特约主编寄语

随着《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》(发改体改〔2022〕118号)的印发,我国电力市场化改革进入了新的阶段。各省的电力中长期交易日趋成熟,成为电力市场压舱石;已有两个省份实现电力现货市场正式运行,首个区域电力现货市场也已成功开展首次全域结算试运行。与此同时,在新型电力系统建设背景下,碳市场与电力市场融合发展,诞生了碳排放权交易、绿色电力交易等新兴市场品种,在发现清洁能源的电能量价格和环境价值方面作出了大量探索。

新型电力系统电力电量平衡调度问题的思考

随着新能源渗透率的不断加大,电力系统的电力电量平衡特性、分析方法和应对策略都将发生重大改变。有效应对新能源出力的不确定性,保证电力可靠供应与清洁能源最大限度消纳的难度显著增加。基于新能源出力预测精度与电力调度保供应、保消纳决策目标期望均随时间尺度的缩短而逐渐提高的特点,提出一种按时间尺度逐层分解、递进优化的电力电量平衡分析方法与调度优化策略。通过分层递进与目标解耦,可在新能源高占比场景中实现以电力可靠供应与清洁能源最大限度消纳为目标的高效求解。以某电网的新能源高占比规划场景为例,对该系统中的电力电量平衡分析与调度策略优化问题进行年、月、周、日等各时间尺度上的全过程研究,揭示新能源高占比场景中调度机构开展电力电量平衡工作面临的新问题与新挑战,提出调节资源协同配置、发电机组检修策略调整、送受电策略调整及配套电力市场机制建设等建议措施。

特约主编寄语

“双碳”目标下,大力发展新能源是保障我国能源安全和应对气候变化的关键举措。截至2022年底,全国风电、光伏总装机容量分别达3.65亿千瓦、3.93亿千瓦,其中2022年全国风电、光伏新增装机分别为3763万千瓦、8741万千瓦,创历史新高。预计2030年我国风电、光伏总装机容量将达12亿千瓦以上。

黑启动过程中的负荷恢复

研究了黑启动中的负荷恢复与系统并网问题,将基于直角坐标的最优乘子牛顿潮流法与灵敏度技术相结合,采用连续线性规划法对负荷恢复阶段出现的N?1潮流不可行和状态越限问题建立了恢复控制的模型和算法。然后建立了负荷恢复阶段仿真各子系统频率变化过程的模型和算法,针对子系统的并网问题建立了基于连续线性规划的并网压差发电调度算法,有效地解决了并网电压差优化控制问题。用标准测试系统和实际电网的数值仿真试验证明了模型和算法的有效性。

基于变权物元可拓模型的二次设备状态综合评价

针对二次设备状态评价的特点,提出了基于变权物元可拓的二次设备状态综合评价模型。结合物元可拓理论,确立二次设备的状态信息经典域,建立状态参量物元矩阵。同时,充分考虑权重确定过程的主观性,运用变权理论对各评价指标的权重进行修正,并比较了三种权重确定方法。结果表明,变权法对异常指标具有放大作用,更加符合设备管理要求。最后引入贴近度函数对二次设备的状态进行综合评判。以某220 k V变电站某二次装置为例,评价结果显示设备处于注意状态,偏向异常状态的程度较大,结果基本符合设备实际运行情况,从而验证了该方法的正确性。

基于有序二元决策图的黑启动分区搜索策略

合理的黑启动分区可以实现多区域分区并举的启动,加快系统恢复进度。该文对黑启动分区进行了研究,建立了黑启动合理分区的定义和数学模型,并将该模型转化为布尔函数。设计和开发了一种基于两阶段的黑启动分区搜索算法。在第1阶段,采用有序二元决策图(ordered binary decision diagram,OBDD)表示法来降低解空间;在第2阶段,利用安全分析等工具在收缩后的解空间内计算最优的分区方案。提出的算法可分阶段进行,因此具有很好的在线应用前景。针对IEEE标准系统和海南电网进行了深入的数值仿真研究,证明了模型和算法的有效性。

南方区域复杂交直流互联电网系统运行特性与安全稳定控制

南方电网交直流互联、远距离、大容量、超高压输电,通过多回交流线路与周边地区及国家互联互通,运行特性复杂。本文结合近年来南方区域电力系统运行实践,对复杂交直流互联电网运行特性进行深入探讨,揭示了当前南方区域电网运行的主要安全风险,包括:单一原因引发共模故障风险突出,一、二次设备拒动在交直流紧密耦合场景下稳定问题突出;频率、功角稳定问题严重影响主网安全。在总结梳理稳定控制措施的基础上,提出了构建基于广域信息的电力系统安全稳定防线,以提升未来南方区域电网安全稳定控制水平。

