压缩感知和图卷积神经网络相结合的宽频振荡扰动源定位方法

新能源并网引发的宽频振荡严重威胁电网安全,实现宽频振荡源的在线定位并及时采取抑制措施以保证系统安全稳定尤为必要。为此,提出一种压缩采样和图卷积神经网络相结合的宽频振荡源定位方法,该方法首先在子站对时序的振荡信号进行稀疏采样,获得其低维观测序列,作为节点的时序信息,然后在主站融合系统的拓扑结构捕捉各节点的邻接关系,综合考虑系统振荡的时空特性,运用图卷积神经网络实现振荡源定位。最后利用宽频振荡样本集进行仿真验证,结果表明所提方法在量测数据含有噪声、传输数据缺失以及传输数据偏差的情况下都有较高的定位准确度。

电力系统暂态电压稳定评估的混合智能特征双重筛选方法

含高比例新能源与直流接入的电力系统暂态电压稳定特征呈高维冗余性,影响基于数据驱动评估模型的效率和性能。为此,在构建一组适应含高比例新能源和直流接入场景的完备特征集合基础上,提出一种基于改进Relief算法和改进群智能优化算法双重筛选的混合智能特征选择方法,以降低原始特征维度,提高模型稳定评估的效率和准确率。首先,通过时序分层处理对原始Relief算法进行时序改进,并利用该改进算法进行特征的有效性度量,以消除分类低效特征,得到降维后的初筛特征子集;随后,融合特征有效性度量值对群智能优化算法进行搜索性能增强。再以此增强算法为寻优策略,并以时序分类模型卷积门控循环单元(convolution gated recurrent unit,ConvGRU)为分类器,构成基于群智能优化算法的封装式特征选择方案,进一步实现特征子集寻优。最后,通过算例对比分析,该方法下高维特征维度能压缩80%以上,且所选特征子集能有效提高评估模型的准确率,验证该方法对于高维时序特征筛选处理的有效性及必要性。

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

保持主导振荡模态的双馈风电场动态聚合等值方法

针对风电场详细建模出现的“维数灾”问题,计及双馈风电机组各控制环节与系统振荡模态的关系,以保持等值前后主导振荡模态一致为目标,提出考虑风电机组多时间尺度级联特性的风电场站等值聚合方法。首先考虑风电机组多控制环节级联建立风电场状态空间模型;其次,利用振荡能量级判别系统主导振荡模态,并基于参与因子分析不同模态的关键影响因素;在此基础上,以主导振荡模态的关键影响因素为分群指标,结合自编码器进行数据降维处理,经改进聚合算法聚类和拓扑变换获取等值参数等环节后得到等值模型。最后,在Matlab平台分别搭建单机模型和含24台双馈风电机组的风电场模型,验证了所提等值方法的有效性。

面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。

基于变分模态分解的卷积长短时记忆网络短期电力负荷预测方法

电力负荷序列易受多重外部因素影响而呈现复杂性,不利于精准预测。为此,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的卷积神经网络和长短期记忆网络(convolutional neural network and long short-term memory network,CNN-LSTM)相结合的短期电力负荷并行预测方法。先采用VMD将负荷数据分解为规律性强的各本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)及残差;再将各分量分别输入到各自对应的CNN-LSTM混合预测网络,获得各初始预测值,并将该值与由气候、日期类型等组合得到的相关因素特征集相结合,进一步得出修正预测值;最终,叠加各分量修正预测值即得到完整预测结果。在实际负荷数据上做验证分析,结果表明,考虑相关外部因素特征集后日负荷预测平均相对误差均值可降低2.18%。与几种常规负荷预测方法进行效果对比,验证了该方法的有效性和可行性。

基于改进极模变换的柔性直流输电系统断线故障分析与辨识

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故障下的等效电路。然后,通过改进极模变换矩阵推导其在不同故障类型下的复合模量等值网络,分析不同断线故障的模量特征;在此基础上,利用2模和0模电流的变化量构建断线故障类型识别的相平面,实现断线故障的分类;同时,提出基于1模电流变化量的区内外断线故障辨识流程。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,验证了所提保护方法的快速性和可靠性。

