新能源接入下配电系统混合储能选址定容优化策略研究

为实现含分布式电源配电系统混合储能的选址定容,构建一种考虑混合储能特点的双层优化模型,从而提升配电网运行经济性和稳定性。首先,选取蓄电池和超级电容器构成混合储能系统接入配电系统,充分发挥混合储能的高效充放电和高能量吞吐;其次,提出考虑混合储能特点的混合储能选址定容双层优化模型。上层优化以混合储能全寿命周期成本最小为目标,以配置容量和接入位置为优化变量,其中运行维护成本需由下层计算;下层优化以网损最小为目标,建立混合整数二阶锥潮流优化模型,并将规划结果反馈上层。最后,以IEEE 33节点配电系统为例,结果表明相较于单一储能,所提的混合储能形式及其优化配置策略能在保证配电网运行经济性的同时,提高配电网在可再生能源高比例接入下的运行稳定性。

基于源荷谐波耦合模型的数据驱动概率谐波潮流计算

随着新能源及负荷中电力电子装置的广泛应用,电力系统谐波畸变程度不断增加。同时,新能源及负荷显著的不确定特征,进一步增加了谐波分析难度。为有效评估系统不确定谐波状态,充分挖掘源荷实际运行特征,提出一种数据驱动的概率谐波潮流(probabilistic harmonic power flow,PHPF)计算方法。首先,基于实测数据,建立考虑时变特性的源荷动态谐波耦合矩阵模型(dynamic harmonic coupling matrix model,DHCMM),揭示不同时段内谐波电压与谐波电流的相互耦合关系。然后,利用实测数据挖掘源荷时变不确定特征,采用改进点估计法提取统计特性,克服变量间相互影响引起的估计偏差。最后,提出针对源荷不确定性的PHPF计算方法,对系统中时变不确定谐波进行评估。实验结果表明,基于实测数据的谐波耦合矩阵模型能够有效分析谐波源时变特性,结合源荷时变不确定功率状态,所提PHPF计算方法能够对电力系统谐波进行准确评估。

新一代低压直流供用电系统多工作模式下能量协调控制策略

新一代低压直流供用电系统(low voltage direct current supply and utilization system,LVDCSUS)强调了可再生能源的消纳以及直流用户侧电能产–销–储–用之间的协调统一,为推动直流用户侧灵活参与电力系统运行提供了全新思路。开展LVDCSUS用户侧电能的使用与生产相结合的研究,可有效挖掘直流用户侧的多元化电能资源灵活供给能力,为此该文首先依据LVDCSUS系统能量平衡关系将系统划分为全直流运行、余电上网运行、交流支撑运行3种运行模式;进而给出各模式下满足直流母线电压稳定、储能荷电状态均衡、灵活性电力资源利用三方面整体要求的协调策略;最后建立了多运行模式切换规则,实现通过切换多种运行模式改变能量协调控制策略,使LVDCSUS在稳定运行状态下主动参与电力系统能量互动。仿真结果验证了LVDCSUS多运行模式控制策略的有效性和可靠性。

面向快速频率响应系统的网络攻击防御控制策略

针对广域测量系统中的测量数据受到攻击时,快速频率响应(fast frequency response,FFR)控制系统被欺骗而生成错误控制命令进而危害电网安全的问题,该文提出一种面向虚假数据注入攻击的新型FFR网络安全防御控制策略。该策略首先利用连续小波变换对被攻击数据进行时频分析,再提出一种攻击重组卷积神经网络用于虚假数据检测。针对被判别为被攻击的测量值,基于提出的新型网络攻击防御控制,以迅速恢复FFR的误响应量,减少FFR误动作造成的影响;若测量数据正常,则结合FFR快速响应恢复控制策略以恢复FFR响应速率,保持FFR的快速响应特性。基于实测频率数据与PSCAD环境的仿真实验表明,所提出的策略可以迅速检测网络攻击,并实时调节FFR输出,提高系统在网络攻击下的运行稳定性。

基于直流互联的交流电网频率稳定控制研究

直流互联交流电网已经成为解决大电网互联问题的一种有效手段。互联交流电网的直流联络线可以实现区域备用互补,提高电网运行经济效益,并改善电网受到扰动后的频率波动情况。该文基于直流联络线控制提出一种用于互联交流电网频率支援及恢复策略。该策略可以实现事故时的紧急功率控制,减小交流电网事故后的频率急剧下降和波动。同时,在事故后参与到电网恢复过程,起到保障电网在安全频率范围内运行和加速电网频率恢复的作用。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了直流调频能力,提高了互联电网的经济性和稳定性。

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。

含能源路由器的交直流网络潮流计算模型及可行解求取

基于电力电子技术的能源路由器是能源互联网中的关键设备。在分析电力网络能源路由器结构的基础上,提出了计及多种控制方式、适用于多种运行环境的能源路由器稳态计算模型,构建了含有能源路由器的交直流混合网络潮流计算模型,提出了考虑能源路由器调控能力求解混合网络潮流可行解的方法。基于改进的IEEE 30节点系统,验证了提出的能源路由器潮流计算模型和可行解求取方法的正确性和有效性,该模型和求解方法能满足能源路由器不同控制方式的需求,可适应交直流有源或无源网络。

