我国电力安全供应保障策略研究

电力事关国计民生、国家安全,在推进碳达峰、碳中和过程中确保电力安全稳定供应是必须审慎面对的重大问题;针对性分析我国电力供应的薄弱环节与面临挑战,构建新时期电力安全供应保障体系,是切实推动电力安全供应保障能力现代化、助力经济社会高质量发展的重要支撑。本文梳理了电力安全供应研究进展,以为开展电力安全供应保障研究提供基础认知;分析了我国电力安全供应现状,研判了“十四五”时期及中长期我国电力安全供应形势;结合近期发生的限电事件,总结了我国电力供应存在的主要问题及挑战。研究提出了保障电力安全供应需采取的坚持安全第一、坚持低碳化路径、坚持市场化改革方向、坚持科技创新核心作用等原则,构建了电力安全供应保障体系的“三步走”发展步骤。为此建议,增强电力供应保障能力、筑牢电力供应安全根基,发挥需求侧关键作用、提升电力供应本质安全水平,构建以数字化技术为支撑的新一代电力安全供应技术体系,完善市场体系和市场机制、形成全员参与的电力安全生态。

多逆变器并网系统开关次谐波改进抑制策略

多逆变器并网在提升可靠性、满足扩容需求的同时,也给电网注入了开关频次的谐波。为此本文提出一种有源滤波与无源滤波相结合的开关次谐波改进抑制策略,该策略中有源滤波由载波移相策略实现,无源滤波由共用元件型LCL滤波器实现,其中滤波器参数由戴维南等效电路角度重新整定以解决多机并联带来的谐振尖峰偏移问题,使其滤波效果与单机逆变系统保持一致,进而从控制精度和经济成本的角度对共用滤波电感和共用滤波电感电容2种拓扑进行对比分析。本文所述改进抑制策略具有所需LCL滤波元件数目少、物理尺寸小,经济成本低;系统谐振尖峰少等优点。最后通过多逆变器并网实验,全面验证了本文所提策略的有效性和实用性。

“双碳”目标下南方区域新型电力系统重点问题研究

随着新型电力系统建设工作的扎实推进,对新型电力系统内涵的认识在不断深化,我国新型电力系统的演进路径日益清晰。该文在全国新型电力系统路径研究的基础上,结合南方区域新型电力系统建设现状、经济社会发展需求和资源禀赋,研判南方区域新型电力系统建设关键边界条件,进而推演南方区域电力低碳转型路径。通过使用覆盖全时间尺度的电力电量平衡技术实现了对南方区域中长期电力系统运行模拟分析,从能源电力供应保障、供需平衡、电网安全和新能源消纳4个维度分析了南方区域新型电力系统演进路径需要重点关注的问题,为南方区域构建新型电力系统提供参考意见。

基于联合加权熵的电网自组织临界状态演化

针对潮流熵和网络拓扑熵在表征电网自组织临界演化水平上的局限性,提出用负载率进行加权的加权潮流熵和用度数大小进行加权的加权网架结构熵,分别表征电网负载率和潮流分布变化、电网度数大小和度数分布变化后电网的自组织临界状态演化水平;结合信息论首次提出联合加权熵,综合反映了电网的网架建设、负载率以及潮流分布对电网自组织临界性的影响,从而从一个全面的角度表征了电网的自组织临界演化水平。结合大停电风险评估指标风险价值和条件风险价值对甘肃电网的自组织临界演化进行了仿真计算,仿真结果证明联合加权熵在表征电网自组织临界演化水平上的全面性和有效性。