南方区域电力现货市场技术支持系统架构及关键技术

对南方区域电力现货市场技术支持系统方案进行了研究。基于一体化、模块化、智能化、安全性、开放性、适应性原则,提出了包含中长期计划分解、日前市场、实时市场、辅助服务市场等电力现货市场主要业务的系统架构及功能。针对系统建设的关键问题,本文提出采用云平台架构实现系统的灵活弹性和高可用;建设现货市场运营数据中心实现数据全景建模和数据统一交互;构建完整边界防护、纵深防御体系,保障现货系统对外安全防护;研究统一系统架构、模块化建设方案,实现区域起步、区域两级、区域一级建设路径下系统平滑过渡。

黑启动过程中继电保护和安全自动装置的特性和运行

对黑启动过程中系统运行特性的变化及其对继电保护和安全自动装置动作特性的影响进行了分析,指出在系统恢复的不同阶段中,由于运行条件发生极大变化,保护和安全自动装置的动作特性也可能随之发生变化,导致部分装置会误动或者不动,失去了原有的作用,甚至阻碍了系统的恢复,严重时将导致系统再次崩溃。同时,不同恢复阶段的系统对保护和安全自动装置的要求也不同,必须根据恢复过程各个阶段的要求,针对可能出现的问题在保护和安全自动装置的设置和整定上做相应的安排,使其有利于系统的恢复。

基于自组织临界理论的南方电网停电事故宏观规律研究

采用自组织临界理论研究了中国南方电网发生事故的宏观规律,初步证明中国南方电网具有自组织临界性(SOC)的一些重要性质。一方面,利用变尺度(R/S)分析方法对比分析了北美和中国南方电网的事故符合幂次定律及其发展趋势,同时表明Hurst指数代表的事故发展趋势符合2个电网的实际情况;另一方面,以海南电网为研究对象,建立了模拟电力系统连锁故障的最优潮流方法(OPA)模型,并进行了数值模拟研究,揭示了其SOC特征。

具有大型核电站的电力系统的安全策略和措施

针对大型核电站对电网的特殊要求,论述核电站厂用电系统的特点,并对厂外电源对核电安全的重要性进行讨论,指出具有核电站的电网在运营时必须采取的安全策略和措施。以广东电网和大亚湾核电站为例,介绍应注意的问题及其采取的措施。

±800kV直流输电系统设计软件包的开发进展

介绍了由中国南方电网有限责任公司组织实施的"十一五"国家科技支撑计划重大项目"特高压输变电系统开发与示范"课题21"±800kV直流输电系统设计软件包的开发"的进展情况。概述了软件包中的主要软件模块及其功能,包括主回路参数计算模块、无功管理模块、交直流滤波器设计模块、直流输电系统损耗计算模块、直流输电系统可靠性计算模块、直流换流站电磁干扰分析模块、交流侧和直流侧PLC噪声滤波器设计模块、直流输电系统可听噪声计算模块、直流输电系统外绝缘设计模块和直流输电系统绝缘配合模块。

调度控制中心功能的发展——电网实时安全预警系统

提出了电网实时安全预警系统的可行方案,给出了其基本原理和主要特征,设计了其功能框架和体系结构。该系统在实时信息重建的基础上,利用并行和分布式计算技术,从多个侧面对电网实施“分诊”,自动跟踪和确定电网实时安全级别,快速找出各类安全隐患,然后通过“会诊”,实时给出综合安全预警报告,展示给调度员。设计了系统的实时性指标。基于IEC 61970标准化技术,可方便地实现与不同调度控制中心现有系统的集成。通过该系统的研发和实施,可以大幅度提高电网实时安全预警能力。

中国南方电网在线分布式建模系统研究与设计

为了满足中国南方电网全局协调控制和在线安全稳定分析的需要,基于IEC61970标准,提出了南方电网在线分布式建模系统的设计方案。各省调能量管理系统(EMS)通过调度数据网自动向总调EMS远程在线传输各自的电网模型和图形,在总调侧完成模型和图形的自动拼接,在线自动生成包括南方电网500kV/220kV交流系统和高压直流输电系统的全局模型和图形。给出了总体方案,详细设计了总调侧和省调侧的软件体系结构。介绍了关键技术,包括:模型边界的确定和维护、设备命名规范和处理技术、公共信息模型(CIM)扩展、CIM拼接、可缩放矢量图形(SVG)拼接和组织、交直流混合全模型在线高级应用、校验和运行维护机制等,设计了主要性能指标。该系统的实施将为建设中的南方电网新EMS、网省协调自动电压控制(AVC)、在线安全预警和预决策系统提供完整的在线模型。