柔性互联配电网换流器控制模式平滑切换策略

电流矢量控制与功率同步控制是广泛应用于柔性互联配电网中电压源换流器的2种控制模式。由于运行原理和运行特性不同,大多数传统换流器只配备一种控制模式,导致在交流电网强度变化时其运行灵活性受到限制,并在极端事故下可能带来严重问题。为扩大换流器在柔性互联配电网中的运行范围和增强其运行灵活性,首先对比了电流矢量控制和功率同步控制在不同交流电网强度下的稳定性,并分析了2种控制模式间切换的必要性。然后,考虑到事故下和事故恢复中交流电网强度变化的完整过程,提出了一种电流矢量控制与功率同步控制的平滑切换策略,并通过在功率同步环增加功率前馈环节,进一步削弱了系统强度变化造成的扰动。最后,以PSCAD/EMTDC中搭建的双端柔性互联系统为例,验证了所提策略的有效性。

基于遗传算法和微分进化算法的分布式电源优化配置

配电系统中,分布式电源(DG)安装位置的选择、额定容量的确定对于电网规划、设计和投资至关重要,以10节点配电网系统为例,采用遗传算法和微分进化算法对分布式电源进行了优化配置,建立了DG的不确定性模型,并将其加入到优化分析中,给出了优化算法的求解程序。对含DG的配电网进行了潮流计算,分析了DG容量与系统总网损的关系。算例分析结果表明,优化配置有效改善了配电网的电压分布,减小了网损,提高了系统负荷率,说明了该优化配置方法合理、有效。

双碳目标下配用电系统的新使命和新挑战

在“30/60”双碳目标的驱动下,能源革命和数字革命相融并进,传统配电网正逐渐演变为以新能源为主体、融合新能源-配电网-负荷-储能的有源(主动)配用电系统,呈现出不断变化着的新的体系形态。面对科技发展和社会要求的提升,配电系统正面临着组态模式颠覆、企业转型升级、产品更新换代的巨大挑战和前所未有的机遇。通过回顾配电系统的演变历程,分析了当前配用电系统的“一低、两峰、三高、多随机因素”的特点;从配电网的初心和基本任务出发,根据双碳目标、绿色消费和循环经济的要求,结合当下智能化、数字化、低碳化、模块化的新时代技术特征和配用电设备的发展现状,分析了从传统配电网向数字化主动配用电系统转化,进而建设综合能源体系下的新型配用电系统的必要性;分析了新时代对配用电系统的五大基本要求和新使命,并结合这五大维度发展目标,总结了新型配用电系统发展中所面临的主要困难和挑战,提出并展望了未来应该关注的技术方向,给出了一些不成熟的观点建议,希望能够抛砖引玉,共同探讨。

南京城市电网核心区短期负荷特性分析及预测

城市电网核心区负荷变化复杂,影响因素众多,对电网调度部门的安全运行提出了挑战。基于南京电网实际负荷数据,分析了负荷变化特性及各类影响负荷变化的因素,同时针对预测方法中存在的边缘效应等问题,通过改进训练策略,提出了一种新的人工神经网络短期负荷预测模型。该模型采用多隐含层和动态神经元个数的预测方法,对不同神经元预测结果进行比较,以达到预测负荷的目的。预测结果表明,基于该方法建立的预测模型适用性强且能获得较高的预测精度,可为城市核心区的短期负荷预测提供可行方案。

晶闸管控制串联电容补偿控制策略研究

晶闸管控制串联电容补偿通过采用串联电容补偿,以电容的容抗补偿输电线路的感抗,达到等值的缩短电气距离的目的,从而提高系统运行的稳定性及输电能力。其阻抗控制是整个装置实现与否的关键。本文建立了晶闸管控制串联电容补偿电路模型,分析了晶闸管控制串联电容补偿的不同运行模式。并采用PID控制方法实现对晶闸管控制串联电容补偿的阻抗控制。经过系统仿真验证,结果表明,本方法具有良好的动态和静态性能,能满足工程实际要求。

提高风电场并网输电能力新方法

为解决当前风电场并网输电距离太远,输电能力不足的问题,本文对影响电网输电能力的因素进行了分析,提出采用晶闸管控制串联电容补偿方法实现对输电线路参数的动态调节。文章建立了晶闸管控制串联电容补偿的电路模型,对电路模型的四种运行方式进行了详细研究,分析得出晶闸管控制串联电容补偿能够有效缩短远距离风电场并网输电系统的电气距离,达到提高输电能力的目的。

