计及扰动不确定性的储能系统容量鲁棒优化配置

针对高比例可再生能源接入下扰动不确定性增加和有功功率控制资源不足的问题,提出一种计及扰动不确定性的储能系统(ESS)容量鲁棒优化配置方法。首先,基于扩展系统频率响应模型,提取ESS运行功率与系统频率动态间的耦合关系,由多面体扰动不确定集构造暂态频率偏移安全约束。其次,综合考虑频率稳定控制能力和扰动不确定性,以投资成本最小和运行收益最大为目标,建立ESS容量鲁棒优化模型。然后,利用线性加权法和鲁棒对等变换将模型转化为确定性三层规划的形式,并基于列与约束生成方法、强对偶理论和Big-M法求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

基于灵敏度分析的同步调相机及其励磁系统参数分类辨识方法

同步调相机及其励磁系统间由于电气耦合而导致参数辨识困难,但目前缺少对待辨识参数量与观察量间耦合特性的分析。对此,提出一种基于灵敏度分析的同步调相机及其励磁系统参数分类辨识方法。分析同步调相机在不同时间尺度下的关键参数,基于轨迹灵敏度信息划分待辨识参数的类型,构建关联参数集合。考虑稳态、次暂态和暂态下同步调相机及其励磁系统响应特性的差异,在不同时间尺度上分别建立参数分类辨识模型。依据关联参数集合进行参数分类辨识,采用基于Tent混沌映射的改进蛇优化算法求解。通过算例分析验证了所提方法的有效性和适应性。

基于概率最优潮流的电力系统灵活性量化评估方法

可再生能源发电具有波动性和随机性,高比例可再生能源的接入给电力系统的灵活性带来挑战。为此,提出一种基于概率最优潮流的电力系统灵活性量化评估方法。首先,构建电力系统灵活性资源模型。采用k-means聚类方法处理历史数据以生成场景,基于马尔可夫链模型和Copula函数构建考虑时间相关性的风电、光伏出力及负荷波动概率模型。其次,将经济成本与系统灵活性关联,在考虑系统灵活性裕度期望、缺额期望和不足概率的基础上,建立计及运行经济性的量化评估指标。第三,构建含灵活性资源的概率最优潮流模型,采用蒙特卡罗模拟方法和基于跟踪中心轨迹内点法估计系统状态和评估指标。以IEEE RTS-24系统为算例进行分析,结果表明合理配置可再生能源和储能装置有助于提升系统灵活性和运行经济性。

海上油气田低压开关柜资料标准化应用研究

低压成套开关设备和控制设备简称低压开关柜,是控制和保护海上设施电力系统稳定运行的重要设备之一。海上油气田平台工艺/生产设备流程复杂、种类繁多,在开发工程设计中往往配电设备资料送审流程线冗长且耗电功率存在变化,造成低压开关柜内部主要元器件选型工作量大、重复性高、资料锁定时间点晚。本文针对在海上油气田工程实践中低压开关柜标准化设计思路不足,配电设备功率变化造成材料变更等问题,提出了标准化应用的解决措施和实施方案。通过对低压开关柜进行资料标准化应用研究来提高设计效率,减少个体差错率,为海上油气田工程设计提供新的思路和方法。

兼顾物理状态和用户行为的虚拟电厂紧急功率调节能力量化评估

高比例新能源、电动汽车、储能电站等并网,迫切需要改进电网安全稳定控制技术体系,将海量分散可控资源纳入电网紧急控制范畴。针对紧急控制在线决策需求,该文给出以虚拟电厂(virtual power plant,VPP)为管控形式的分布式能源(distributed energy resources,DERs)紧急功率调节能力量化描述和在线评估方法。首先,分析紧急功率调节能力的内涵及表述要求,给出调节能力的量化描述方法;其次,构建反映物理特性及考虑用户行为约束的VPP紧急功率调节能力评估综合模型;最后,给出考虑状态转移及边界约束的紧急功率多时间尺度调节能力计算方法,设计相关仿真计算模块,并实现与PSS/E接口。以含300台电动汽车及1000台空调的VPP为例,仿真验证所述方法的有效性。

考虑分时电价和最大暂态频率偏移的储能机会约束优化配置

针对可再生能源规模化接入电网引起的频率稳定控制资源减少的问题,提出一种考虑分时电价和最大暂态频率偏移(MTFD)的储能系统(ESS)机会约束优化配置方案。首先,建立含ESS的扩展系统频率响应模型,估计预想事故下的频率动态响应特征,采用基于最大仿射函数的分段线性化方法构造MTFD约束;其次,考虑预想事故发生的不确定性,构建以投资成本最小和峰谷套利收益最大为目标的ESS容量机会约束优化模型;然后,利用线性加权方法和基于蒙特卡洛模拟的非线性递减惯性权重粒子群优化算法求解,以确定最优的ESS容量;最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

