高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析

针对交、直流故障下的高比例新能源送端系统暂态电压演化传播机理及运行风险尚不明晰的问题,首先,基于交直流系统间的无功电压交互作用机理分析,明确了交、直流系统故障下的暂态电压特性及主导影响因素,阐明了高比例新能源送端系统电力电子设备主导的暂态电压演化传播路径。其次,从“交直流故障强耦合作用持续加强,暂态无功功率成分复杂”、“新能源比例不断提升,暂态电压问题凸显”及“故障承载与调节能力下降,连锁脱网风险增大”三方面系统地阐述了暂态电压运行风险。然后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了实际高比例新能源多直流外送系统仿真模型,不同新能源占比、不同故障工况下的仿真结果验证了暂态电压运行风险分析的正确性。最后,从增强耦合运行特性机理认识、提升新能源涉网性能、增加多尺度协同控制策略、加强交流网架结构等方面提出了应对暂态电压运行风险的技术展望。

面向新能源高渗透系统调峰和调频的系统级储能容量需求分析

高渗透新能源的强不确定性及火电机组占比的逐步减小使得系统灵活性资源不足,系统级储能可高效缓解系统的调峰和调频压力。为此,从系统角度提出了一种面向新能源高渗透系统调峰和调频的系统级储能需求容量确定方法。基于分位数回归分析和高斯混合模型聚类,提出了一种刻画净负荷不确定性的场景集生成方法;基于生成的场景集,建立了一种无储能容量约束的常规火电机组与储能联合优化运行模型,以获取最优运行时储能参与调峰和调频的功率;为了同时兼顾储能利用率和系统运行成本,构建了基于储能电量偏离程度、运行成本增长率指标的储能功率修正模型,并确定储能需求功率和容量,进而分析新能源渗透率、储能功率和容量与满足需求的置信度水平三者之间的关系。算例仿真结果表明,所提方法能够有效确定新能源高渗透系统调峰和调频对储能的需求容量。

送端系统故障下考虑有功无功交互影响的暂态过电压机理及控制策略

送端系统故障下整流器有功无功交互耦合会导致暂态过电压。针对此问题,首先,明确了直流功率、整流器无功消耗量的主导因素,深入剖析了送端故障引发的换相失败(commutation failure,CF)后整流器无功消耗量、直流功率的耦合规律,得出直流电流上升阶段二者呈负相关,直流电流下降阶段二者呈正相关的结论。其次,分析了故障恢复期间暂态电压幅值的影响因素,阐明了不同故障严重程度下考虑有功无功交互耦合的暂态过电压机理。然后,建立了送端系统有功不平衡量、整流器无功消耗量与直流电流的数学关系。基于无功功率与母线电压的数学关系以及有功无功交互耦合规律,提出一种考虑有功支撑的暂态过电压控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。

送端交流系统故障引发逆变侧换相失败机理分析及抑制策略

针对送端交流系统故障恢复期间引发逆变侧换相失败的问题,首先,基于交直流系统无功功率交互作用机理及关断角表达式深入剖析了逆变侧的运行特性,阐明了不同故障严重程度下直流电流上升速度与幅值变化规律,得出直流电流在轻微故障下过大的幅值及严重故障下过快的上升速度是导致换相失败的主要原因。其次,定量计算了不同故障严重程度下的整流器无功消耗量指令值,建立了整流器无功消耗量与直流电流、直流电压的数学关系,据此提出一种基于整流器无功功率控制的换相失败抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的准确性以及所提抑制策略的有效性。

考虑多馈入系统无功电压特性的同时换相失败评估方法

针对目前基于多馈入相互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)同时换相失败评估准确度不足的问题,首先阐明了多馈入高压直流系统中交流系统故障后暂态无功功率的作用机理,揭示了无功功率和电压之间复杂的相互作用对MIIF的显著影响。其次,提出了一种考虑到无功功率和电压相互作用的改进MIIF因子,用于衡量多馈入直流系统之间的相互作用,分别计算了交直流系统间无功功率不平衡引起的电压降和直流换流站间无功功率传输引起的电压变化。然后,基于最小关断角定理,综合考虑了暂态无功功率和电压特性的影响,提出了临界同时换相失败因子(critical simultaneous commutation failure factor,CSCFF)及其计算表达式。通过比较MIIF和CSCFF,提出了一种同时换相失败评估方法,在评估同时换相失败时具有更高的准确性。最后,利用PSCAD/EMTDC平台构建了双馈入和三馈入高压直流仿真模型,验证了所提方法在不同故障类型、耦合阻抗和故障严重程度下的有效性和适用性。