电力系统一次调频过程的超低频振荡分析

实际系统中多次发生一次调频过程不稳定导致的超低频频率振荡事件,在机理和表现上与传统的低频振荡存在显著区别。超低频频率振荡属于频率稳定的范畴,单机单负荷系统是研究该问题的最简系统。基于单机单负荷系统研究了超低频频率振荡的振荡频率、阻尼、振荡表现等关键特征。解析推导了简化模型下的振荡频率和阻尼并分析其影响因素。引入伯德图方法分析详细模型下的振荡频率和阻尼,幅值交接频率、相角裕度分别与振荡频率、阻尼比对应。证明了阻尼转矩法在分析原动系统阻尼特性时的适用性。采用相量图方法说明超低频频率振荡中机械功率的振荡幅度大于电磁功率。

利用暂态能量流的超低频振荡在线分析与紧急控制方法

发电机原动系统阻尼转矩系数为负是导致超低频频率振荡的重要原因,退出负阻尼机组的一次调频可增加系统阻尼平息振荡,因此紧急控制的关键是在线评估机组原动系统阻尼。文中提出了利用暂态能量流的超低频频率振荡在线分析与紧急控制方法,将低频振荡分析中的暂态能量流法拓展应用至超低频频率振荡分析,证明了能量流法与阻尼转矩法在分析原动系统阻尼时的一致性,根据现有广域测量系统数据情况,提出了原动系统阻尼转矩系数的在线评估方法,以及超低频频率振荡紧急控制的流程。仿真结果验证了文中方法的有效性,为超低频频率振荡的在线防控提供了技术手段。

直流输电系统再启动功能改进措施

在高压直流长距离输电中,直流线路发生故障的概率较高,完善和合理使用再启动功能对提高直流输电系统的可用率意义重大。结合南方电网公司和国家电网公司直流工程的运行情况,分析了目前直流线路故障再启动功能现状,发现存在正常双极运行时负极再启动功能退出、可重启的故障范围小等问题。提出了改进建议:完善直流控制系统软件,加强两极之间再启动功能协调配合,在一极事故闭锁、直流线路故障及再启动期间,暂时闭锁另一极的再启动功能,防止两极同时或相继重启,避免因控制软件限制再启动功能的投入。并提出接地极线路接地故障和金属回线故障时,相应的接地极线路不平衡保护(GR模式)和直流线路横差保护的出口方式应由极闭锁调整为直流再启动。

复杂电网自律协同无功电压优化控制:关键技术与未来展望

自动电压控制(automatic voltage control,AVC)技术对保证电力系统安全、优质、稳定与环保运行意义重大。回顾了自动电压控制技术的发展历史,提出了在大规模复杂电网实施自动电压控制的关键技术挑战,并进一步阐述了应对这些挑战的自律协同思想与电压控制关键技术,包括巨型电网安全与经济协同优化技术、支撑大规模可再生能源可靠接入的自律协同电压控制技术、以及基于自适应架构的递阶协同电压控制方法。最后,结合中国电网的现实需求与变化趋势,对未来自动电压控制技术的发展方向进行了展望。

HVDC输电系统可靠性跟踪方法

由于高压直流输电(HVDC)系统结构复杂、元件众多,各元件对系统不可靠性的影响各不相同,如能找到一种不可靠性分摊方法,给出各元件对系统不可靠性的贡献大小,以确定直流输电系统的薄弱环节,将为运行和规划人员提供一种新的可靠性分析方法。针对该问题,提出基于比例分摊思想的系统不可靠性跟踪准则,结合可靠性计算中的子系统划分,又提出了直流输电系统可靠性跟踪的2次分摊方法。在子系统可靠性跟踪中,应用比例分摊准则得到各子系统内部元件对子系统可靠性指标的分摊;在整个直流系统可靠性跟踪中,基于该准则得到各子系统可靠性指标对直流系统各可靠性指标的分摊;最后合并2次分摊结果即可得到各元件对系统可靠性指标的分摊。采用某工程算例进行测试分析,结果证实该文提出的可靠性跟踪方法能够将HVDC输电系统可靠性指标公平合理地分摊到各元件或子系统,并有效地辨识了系统的薄弱环节。

基于时序轨迹特征学习的暂态电压稳定评估

以先进机器学习方法等为代表的人工智能技术在增强现代电网安全稳定态势感知能力方面展现出巨大的潜力。针对在线暂态电压稳定评估的传统难题,提出基于时序轨迹特征学习的稳定评估方法。通过分析系统能量函数与暂态响应轨迹的相关性,给出学习过程输入数据选取的理论依据。在时序轨迹Shapelet变换基础上,提出以刻画系统稳定/失稳案例关键局部轨迹差异为核心的特征学习方法及稳定评估方案。双机四节点系统和南方电网中的算例测试结果表明,除了实现可靠的稳定监测和评估,还可充分利用文中方法的可解释性从数据层面剖析特定系统的失稳模式和规律。