虚拟电厂短时长精细化生产模拟方法与系统

分布式电源、电动汽车、温控负荷等需求侧可控异构分散资源渗透率逐步增加,迫切需要对其有效整合后参与电网调控。虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)是聚合和管控海量分布式能源(distributed energy resources,DERs)的有效形式,而运行仿真工具是发挥其作用的重要支撑。鉴于此,该文给出覆盖DER设备建模、异构DERs聚合和集群协同控制等全环节的VPP短时长精细化生产模拟方法,并设计面向VPP参与电网互动的开放式仿真系统。在分析VPP短时长精细化生产模拟需求的基础上,归纳精细化仿真关键技术;基于DERs物理特性分析及管控架构构建,提出包含设备层和管控层的VPP精细化建模方法;以通用开放为原则,设计仿真系统实现方案,通过模块化建模和通用化架构及互动接口设计,实现对多种电网仿真引擎和多类DERs模型兼容。以包含异构DERs的单个VPP为例,介绍典型日VPP生产模拟结果,并以包含多VPP的区域电网为例,给出DERs集群功率调节响应过程及其参与频率紧急控制和功角稳定紧急控制的效果,仿真结果验证了所述方法和系统的有效性。

计及源荷匹配特性的新能源可信容量评估方法

可信容量是衡量新能源对电力系统发电容量贡献效益的重要指标,对于含新能源系统的规划和调控极为重要。考虑到同一地区新能源出力和负荷存在一定相关性,提出一种计及源荷匹配特性的新能源可信容量评估方法。基于核密度估计求得新能源出力概率模型,采用Copula函数分季节场景描述新能源出力与负荷需求之间的相关关系,建立新能源总出力概率模型,继而构建源荷联合概率密度分布模型。生成计及源荷相关性的出力场景,基于等可靠性指标和可信容量表征指标进行可信容量评估。最后,通过某地区实际算例分析,验证了所提方法的有效性。

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性,文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理,基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统,提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标,根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响,量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性,电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合,为频率和功角的优化控制措施提供了参考。

风–光可再生能源场站群分层分区并网规划方法

在碳达峰、碳中和目标的驱动下,风电、光伏等新能源发电快速发展,大规模、集群化和分层分区并网是重要的发展方向。针对新能源大规模并网造成的电力系统潮流波动和电压偏移等问题,提出一种风–光新能源场站群分层分区并网规划方法。考虑电网拓扑结构和输电线路阻抗,基于图论对电网进行分区,构建包含电压偏移、潮流波动和经济运行指标在内的新能源接入电网多指标评估体系,以弃风弃光量最小为目标建立新能源分层分区并网规划模型。采用交流潮流二阶锥近似方法对模型进行简化,求解各项评估指标,结合TOPSIS综合评价法对所有可行方案进行评估,确定最优接入方案。最后,以IEEE 39节点系统为基础算例,验证了所提规划方法的有效性和实用性。

电力系统强噪声测量数据快速鲁棒回归平滑降噪

针对电力系统测量数据受噪声污染严重的问题,提出一种快速鲁棒回归平滑降噪方法。首先,通过局部回归平滑过程实现背景噪声降噪;然后,根据全局平滑残差自适应检测离群数据;最后,针对离群数据进行鲁棒回归平滑过程降噪并滑动修复离群数据造成的局部平滑畸变。所述方法实现了全局快速回归平滑、随机脉冲噪声自适应检测、局部平滑畸变快速修复,极大降低了计算复杂性。仿真分析与实测数据分析结果表明,相比传统鲁棒局部回归平滑方法,所提方法不仅保持了良好的背景噪声与高强度随机脉冲噪声降噪能力,还能够有效辨识扰动阶跃突变引起的伪脉冲噪声,提升降噪过程的扰动响应信息保留能力,计算效率优势明显。

电力系统动态频率分析与应用研究综述

总结了动态频率定义和分类,剖析了电力工业对频率动态行为分析的需求,分析比较了全状态模型、等值单机模型以及人工智能等各类动态频率计算方法的特点和适用范围,强调了动态频率仿真计算中需特别注意的各种模型因素,综述了暂态频率偏移安全性、频率稳定性评估理论的进展,总结了广域动态频率信息的应用现状,提出了动态频率领域亟需研究的若干问题。

极端冰雪灾害下电网安全评估需求分析与框架设计

2008年初中国南方极端冰雪灾害给电力基础设施造成了极大破坏,也引发了对电网安全评估、防御系统设计的诸多思考。该文分析极端冰雪灾害下电力系统安全评估研究现状和新的技术需求,设计考虑冰雪灾害影响的电网安全评估框架,并讨论需解决的关键问题以及各功能模块之间的交互关系。提出气象–电气混合仿真的概念并讨论混合仿真实现的途径。借助PSS/E编程实现基于简化线路覆冰和杆塔受力模型的覆冰–电气混合仿真,算例仿真表明该混合仿真方法可以计算得到给定覆冰模型下气象事件与电气动态的交互影响过程。