基于两阶段鲁棒的多综合能源微网-共享储能电站协同优化运行策略

多综合能源微网(integrated energy microgrids,IEM)配置共享储能电站(shared energy storage plant,SES)能显著提升系统能源利用率以及储能利用效率。然而,系统在实际运行中面临着主体协同管理、新能源出力随机性、多能负荷功率不确定性以及各个主体隐私保护等诸多挑战。针对上述问题,该文提出基于两阶段鲁棒的多综合能源微网-共享储能电站协同优化运行策略。首先,构建min-max-min两阶段鲁棒优化模型,第一阶段决策各IEM与SES电能交互量,第二阶段决策最恶劣情况下各IEM内调度计划。针对第二阶段含有“0-1”整数变量无法用卡鲁什·库恩·塔克(KarushKuhn-Tucker,KKT)条件转对偶求解的问题,据此提出重构与分解(reconstruction and decomposition,RD)—列和约束生成(column constraint generation,C&CG)算法的求解方法。其次基于纳什谈判理论,建立多IEM-SES系统运行效益最大化问题和电能交易支付最大化问题。最后,为保护各IEM隐私采用交替方向乘子法对两个问题进行分布式求解。通过仿真验证,所提策略兼顾了系统的鲁棒性和经济性,有效地保护了各主体的隐私性。

适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略

同杆双回线发生接地故障采用传统跳闸策略时可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出了一种适用于带并抗的同杆双回线接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,通过建立带并抗的同杆双回线各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出了一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略。其次,分别对瞬时性故障和永久性故障情况下的故障相并联电抗器电流特征分析,提出了基于故障相并联电抗器微分栅电流的故障性质判据。最后,结合改进跳闸策略和故障性质判据,形成了适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略。PSCAD/EMTDC仿真验证了所提改进跳闸与分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路重合成功率。

适用于同杆双回线路接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略

同杆双回线路发生接地故障时采用传统跳闸策略可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出一种适用于同杆双回线路接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,建立同杆双回输电线路各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略;其次,分别对瞬时性故障情况下和永久性故障情况下电容耦合电压特性进行分析,提出基于故障相电容耦合电压的故障性质判据;最后,结合改进跳闸策略和合闸策略,形成了适用于同杆双回输电线路接地故障分相自适应重合闸策略。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路的重合成功率。

换相失败期间送端系统暂态有功建模及其支撑策略研究

针对逆变侧交流故障导致换相失败期间送端系统所遭受的有功冲击问题,首先,基于换相失败期间直流等值电路明确了换相失败后整流器有功波动的主导因素,并计及换相失败期间直流电压的波动特性分析了整流侧各电气量与控制量的响应机理,从而确定了整流侧各直流电气量与控制量暂态响应与送端系统传输有功极值时刻之间的关系。其次,基于换相失败期间的拉氏运算电路,推导建立了换相失败后送端系统各电气量的时域表达式,实现了整流器的暂态有功建模。通过划分时间区间对低压限流环节进行优化改进,利用直流电流时域表达式补偿直流电流指令值,提出了基于传输有功暂态极值时刻的有功支撑策略。最后,PSCAD与CIGRE-HVDC的仿真结果验证了理论分析的正确性与有功支撑策略的有效性。

基于整流器无功功率控制的暂态电压抑制策略

针对高压直流输电系统换相失败引起送端换流母线电压波动的问题,首先推导送端换流母线电压与整流侧直流电压、直流电流之间的数学关系,分析得出换相失败及恢复期间直流电压与直流电流变化不协调是引起送端换流母线电压波动的主要原因。为抑制换流母线电压波动,基于整流器无功消耗与电压间定量分析,以换流母线耐压水平为约束,确定整流器无功消耗的期望值,并结合整流器无功特性分析,确定换相失败及恢复期间直流电流指令值补偿量,提出基于整流器无功功率控制的电压波动抑制策略。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了电压波动机理的正确性以及抑制策略的有效性。

计及故障分闸角与单相故障的后续换相失败分析

针对换相失败影响因素分析已经取得一些成果,但故障清除时刻(故障分闸角)对换相失败的影响有待进一步研究。首先基于换相失败过程分析过零点偏移角对关断角的影响;其次基于换相电压时间面积法分析不同故障合闸角对逆变器首次换相失败的影响,并进一步分析故障分闸角及过零点偏移角对后续换相失败的影响,发现故障在换相过程中清除引发后续换相失败风险最大;最后以单相接地故障为例,基于PSCAD/EMTDC中的(conseil international des grands reseaux electriques,CIGRE)模型的不同故障合闸角与分闸角的仿真测试结果验证了理论分析的正确性。

基于风电送出线路分相跳闸方式的自适应重合闸策略

为避免重合失败对风电场及接入系统造成二次冲击,针对风电送出线路受风电运行特征影响重合成功率低的问题,提出基于风电送出线路分相跳闸方式的自适应重合闸策略。采用保留单侧健全相的重合闸动作方式,有效避免风电运行特征的影响并保证了故障耦合效果。分析不同故障情况下故障相电压的变化特性,提出基于电压幅值-角频率变化量的自适应重合闸判据,并据此确定重合策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型进行仿真验证,仿真分析表明所提策略能准确判定故障性质并确定熄弧时间,确保风电场与并网系统的安全可靠运行。