交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

风储联合系统主动参与电网一次调频的协调控制策略

通过风储联合系统的协调控制增强风电并网系统的转动惯量水平是增强系统频率稳定的重要手段。现有风储联合系统协调控制中风电与储能的控制相对独立,两者的耦合集成度较低,难以充分发挥风电和储能对频率扰动的响应和调节能力。对此,本文提出基于线性二次型调节器(LQR)的风储联合系统协调控制策略。该策略以双馈风机输出频率和风储联合系统总输出功率为储能的控制输入,以提升系统的阻尼和稳定性,并增强系统的频率响应调节能力。首先,根据系统的状态方程建立双馈风机和风储联合系统的小信号稳定模型,分析协调控制对风储联合系统的阻尼比的提升作用;其次,由具有扰动抑制能力的LQR方法确定协调控制的控制参数;在此基础上,根据转子动能确定储能功率容量;最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建风储联合系统并网模型,验证了本文所提策略的有效性和优越性。

基于压缩感知与ISTA的宽频振荡扰动源分级定位方法

“双高”电力系统发展趋势下宽频振荡问题日益凸显,电力电子设备与电网相互作用呈强时变性与非线性,导致准确的振荡扰动源定位难以实现。为此,提出基于压缩感知与软阈值迭代算法(iterative shrinkage-thresholding algorithm,ISTA)的广域系统振荡扰动源分级定位方法。首先,采取Shapelet算法构建以时序信号为输入的定位启动判据,并生成测量矩阵同步压缩振荡信号。然后,主站根据判据结果,基于振荡压缩信号定位扰动区域。最后,利用ISTA网络复原原始振荡信号,实现振荡源精确定位。应用所提方法于含风电场的四机两区域系统扰动源定位任务,结果证明此方法可突破奈奎斯特采样定理限制,且在低计算需求状况下实现高准确度扰动源定位。

交直流电网宽频振荡产生、辨识及抑制研究综述

电力电子设备和新能源的大规模接入导致电网结构及动态特性发生显著变化,由电力电子设备与电网交互引发的宽频振荡问题愈发突出。为此,首先阐述了宽频振荡的现象、特征及分析方法,总结了不同分析方法的优点和局限性;其次从宽频振荡的产生机理、辨识及抑制3方面对现有研究进行梳理,归纳了影响交直流电网宽频振荡的关键影响因素;在此基础上,分析了新能源经交流或直流送出场景的宽频振荡产生机理;然后,根据振荡数据的来源(子站和主站)阐述了不同模态参数辨识方法,并从适用性角度分析了现有辨识方法的区别和特点;根据抑制装置安装地点的不同(源侧和网侧)总结了宽频振荡抑制措施的研究现状。最后,从设备动态建模与振荡形成机制、宽频振荡在线检测与辨识、自适应容错与抑制等方面进行展望。

风电电压主动支撑技术现状与发展趋势

含风电场电力系统的无功和电压波动特性复杂,且风机对电网电压的敏感性使其发生大规模连锁脱网的概率显著增加,对系统安全稳定造成严重威胁。风电电压主动支撑技术可提高场站对电网电压的支撑能力,减少电压扰动对风电及其接入系统的影响,是构建新型电力系统的关键技术之一。该文首先梳理了国内外风电并网规范要求,总结了风电电压主动支撑的概念及特点;其次针对几种典型的稳态电压主动支撑技术,从机组性能、控制能力、运行差异及协调配合等方面进行综述;在此基础上,阐述了应对电网电压骤降、送端电压骤升及电压连续骤变的主动支撑技术;最后,对风电电压主动支撑技术的发展趋势及后续研究方向进行了展望。

基于同步相量数据的次同步振荡检测与模态参数辨识方法

新能源集中并网已引发了多起次同步振荡(sub-synchronousoscillation,SSO)事故,严重威胁电力系统安全稳定。为对SSO进行实时预警与分析,提出一种基于同步相量数据的SSO检测与模态参数辨识方法。首先,推导SSO与同步相量中SSO分量实部、虚部的对应关系,在此基础上,选取同步相量实部作为特征量;其后,分析了SSO振荡特性变化时,同步相量中SSO分量的表现形式,并引入变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)与希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)对同步相量中SSO分量进行模态参数辨识,进而根据对应关系实现SSO模态参数的准确辨识。最后,利用同步相量中SSO分量瞬时幅值的差分来检测SSO振荡特性是否变化,并通过合成信号、电磁暂态仿真数据与实测数据对所提方法的有效性进行验证,该方法的理论成果有望在未来为SSO的实时预警,辅助决策提供技术支撑。

