含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。

大型双馈风力发电系统小信号动态建模及附加阻尼控制器设计

由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡问题。建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程以及变频器控制系统动态方程4个部分,具有一般性。以双馈风力发电机转子侧变流器有功功率参考值为输入,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的附加阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加互联系统的阻尼。

并网型双馈式风力发电系统广域阻尼控制器设计

随着接入电力系统的风电规模越来越大,风电场发出的电能需要经过远距离输送到负荷中心。由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡。为此,设计了广域阻尼控制器以有效抑制双馈风力发电系统并网带来的互联系统的低频振荡问题。首先,建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程3个部分,具有一般性。以双馈式异步发电机(DFIG)转子侧变流器有功功率参考值为输入,然后,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。最后在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的广域阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加系统的阻尼。

计及广域信号时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加鲁棒阻尼控制

大规模风电接入互联电力系统可能会导致电网联络线上严重的功率振荡。大型双馈风力发电系统能独立控制有功和无功功率,可以通过将控制信号附加到有功功率控制环节来调节输出的有功,以此用来阻尼系统功率振荡。针对系统中可能存在的功率振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现了快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑了广域测量信号时滞。基于自由权矩阵方法获得了线性化模型标准化时滞鲁棒控制方法,可以由线性矩阵不等式进行求解。在此基础上,设计得到了广域时滞状态反馈控制器。控制器参数可以通过所提出的LMI迭代算法优化得到。结合状态观测理论获得了一种新型广域时滞输出反馈控制器。基于四机两区域仿真模型建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。

基于IPSO-LSSVM的风电功率短期预测研究

风电功率预测的关键是预测模型的选择和模型性能的优化。选择最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)作为风电功率预测模型,使用改进的粒子群算法(improved particle swarm optimization algorithm,IPSO)对影响最小二乘支持向量机回归性能的参数进行优化。在建立了改进的粒子群算法优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的风电功率预测模型后,运用该模型对广西某风电场进行了仿真研究。为了对比研究,同时使用前馈(back propagation,BP)神经网络模型和支持向量机(support vector machine,SVM)模型进行了预测。最后采用多种误差指标对三种模型的预测结果进行综合分析。结果表明,使用改进的粒子群算法优化最小二乘向量机(IPSO-LSSVM)的风电功率预测模型具有较高的预测精度。

分布式发电及其在电力系统中的应用

随着我国常规能源供应的日益紧张和保护环境的呼声日益高涨，可再生能源的开发和利用受到了前所未有的重视。英国政府在其2003年的能源白皮书率先提出了“低碳经济”的概念，我国政府为发展低碳经济提出了“节能减排”的约束性指标，与之相适应的分布式发电（Distributed Generation，DG）技术得到了国家的高度重视和快速发展。

基于自适应PSO-SVR的风速风功率预测

提出了一种基于自适应粒子群支持向量机的风电场风速风功率预测方法。该方法通过自适应粒子群算法优化参数的支持向量机的风速风功率预测。PSO算法作为一种新型的基于群体智能的随机优化算法,简单且易于实现,通过对粒子群算法惯性权重的改进及种群的变异操作,使得算法具有更强的参数优化能力。仿真算例和预测结果表明,该方法具有较高的预测精度。

大规模光伏发电并网对互联电力系统阻尼特性的影响及其阻尼控制策略

针对未来大规模光伏发电系统并网对互联电力系统安全稳定性可能造成的影响,从系统阻尼特性角度展开详细研究。首先建立了适用于稳定分析的光伏发电系统的动态模型,然后搭建了含光伏发电系统的IEEE16机68节点测试系统,采用特征值分析法和模态分析法,研究了光伏发电的不同接入位置以及不同渗透率对互联电力系统阻尼特性造成的影响。结果表明:光伏发电系统不直接参与系统机电振荡,而主要通过对系统潮流的影响改变系统阻尼,并且由于阻尼控制环节的缺失可能对系统阻尼产生一定的负面影响;文中提出的光伏发电系统的阻尼控制策略可有效地抑制该负面影响,进一步提升了互联电力系统对光伏并网的接纳能力。