基于改进DHNN模型的售电公司信用评价

为规范售电公司的市场行为,提升电力市场管理水平,需对售电公司开展信用评价。因此,基于Box-plot(箱形图)与正交化法,提出了一种改进的DHNN(离散型霍普菲尔德神经网络)信用评价模型。首先,分析梳理影响售电公司信用水平的因素,构建了包括基本信息、基础管理、合同管理、交易管理等11个指标在内的信用评价指标体系,并通过德尔菲法赋予指标权重。然后,对售电公司中指标异常数值进行处理,寻求其最优信用分值,实现对售电公司信用水平的客观评价。最后,通过算例验证所提模型的可行性,结果表明,该模型可对售电公司信用水平实现客观准确的评价。

基于直流电流动态上升的高压直流输电系统换相失败分析

针对现有换相失败分析方法未考虑交流系统故障后直流电流动态上升对关断角影响的问题,在分析直流电流变化对关断角影响的基础上,首先推导了对称故障下未考虑直流电流变化以及考虑直流电流瞬时变化的换相失败分析方法。分析结果表明,当逆变侧换流母线电压跌落在一定区间内,以上2种方法会导致换相失败判别结果不准确。为此考虑交流系统故障后直流线路和直流控制的动态过程,推导了直流电流的时域表达式,通过求解直流电流最大值,提出了一种考虑直流电流动态上升的换相失败分析方法。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性以及对高压直流输电系统换相失败判别结果的正确性。

送端换流母线电压上升影响受端换相的机理及抑制措施

为避免由送端换流母线电压上升引起逆变器关断角减小导致换相失败,分别从电气量变化特性和无功交换特性研究了其发生机理。基于推导建立的关断角表达式,分析发现送端换流母线电压上升会引起直流电流增大从而导致关断角减小;同时直流电流的增大会引起逆变器无功消耗增加,导致受端换流母线电压跌落,进一步导致关断角减小,诱发换相失败。因此,提出了一种通过改进送端控制器以抑制换相失败的措施。该措施在送端换流母线电压上升时增大整流器触发角以抑制直流电流的上升,同时增大整流器无功消耗从而减缓送端换流母线电压的上升。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台,利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了理论分析的正确性和抑制措施的有效性。

换相失败引发送端混合级联直流系统换流母线暂态电压波动机理及抑制策略

与电网换相高压直流输电(line commutated converter HVDC,LCC-HVDC)相比,送端混合级联直流系统具有灵活性高、弱网适应性强等优势,但其换相失败后交流系统暂态电压波动机理尚不明晰。为此,首先建立了暂态电压与系统强度、功率不平衡量之间的定量关系。考虑有功、无功不平衡量对暂态电压的影响,推导了暂态电压变化率表达式。明确了换相失败及其恢复期间换流母线暂态电压特性。其次,为抑制换流母线暂态过电压,推导了LCC直流电流指令值与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)无功指令值表达式,提出了基于多换流器的协同抑制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型,验证了机理分析的正确性及抑制策略的有效性。

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。

考虑无功功率影响的后续换相失败抑制策略

为抑制后续换相失败以及改善高压直流输电系统故障后的恢复能力,首先构建关于逆变器消耗无功功率的隐函数,发现直流电流是影响逆变器消耗无功功率的主要因素,并以此分析首次换相失败及恢复期间逆变器消耗无功的暂态变化过程,得出若交流系统无法支撑逆变器所需的无功功率,将导致换流母线电压的进一步跌落、关断角下降,极易引发后续换相失败。其次定量分析换相失败后交直流系统间产生的无功不平衡量对直流电流的影响,并推导直流电流指令值优化计算公式,提出考虑无功功率影响的后续换相失败抑制策略。最后以CIGRE标准模型为基础进行仿真测试,验证了该策略在不同故障条件下对后续换相失败抑制的有效性。

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。

基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频策略

在风电场中配置储能系统构成风储联合系统可有效提高对电网主动支撑能力,在满足电网一次调频需求的同时还可以提高风电利用率,增加风电场的经济效益。以双馈风机(double fed induction generator,DFIG)与超级电容储能为例,基于不同风速下DFIG参与调频能力,提出了一种风储联合系统参与电网一次调频的控制策略。考虑风速、频差变化率和频率偏差3个因素设计多变量模糊逻辑控制器,实现风储功率的合理调配,根据储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)动态设置DFIG调频备用容量,提升不同风况下风储联合系统的一次调频能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台对所提策略有效性进行验证,结果表明,所提策略在提升风储联合系统一次调频能力的同时,实现了风储调频功率的合理分配,减少了弃风及风机出力振荡风险,改善了系统的频率稳定性。