复杂电网自组织临界态辨识物理指标研究

在深入研究电网自组织临界特性的基础上,指出网络结构和潮流分布的高度不均衡性是电网进入自组织临界态的两个重要因素。对于网络分布的均衡与否可采用网络拓扑熵刻画;潮流分布的不均衡性可分为由于部分线路负载率偏低而致和由于部分线路负载率偏高而致两类,显然后者才是电网进入自组织临界态的真正因素之一。由于潮流熵概念无法区分这两类完全不同的潮流分布特性,本文提出了一个新的加权潮流熵概念来表征潮流分布的不均衡性。通过对实际电网的仿真分析,表明电网处于自组织临界态时,呈现低网络拓扑熵和高加权潮流熵特性;加权潮流熵与潮流熵相比,能够更好地识别出由于部分线路负载率偏高而致的潮流不均衡性这一关键因素。网络拓扑熵和加权潮流熵两个物理指标的提出能够为复杂电网自组织临界态的辨识与综合评估以及连锁故障的预防控制提供一定的理论支撑。

大规模风电集中接入环境下基于熵理论的电网自组织临界状态演化

大规模风电集中接入电网造成的网架结构密集化和系统潮流复杂多变使得电网自组织临界状态的演化呈现新的特点。提出将网络拓扑熵和潮流熵应用到电网自组织临界状态演化特性研究中,表征风电场规模化集中接入电网环境下的网架结构和潮流分布变化规律。研究表明,大规模风电集中接入后,为外送风电功率建设的输送通道减小了系统的网络拓扑熵;风电接入规模超过当地负荷的吸纳能力时,会增加系统的潮流熵,同时,风电出力的波动也可能急剧增加系统的潮流熵。电网运行状态朝着自组织临界点演化。最后,以甘肃省河西地区酒泉风电基地为例验证了电网自组织临界性状态演化规律的正确性。

含大规模风电集中接入的电网自组织临界态辨识

基于学习向量量化(LVQ)神经网络法,提出了一种含大规模风电集中接入的电网自组织临界态辨识方法。该方法以加权潮流熵、网络拓扑熵和风电波动熵等熵值物理指标为主要输入对象,以停电数据的幂律尾曲线拟合方法生成的数据作为训练样本,采用LVQ1和LVQ2算法对创建的LVQ神经网络进行训练,然后利用经过训练后的网络模型进行含大规模风电集中接入的电网自组织临界态辨识。该方法建立了物理指标与自组织临界态之间的直接联系,避免了采用传统辨识方法多次仿真和较多主观干预的问题。实例仿真结果表明,所提方法能够正确地对电网运行状态进行辨识。

基于加权网络拓扑熵的电网自组织临界状态演化

针对目前电网自组织临界状态演化的研究主要集中于网架结构或运行状态单一因素的情况,总结了两者在决定电网自组织临界演化进程上的区别和联系,并结合实际电网运行状态和网架结构不断变化的特点,以及通讯网中流量和有效性能模型中网络效率的定义,提出节点流量的概念,充分体现和量化了节点在传输电能中发挥的作用;在此基础上,提出用节点流量进行加权的加权网络拓扑熵,不仅能反映节点在各节点度数区间的分布情况,还能定量判断各区间节点的重要程度,其能自动跟踪电网的运行状态和网架结构变化,动态反映电网的自组织临界演化趋势,物理背景更加符合电力系统实际。结合大停电风险评估指标对河西电网的自组织临界演化进行了仿真计算,仿真结果证明加权网络拓扑熵在表征电网自组织临界演化水平上的实时性和全面性。

基于模糊聚类的可调节/可中断负荷辨识

掌握高载能负荷在综合负荷中的结构比例是应用其消纳新能源的基础。将高载能负荷可调节、可中断特性转化为特征参数,应用模糊聚类法求解特征参数的聚类中心,建立负荷特征参数对聚类中心的隶属度与综合负荷中可调节、可中断负荷比例的映射关系,并依据实测负荷特征参数及其对聚类中心的隶属度辨识出可调节、可中断负荷在实测综合负荷中的结构比例。所提的方法可为有效利用高载能负荷的可调节与可中断能力与网-源进行协调控制提供有力的依据。实例仿真验证了所提方法的有效性。