含风电场的互联电力系统辨识与广域时滞阻尼控制器设计

针对大规模风电的远距离输送以及大区域电网互联将面临的区域低频振荡问题,提出一种适用于风电场并网背景下的广域阻尼控制器设计方法。该方法利用增益调度思想将风电场平均风速划分为若干个控制区域,并逐一对每个控制区域进行系统辨识以及阻尼控制器设计,以解决风电场出力的不确定性造成的控制器失效的问题。提出了改进自回归滑动平均(ARMA)方法和自由权矩阵方法分别完成上述系统辨识以及控制器设计过程。含风电场的EPRI-8机36节点测试系统仿真表明:所提辨识方法克服了传统ARMA方法辨识精度不高的问题,所提控制器设计方法允许的时滞裕度优于传统线性矩阵不等式方法。所提的增益调度控制方法能满足风电场出力变化的实际情况,具有较高的实用价值。

大规模风电场并网下的互联电力系统广域阻尼协调控制

在区域电网互联以及大规模风电远距离输送的背景下,提出了一种新型广域阻尼控制器设计方法。该方法采用交替Krylov子空间算法对系统进行降阶,避免了传统的平衡降阶算法需处理2个高阶Lyapunov方程的问题。在此基础上,考虑了同步发电机与风电场的协调阻尼控制,提出采用均值方差映射算法对控制器参数进行协调优化。并提出增益调度思想,解决了控制器在系统不同运行方式下的鲁棒性问题。算例结果验证了所提方法的可行性。

大规模风电并网后的电力系统广域增益调度控制器设计

针对风力发电的不确定性以及高渗透率下的大规模风电的远距离输送对系统区域阻尼的带来的负面影响,提出一种能适用于系统运行方式发生较大变化(如风电场风速急剧变化等)的广域控制器设计方法。采用时滞线性参数变化方法对含风电的电力系统进行建模,并将整个参数变化范围进行网格划分,再分别进行控制器设计,然后采用三角隶属函数制定调度准则并进行控制器权值分配,从而构造出满足全部参数变化范围的广域增益调度控制器。对算例的时域仿真表明,所提出的广域控制器设计方法对于系统运行范围发生较大变化的情况仍然具有较理想的效果,与传统的极点配置方法相比具有更强的鲁棒性;与经典的鲁棒控制方法与非线性控制方法相比,具有控制器阶数低、设计方法简单等优点,易于工程实现。所设计的控制器计及了电力系统变时滞的特点,相比传统的Pade近似处理时滞的方法有着更低的保守性。

含双馈风电场的互联电力系统广域阻尼协调控制

针对大区域电网互联以及大规模双馈风电场并网所面临的区域低频振荡问题,提出一种综合考虑同步发电机与双馈风力发电机的广域阻尼控制策略;并采用一种迭代次数较少、不易陷入局部最优解的新型优化算法——均值方差映射算法进行控制器参数协调配置,通过与传统智能算法的比较,证明了该方法的优越性;含双馈风电场的四机两区测试系统的仿真结果表明,提出的方法能有效提高大规模双馈风电场并网背景下的互联电力系统区域低频振荡阻尼能力。

基于多新息耦合最小二乘算法的电力系统状态空间辨识

对于广域阻尼控制器的实际工程应用,提出一种实用型电力系统状态空间模型辨识方法。该方法采用耦合最小二乘算法,充分利用辨识过程中的中间数据,避免重复对高维协方差矩阵迭代计算而导致的冗余过程。为进一步提高辨识精度,结合多新息辨识思想,推导多新息耦合最小二乘算法。利用系统中存在的类噪声信号,完成无附加激励下的电力系统辨识。4机2区以及10机39节点系统验证了所提方法具有辨识方便易行、计算量小、辨识精度较高的优点,对于电网结构的不断变化能方便地进行数据的在线更新。

基于动态场景集和需求响应的二阶段随机规划调度模型

风电及负荷场景集作为随机规划调度的输入,对决策结果影响大。为使场景集刻画出风电及负荷的波动性,采用考虑随机变量相关性的动态场景法生成风电、负荷及净负荷的场景集,并从与调度接轨的角度提出相应的指标对场景质量进行评价。建立了一种基于here-and-now和waitand-see(HN-WS)的二阶段随机规划调度模型。该模型包含了日前与实时的关联性,决策过程融入了对实时场景已实现情况下的考虑,优化目标涵盖了日前阶段的燃料成本及实时阶段的平衡矫正期望成本。此外,为减少弃风,在调度模型中引入了激励型需求响应,与火电机组的备用容量进行协同优化。最后,采用爱尔兰电网的风电数据、Elia电网的负荷数据及改进的IEEE-118节点系统验证了所提调度模型的有效性。