多约束储能自适应控制及电能质量提升方法

由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性,可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题,同时保证储能的安全稳定运行,提出了一种综合考虑储能荷电状态(state of charge,SOC)和电能质量提升的多约束储能自适应控制策略。首先,通过Logistic回归模型和指数函数模型分别分析了储能SOC、频率变化率和虚拟惯性之间的动态联系,建立了储能系统运行安全约束分析和频率变化率约束模型,并加权得到储能系统虚拟惯量的自适应控制规律;然后,针对电压越限和电压波动问题,构建了基于节点电压约束模型的储能逆变器功率因数角自适应控制规律;最后,结合某县实际储能工程现状,仿真验证了所提控制策略能够根据储能SOC和频率变化实时改变储能功率输出,快速响应频率波动,有效抑制电压越限和电压波动,有力保障储能并网系统的安全稳定运行。

混合级联高压直流输电系统受端典型交直流故障特性分析

以白鹤滩-江苏特高压混合级联直流输电工程为例,从理论和仿真两方面分析混合级联直流输电系统受端典型交直流故障对其稳定运行的影响。针对受端直流故障,分析直流线路接地故障及不同工况下,多组并联的模块化多电平换流器(modular multileve converter, MMC)闭锁故障后关键电气量的响应过程及暂态故障特性,并给出故障穿越方法。针对受端交流故障,分析受端电网换相换流器(line commutated converter, LCC)交流母线三相短路故障后LCC换相失败的故障特性,研究并联MMC运行方式对LCC换相能力的影响。为混合级联直流电网的安全稳定运行提供理论基础与技术支撑。

220kV瓷柱式断路器修正热路模型研究

为了确保断路器设备在系统增容运行时的安全运行,对其热场进行计算与分析具有重要意义。针对220 kV瓷柱式断路器,建立了温升计算热路模型。模型中包含稳态热场和动态热场两部分,考虑了环境温度、风速、SF6气压、接触电阻等因素的影响。利用数值仿真方法对热路模型进行修正,使模型更加适用于工程计算。通过校验发现,模型计算结果与有限元仿真结果偏差不超过±10%,说明本文所建立热路模型具有较高的准确性。

低压直流供用电系统电压等级研究

在当前供用电系统中,随着以分布式光伏为代表的直流电源的快速增长以及以智能电器为代表的直流负荷的日益增多,供用电系统的直流化特征明显。采用直流供电形式的低压直流供用电系统具有广阔的发展前景,其中电压等级是低压直流供用电系统发展的前提。但目前尚未形成合理统一的电压序列,电压等级的选取成为亟待解决的问题。首先,介绍了低压直流供用电系统的典型应用场景和示范工程中普遍采取的电压等级,总结了现有的低压直流电压等级标准;然后,结合已有的行业经验和标准规范,研究了低压直流供用电系统电压等级分析方法,着重强调触电安全和供电能力约束,给出了电压等级配置原则和约束条件,并提出了综合评估体系;最后,以目前常用的750 V/375 V/48 V为标称电压,明确了“电压带”的概念并做出了规定,为未来低压直流电压等级的研究提供了借鉴依据。

低碳“光储直柔”系统拓扑选型研究

低碳“光储直柔”系统不同应用场景的用能需求和负荷特性存在较大差异,且不同拓扑结构的“光储直柔”系统的经济性、供电可靠性等表现各异。为了形成适用于不同应用场景的“光储直柔”系统拓扑选型方案,首先基于“光储直柔”系统基本概念,分析了其基本结构以及系统运行原理和优势;然后针对不同场景用能需求差异,提出了“光储直柔”系统拓扑选型的经济性、可靠性和社会性指标;再次基于所提指标,比较分析了单端辐射状拓扑、三级辐射状拓扑和双端双母线拓扑间的差异,即“光储直柔”系统经济性和社会性效益与系统分布式光伏容量密切相关,双端双母线拓扑结构的供电可靠性和用电可靠性要均明显高于另外两种拓扑结构;最后提出了适用于不同应用场景的“光储直柔”系统拓扑结构选型方案。

基于储能协调的中低压直流系统控制策略研究

中低压直流配电网因更有利于新能源和直流负荷的接入等特点,获得了更多的关注和发展。随着分布式光伏与储能在直流配电网的作用日益凸显,考虑储能系统参与直流配电网协调运行不仅可以提升直流配电网的灵活性,同时可以提高系统运行的经济性。以含规模储能接入的中低压直流配电网为研究对象,对其关键设备及控制策略进行了仿真研究。首先,建立了模块化多电平换流器(MMC)、光伏系统及储能系统的数学模型,并针对光伏系统的输出特性、光伏的最大功率控制算法、储能系统的充放电控制策略等进行研究;其次,提出了一种基于储能协调的中低压直流系统控制策略,该策略可平抑直流侧负荷变化带来的直流电压及换流站出力波动,提高中低压直流系统功率自平衡水平;最后,在MATLAB/Simulink中搭建了含储能接入的两端直流配电系统的仿真模型,对直流配电网在不同工况下的运行特性进行了仿真分析,验证了所提策略的有效性。