标度(scale-free)特性的人工复杂电网模型进行了连锁故障仿真,验证了模型关于连锁故障动态演化过程的合理性.进一步比较表明,电网连锁故障在小世界电力网络中造成的功率损失比无标度电力网络大得多,并且连锁故障传播的速度远比无标度电力网络迅速.

紧急直流功率支援时的无功功率配合研究

紧急直流功率支援能够提高单回直流双极闭锁后系统的稳定性,而换流站无功功率容量的不足往往会导致直流功率无法提升至指定功率值,大大减弱紧急直流功率支援的效果。为此,对直流换流器无功功率消耗进行分析,提出3种紧急直流功率支援期间的无功功率补偿方式,即:分段切除故障直流换流站内滤波器;加装静止无功补偿器;改进直流整流站附近的发电机励磁控制。仿真结果表明这3种措施均能在直流暂时过负荷期间弥补直流输送功率的缺额,提高系统的稳定性。分段切除故障直流换流站内的滤波器仅对故障直流换流站附近的其他直流线路功率有一定影响,且容易导致故障直流换流站过电压;静止无功补偿器及整流站附近发电机励磁控制均可减少紧急直流功率支援后的切机量,但发电机励磁控制效果更佳。

提高初期特高压互联电网稳定性措施初探

特高压电网形成初期,网架结构薄弱。为解决特高压投运初期线路静稳极限偏低和动态无功补偿能力不足的问题,探讨了提高特高压互联电网稳定性的措施。通过比较分析增加串联补偿电容、增加可控高压电抗器、新建特高压变电站等措施,提出采用可控高压电抗器和新建变电站能有效提高电网稳定水平。

基于四川电能质量监测系统与改进粒子群算法的负荷模型参数辨识方法研究

负荷模型的参数识别决定着总体测辨法的精度。在四川地区电网广域测量系统工程基础上,提出了基于改进粒子群算法的负荷模型参数辨识方法。改进粒子群算法结合了传统粒子群算法和多曲线差分拟合方法,新方法既有粒子群算法的全局搜索能力又有多曲线拟合差分方法的局部搜索能力,能够有效地提高收敛速度。通过对模拟电能质量监测系统所获取的数据仿真,结果表明采用改进粒子群算法可以提高负荷模型辨识精度,并降低模型参数的辨识时间。

大电网安全性评估的系统复杂性理论研究

在简述电力系统复杂性的基础上,介绍了系统复杂性理论在电力系统中的应用以及研究概况,包括电力系统的自组织临界性、电力系统连锁故障模型和复杂电力网络的结构脆弱性和连锁故障演化等,进一步指出电力系统复杂性理论的研究可能为探索互联电力网络的安全性和可靠性提供一个新的方向。

电力系统连锁故障分析理论与应用(二)——关键特征与研究启示

研究大停电中连锁故障的关键演变特征有利于辅助理解电力系统故障级联传播现象,总结实际系统行为特点。在前文相关理论方法与应用评述基础上,选取近年来国内外影响较大的8次大停电实例,对其关键特征进行了细致剖析,详细分析并阐述了大停电前期连锁故障的演变过程、临界事件、主导模式与基本共性,对照连锁故障实际过程进一步说明了现有理论实用性不佳、对所涉因素及系统行为考虑过于简化等弱点。此外,针对新的WAMS、灾害监测等信息化系统发展,从电网脆弱性深度分析、故障在线诊断与智能告警、设备状态监测与建模等角度提出研究展望,讨论了未来一段时期内电力系统连锁故障分析技术的发展方向。

电力系统连锁故障分析理论与应用(一)——相关理论方法与应用

电网互联规模的扩大在提升供电能力与经济效益的同时也一定程度上增加了连锁故障风险,近年因故障扩散导致的大规模停电时有发生,详细整理电力系统连锁故障分析理论及其功能特点与适用场景,是一项十分有意义的工作。经过多年发展,在此研究领域已出现了一系列兼具理论性与实用性的理论模型与分析方法。从连锁故障过程的普遍特点入手,深入分析其物理特征、内外因素与关键信息,并在归纳主要技术难点基础上,针对电力系统连锁故障现有分析方法的理论要点及其适用性进行完整的比对性研究,以期为后续研究提供详细的理论背景分析。进一步介绍了国外电力系统已实用化的若干连锁故障计算分析软件及其算法要点,为开发符合我国电网运行特点的相关高级应用提供启示。

基于潮流熵的复杂电网自组织临界态判断模型

为研究复杂电网大停电的发生机理,同时找出影响大停电发生的关键因素,文中基于熵理论提出了电网的潮流熵概念,用以定量描述线路潮流分布的不均衡性。基于潮流熵提出了复杂电网自组织临界态判断模型。对IEEE 118节点系统的仿真结果表明,潮流熵对电网连锁故障的传播具有重要影响,是决定系统是否进入自组织临界态的重要因素。使用该判断模型分析了IEEE 118节点系统在给定的平均负载率下进入自组织临界态时的潮流熵。潮流熵较好地解释了实际电网在平均负载率较低时由于线路潮流分布的高度不均衡性而进入自组织临界态的现象。