基于多目标粒子群算法的电力系统环境经济调度研究

提出了一种新的多目标粒子群优化(Multi-Objective Particle Swarm Optimization,MOPSO)算法,用于求解电力系统的环境/经济调度问题。通过设计特定的约束修正因子,将不可行解修正成可行解,并在此基础上用惩罚函数法构建了新的适用于多目标粒子群的适应度函数模型。根据帕累托占优条件形成历史帕累托最优解集和全局帕累托最优解集,引入稀疏度排序法选择全局最优解,基于帕累托最优前沿的斜率特性,提出用斜率法筛选非劣解,采用基于模糊数学的满意度评价模型选择POF的折衷最优解。最后,用IEEE-30节点标准测试系统对所提算法进行了仿真测试,并与其他算法进行了对比。仿真结果表明所提算法可行、有效。

南方区域统一调频辅助服务市场建设路径与机制设计

为进一步深化南方区域电力辅助服务市场化改革,打破省间壁垒,使调频资源在更大范围进行优化配置,有必要加快南方区域统一调频辅助服务市场的规划建设。为此首先阐述南方区域统一调频辅助服务市场的建设路径和目标,分析市场设计中需要面临的关键问题,并对统一调频辅助服务市场组织实施全过程进行设计,最后提出统一调频辅助服务市场下一阶段发展的政策建议。通过算例和试运行结果可以看出,统一调频辅助服务市场运行平稳有序,市场规则的适用性和参数设定的合理性满足预期目标,为下一步转入结算试运行打下良好基础。

PJM备用体系及其对广东电力市场的启示

介绍PJM备用分类、备用容量的计算方法、备用容量分配、备用市场机制、广东备用辅助服务市场建设等情况。

基于迭代方法的广域电力系统最大时滞稳定上界计算

基于迭代方法提出了一种电力系统最大时滞稳定上界计算方法,该方法克服了传统方法中存在大量决策变量和计算效率偏低的问题,在不增加稳定准则保守性的基础上,运用Jensen积分不等式推导出了一种决策变量更好且计算效率更高的稳定准则;同时根据最大时滞稳定上界与系统不稳定极点之间的关系,提出了确定时滞初始值的方法,进一步降低迭代次数和计算量,仿真算例表明所提方法具备良好的适用性和实际运用潜力。

考虑负荷特性的解列后受端电网频率控制策略

当大规模互联系统发生主动解列后,受端电网将出现有功功率不足、频率大幅下降的问题,需要采取切负荷措施保证受端电网的频率稳定。首先,建立了以最小切负荷代价为目标,综合考虑暂态功角稳定约束、节点电压约束、频率稳定约束、负荷电压-频率特性以及调速器一次调频作用,制定紧急控制策略的数学模型。其次,由电网主动解列的特征,简化模型中的大规模微分方程组约束,将解列后局部电网中同调运行的发电机等值为惯性中心系下的一台发电机,从而降低模型的复杂度,极大地提升了求解速度。最后,基于隐式梯形法将微分方程约束差分化并采用内点法求解最优频率控制方案。以IEEE9节点算例、广东电网实际数据计算频率控制策略,并在PSD-BPA中对该控制方案进行仿真验证。仿真结果表明,所得频率控制策略不仅能保证主动解列后受端电网的频率电压稳定,还可以提高紧急控制方案的经济性,验证了所提频率控制模型的有效性。

送受端系统短路比关系对直流输电系统最大输送功率的影响

针对直流输电送端系统的运行状况是否对输送功率有影响的问题展开分析,研究了交直流系统整流侧联于不同强度交流系统的运行特性,结合逆变侧联于不同强度交流系统的运行情况,指出送端系统短路比与受端系统短路比的大小关系会影响直流输电系统可输送的最大功率。首先研究了整流站和逆变站的功率曲线,分别得到送受端系统短路比与其相应的最大输送功率的定量关系。然后分析了在相同的输送功率极限下整流侧和逆变侧短路比的关系,将两端系统可输送的最大功率相等时的短路比定义为转折短路比,并得到输送功率转折点。最后指出送受端系统的强度都会影响直流输电系统的输送能力,当两端系统短路比与转折短路比存在某种关系时,由其中的一端系统对直流系统的输送能力起决定性作用,并通过PSCAD仿真验证了结论的正确性。