基于故障电流预测的柔性直流电网自适应限流策略

故障限流是保证柔性直流电网安全运行的关键技术。然而,现有基于故障限流器(FCL)的限流策略未考虑与故障严重程度的匹配,增加了FCL在轻微故障下非必要启动的次数及保护拒动的风险。针对上述问题,提出一种基于人工神经网络(ANN)预测故障电流的柔性直流电网自适应限流策略。该策略能在线评估故障严重程度并据此灵活选择加速投入、正常投入或不投入FCL,提升了FCL的限流效率。首先,分析了自适应限流及故障在线预测的必要性,并阐述了基于ANN预测故障电流的流程。在此基础上,结合差模电流积分比和故障电流瞬时值形成故障严重程度分级指标,并基于故障电流及其预测值在线评估故障严重程度。针对极严重故障、严重故障、轻微故障及区外故障分别采取相应时序的限流策略,进而形成匹配故障严重程度的柔性直流电网自适应限流策略,在避免FCL非必要启动的同时降低直流断路器开断容量需求。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了四端柔性直流电网仿真模型,以直流断路器开断电流为评估指标,对比验证了所提自适应限流策略在各故障工况下的灵敏性和有效性。

基于Sobol方法阻抗灵敏度分析的双馈风机系统次同步振荡参数协调优化

针对经串补并网双馈风机系统次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)存在多控制环节参与、多参数耦合难以分析的问题,提出基于Sobol方法的双馈风机阻抗灵敏度分析及参数协调优化方法。首先,根据电压空间矢量阻抗法建立双馈感应发电机与转子侧换流器(rotor-side converter,RSC)数学模型,推导包含转子侧控制环节的双馈风机系统等效阻抗解析表达式;其次,利用Sobol方法进行阻抗灵敏度分析,量化各参数的影响,并计算评价各参数间耦合关系的量化指标;然后,得到考虑多影响因素的参数联合调整稳定域,提出了多参数的协调优化策略;最后,在MATLAB/Simulink搭建了双馈风机经串补并网的仿真模型,验证了联合参数调整稳定域以及协调优化策略的正确性。

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中,光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡,因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先,采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型,并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后,基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标,评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度,获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析,提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域,有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度,提高了系统稳定性。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。

基于图注意力网络的风电场汇集并网系统次同步振荡预警方法

大规模双馈风电场经串补并网系统易产生次同步振荡,若无法及时发现振荡现象并准确告警,将严重威胁系统安全稳定运行。次同步振荡预警是依据电力系统在线量测数据,判断系统振荡稳定性,为调度人员提供实时可靠的预警信息。针对现有次同步振荡在线监测无法实现事前预警的问题,提出一种基于图注意力网络(graph attention network,GAT)的次同步振荡预警方法。首先,分别从风电场侧和电网侧筛选次同步振荡关键影响因素,以减少输入特征信息的冗余;其次,基于多头注意力机制构建多头图注意力网络,考虑不同风电场间以及风电场与电网之间耦合影响的差异,实现不同风电场之间的次同步振荡特征聚合;最后,在搭建的多风电场汇集并网系统上进行次同步振荡稳定性预警,验证了所提方法的准确性和抗干扰性。

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足.为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略.分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节.基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性.

考虑水光互补系统参与电力辅助服务的短期优化调度

梯级水电站与光伏进行互补对平抑光伏波动、提高光伏消纳具有重要意义。为此,首先从发电功率波动最小和发电经济效益最大2个目标函数出发,考虑水光互补系统参与电网有功平衡辅助服务,通过整定水光互补系统出力设计值,使其日内出力趋势能在一定范围内跟随电网负荷的波动,建立梯级水光互补系统短期多目标优化调度模型。其次计及梯级水电站水量约束和光伏电站的晴、阴、雨3种典型日发电特性,采用基于分解的多目标进化算法进行求解。最后对3种典型场景下的梯级水光互补系统的日内优化调度进行验证和分析。实验结果表明梯级水光互补系统可有效平抑光伏发电的间歇性、波动性,并且互补系统出力能及时在电网负荷高峰时段做出相应调整;梯级水光互补系统优化调度方案兼顾了功率波动性和发电经济效益。

适用于直流电网的分区保护策略

利用直流断路器进行故障清除是目前直流电网主流保护方案,但高压直流断路器价格昂贵,直流线路均配置直流断路器的保护成本高。首先提出了一种适用于未来大规模直流电网的分区保护策略,以最小直流断路器使用数量为目标,兼顾系统供电可靠性。其次定性分析了采取分区保护策略所引起的部分功率中断对系统的影响,综合考虑了因故障直流区域功率中断产生的不平衡功率、控制方式、换流器类型等因素,制定了直流电网分区的基本原则。然后,根据直流断路器、换流器、DC/DC变换器、交流断路器、快速隔离开关等故障清除元件的特性,制定了详细的时序配合策略。最后,通过在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建7端直流电网,仿真验证了所提直流电网分区保护策略与相应时序配合策略的正确性。