基于协同学原理的电力系统大停电预测模型

针对电力系统中某一元件故障,而导致一系列其他元件停运,并连锁反应迅速蔓延,最终发生电网崩溃的现象,文中对易引起恶性连锁反应事故的大停电机理进行了初步探讨,指出在大停电过程中,总是伴随着电网各子系统的竞争和合作,具有自组织临界特性,其过程存在着可预测性。进而基于自组织临界理论中的协同学原理,提出了一种电力系统大停电的预测模型——协同学预测模型。计算实例结果表明了大停电存在着自组织临界特性,提出的预测模型具有较高的预测精度,该模型可望为进一步深入分析电力系统连锁反应事故和大停电机理打下基础。

电力系统大停电的自组织临界现象

应用复杂系统理论,通过分析美国电网大停电事故的部分数据,深入探讨了电力系统大停电规模与频率之间的幂律关系以及大停电规模分布的分形分维特征,提出了大停电现象可以用自组织临界性的概念来加以解释的观点。结合Hurst指数,进一步说明了存在着对电力系统大停电进行预测的可能。

偏远地区小电网与主网解列后高频高压风险及抑制策略

随着无电地区电网的建设,大量具有小机组、轻负荷特性的偏远地区小电网逐渐通过极长的联络线路与主网相连。一旦由于故障等因素,这些小电网与主网解列而转为孤网运行时,小电网中过剩的有功功率以及充电无功极有可能导致严重的高频高压风险,造成设备以及负荷的损毁。首先,结合四川某藏区电网,对小电网与主网解列后的高频高压现象进行了研究,分析了高频高压现象出现的机理。其次,探讨了电网内发电机调速、励磁装置的控制方式以及负荷特性对高频高压风险的影响。最后,在分析传统抑制策略所存在不足的基础上,提出了一种基于高周解列的偏远地区电网与主网解列后高频高压风险的抑制策略。仿真结果验证了策略的有效性。

基于谐波互阻抗的励磁涌流引发谐波电压畸变风险识别

弱联系电网中普通的空载变压器合闸操作就可能会因向电网注入了励磁涌流,而导致系统出现严重的谐波电压畸变,加大设备及负荷损毁的风险。提出了励磁涌流引发谐波电压畸变风险指标,该指标基于系统网络的谐波互阻抗,考虑了被操作主变的容量以及系统中发电机、负荷、线路、变压器等元件对谐波电压畸变的影响。利用该指标对某联网工程中励磁涌流引发的谐波电压畸变风险进行了评估,PSCAD仿真结果验证了所提指标的有效性。

直流调制对大型交直流互联电网安控的影响

随着大电网互联工程的推进,交直流混联运行成为趋势。大型直流系统接入系统后大大改变了原有电网运行特性,直流故障可能对电网运行带来极大隐患。为此,以四川电网为例,针对直流闭锁故障分析了不同安控措施条件下大电网的稳定恢复特性。综合比对分析认为:在发生系统闭锁故障后快速提升直流功率,可避免在系统中进行切机切负荷,或者降低切机切负荷量。但直流短时过负荷后的大量功率释放可能对系统造成更为严重的冲击,导致系统稳定水平下降。

柔性直流和常规直流互联输电系统协调控制策略

对一种新型的柔性直流与常规直流互联输电系统进行了研究,针对常规直流送端可能出现的功率不平衡问题,提出了常规直流和柔性直流功率附加器的协调控制策略。该策略通过2种直流有功附加控制器来提高区域内有功功率平衡能力,针对常规直流进行有功功率调节时换流站无功不平衡引起的电压波动问题,设计了柔性直流无功附加控制器。最后,通过仿真验证了协调策略的有效性,结果表明所设计的有功-无功附加控制器能够相互配合,有效提升整个系统的功率平衡能力。

考虑电网拓扑演化的连锁故障模型

针对OPA模型及其现有改进模型中未考虑电网拓扑演化的问题,提出了一种考虑电网拓扑演化的连锁故障模型。该模型结合OPA模型和电网拓扑的时空演化模型,OPA模型用以模拟负荷增长、线路改造等电网的演化过程和由于线路开断引起的连锁故障,时空演化模型用以模拟电网的拓扑演化。基于改进后的OPA模型分析了不同的演化参数对电网连锁故障的影响,仿真结果表明,中国北方电网与美国西部电网相比,小规模故障概率较大而大规模停电概率较小。本模型为研究不同的电网规划方案和参数在较长时间尺度上对电网演化的影响提供了一种途径。

考虑网络演化的直流潮流停电模型与自组织临界性分析

直流潮流停电(OPA)模型及其改进模型能模拟连锁故障停电过程,并能从宏观上揭示大停电的自组织临界性,但没有考虑电网结构变化对大停电的影响。文中在OPA模型基础上,考虑了慢动态过程中电网结构的演化特征,建立了考虑网络演化的OPA模型。对2个典型复杂网络演化方式的仿真表明:按小世界方式和无标度方式演化的电网都会自组织到临界状态;小世界电网特有的高聚类系数和低特征路径长度易扩大连锁故障的广度和深度,其平均损失负荷大于无标度电网;无标度电网通过小规模的线路连锁开断,释放系统压力,减少大停电概率。研究结果对未来的电网建设及大停电的整体预防有一定指导意义。