电力系统动态频率响应时空分布特征量化描述

由于网络在地理上分布不均匀、机组及其控制器参数差异,以及不同区域负荷特性不同,大型互联电力系统的动态频率响应时空分布特征显著。讨论了动态频率响应时空分布特征及研究方法;为便于讨论,定义了观测空间、响应时间以及响应线性区间。提出基于观测空间的频率响应时空分布特征量化描述方法:通过计算扰动后各观测点处频率线性变化区间内的平均变化率、对扰动的响应延时、频率偏移最大量及延时、过渡过程中主导振荡模式的阻尼比来描述系统动态频率响应时空分布特征。基于上述方法,可得到频率响应时空分布特征矩阵,从而可较好地通过微观变量来量化描述系统的宏观动态行为。讨论时空特征矩阵的潜在应用领域,并给出以观测点的响应延时估计扰动位置的示例。以华北互联电网为例进行了仿真计算,验证了所提出方法的有效性。

轻型广域测量系统及其在中国的应用

大扰动后高、低压电网动态响应具有强相关性。通过对低压电网动态行为实行同步监测,不仅可掌握配电系统的详细动态,也能在一定程度上实现主网的动态监测。基于此,提出了轻型同步相量测量单元(PMU Light)与轻型广域测量系统(WAMS Light)的概念,对低压电网进行同步监测,并辅以一定的信号处理手段,实现本地及部分全局动态行为的同时监测。以PMU Light为测量手段,建成了国内首套WAMS Light,涵盖六大区域电网,记录了大量就地扰动和大扰动后电网的响应数据。目前,该系统已成为中国高校及科研院所开放获取电网动态响应实测数据的直接平台。WAMS Light成本低、安装方便、便于广泛布置,将其与常规广域测量系统相配合,可建立涵盖高、低压电网的全景式同步监测系统。

极端冰雪灾害对电力系统运行影响的综合评估

冰雪等极端气象事件可影响电力系统运行,甚至破坏输变电设备。电力系统智能化调度决策和安全防御体系需要预知气象事件,并对其影响做出量化评估。分析冰雪灾害侵袭电网的过程特点,设计冰雪灾害下电力系统运行模拟程序框架,开发了初步的冰雪气象条件下电力系统运行的模拟程序。提出一种综合评价方法来评价气象事件对电网的影响,从稳定性、安全性和经济性3方面进行考虑,并采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)对各层面的影响进行综合评估。将所述方法用于冰雪灾害侵袭电网的各个典型阶段的综合评估。仿真结果表明该方法可量化极端冰雪气象事件对电网影响的程度和趋势。

考虑累积效应的频率偏移安全性量化评估

分析频率偏移安全评估现状和需求,提出一种考虑累积效应的频率偏移安全量化评估方法。基于频率偏移对于时间的积分,定义一个新的安全裕度指标。该指标对于安全与不安全的情况,不但有清晰的物理含义和统一的表达形式,并且具有单调性、光滑度好,计算量小的优点。基于灵敏度分析,提出临界控制量搜索策略。以实际省级电网为例,分析该安全裕度指标的特性,并验证了控制量搜索策略的有效性。

电力系统暂态稳定数字仿真有效性评价

提出了稳定性、极值和均值3种仿真误差评价指标,分别反映误差对暂态功角稳定计算结果的宏观影响、全系统观测物理量的最大误差和加权平均误差。其中,稳定性指标由扩展等面积准则(EEAC)提供的稳定裕度定义,可以在宏观层面对仿真误差作出定性和定量的判断;极值指标表征了仿真结果中某个变量与参考结果的最大误差;加权均值指标对不同元件的仿真误差加以不同权重,以突出所关注区域或元件仿真结果的准确程度。基于上述评价指标,以山东电网为例,仿真计算并分析了发电机模型、负荷模型以及积分步长对仿真误差的影响,计算结果表明了所提出误差评价指标的有效性。

转速的简化处理对暂态稳定仿真的影响

发电机模型是影响暂态稳定仿真的重要因素之一。应用扩展等面积准则 (EEAC) ,定量地研究了发电机定子电压方程和转矩方程中转速的简化处理对暂态稳定性的影响。结果表明 ,上述简化在采用次暂态发电机模型时可能导致较大偏差 。

考虑频率偏移传播速度各向异性的扰动信息辨识

讨论了基于观测空间的频率偏移传播速度及其计算方法,分析了扰动信息辨识的数学模型的特点,提出一种考虑频率偏移传播速度各向异性的分区扰动辨识方法。该方法将目标电网按地理分区,通过数值仿真提取不同分区的动态频率响应特征,形成目标电网的动态频率响应特征数据库;针对扰动激发的广域动态频率信息,在各分区内进行并行扰动信息辨识,再对结果进行综合得到最终辨识结果。以某电网为例,分析了并行处理的加速比特性,并验证了所提出的分区辨识方法的有效性。