电网运行断面的自组织临界态辨识和量化分析

电力系统自组织临界性表现在电网演化的长期过程和某个静态运行断面的运行过程2个方面。针对电网演化的长期过程进行连锁故障建模研究较为成熟,而针对静态运行断面进行连锁故障建模研究则较少。建立了一个基于去除慢动态过程的OPA模型,用于电网静态运行断面连锁故障的仿真计算。该模型不考虑电力系统的慢动态过程,而是基于某个静态断面进行仿真计算,单次仿真完成后系统重新恢复至原始运行断面,完成多次仿真后得到该运行断面下的大停电负荷损失分布数据。采用极大似然估计法和K-S检验法对大停电分布数据进行负荷损失累积概率分布律参数估计和检验,进而判断该运行断面下电网是否处于自组织临界态。然后针对处于不同自组织临界态的系统,建立了自组织临界态风险评估指标,将自组织临界态风险进行了数值化表征。

含大规模风电接入电网的双时间尺度无功协调控制

大规模风电集中并网已经成为中国风电送出的主要模式,通过配置无功补偿装置,使电网无功电压波动问题得到了大幅改善,但电压波动问题在局部地区仍然存在。文章将无功补偿装置分为离散控制和连续控制两类,针对汇集站电压的长周期大幅度波动分量和短周期小幅度波动分量,提出分别应用离散和连续无功补偿装置在小时级和分钟级时间尺度上进行抑制;在此基础上,提出了两类无功补偿装置滚动协调控制策略。通过对我国某大规模风电集中接入电网进行仿真计算,验证了所提控制策略可有效解决电压波动问题,显著提高了含大规模风电接入电网的电压运行水平。

基于模拟退火?逐步优化算法的多形态高载能负荷协调降损二层优化模型

大规模风电远距离输送及其出力的随机性和波动性对电网损耗产生了显著影响。提出利用容量大、调节能力强的高载能负荷对风电进行响应控制,从而有效降低网损。在此基础上,针对不同形态的高载能负荷在调节周期与调节特性上的差异,以及它们之间的协调配合关系,建立两者协调降损二层优化模型,在上、下层中分别进行不同形态的高载能负荷的优化,两层优化相互制约,交替迭代至最优解。求解二层优化模型时,提出模拟退火?逐步优化算法,克服了现有算法不能同时兼顾全局搜索能力和求解速度的矛盾。甘肃西部电网的实际算例验证了协调降损二层优化模型及模拟退火?逐步优化求解算法的有效性和优越性。

防止风电机组连锁脱网事故的动态无功备用需求分析

对风电机组连锁脱网事故的调查表明,双馈风电机组触发Crowbar保护进入低电压穿越区需要从电网吸取大量的无功,造成风电场电压进一步恶化。文章对大型风电场的无功需求和运行状况进行深入分析,推导出大型风电场的临界运行电压和无功备用容量计算公式,为风电场无功电压协调控制提供理论支撑。采用酒泉风电基地的实际算例进行了仿真分析,结果表明,风电场机组处于鼠笼异步运行状态时需要从电网吸收大量无功,同时风电场周边场站电压下降明显;而当动态无功备用容量达到临界动态无功备用容量及以上时,则能有效地改善风电场相关站点的电压分布。

大规模风电集中接入电网的自组织临界态辨识指标提取

大规模风电接入电网后,极大地改变了电网的网络结构和潮流分布,尤其是其出力大小的波动,直接加剧了电网趋于自组织临界态的进程,电网发生负荷丢失的连锁故障风险随之上升。在深入分析含大规模风电集中接入对电网自组织临界态影响的基础上,提出了风电波动熵概念,以表征大规模风电集中接入对电网自组织临界态的影响。通过仿真分析可知,所提出的风电波动熵指标能够很好地表征含大规模风电集中接入对电网自组织临界态的影响,可作为含大规模风电集中接入的电网自组织临界态辨识的物理指标之一。

基于Matlab的分时电价下企业用电负荷优化调度

针对企业用电负荷优化调度算法计算量大、模型精度不高等问题,该文在建立分时电价下企业用电负荷优化调度模型的基础上,利用Matlab平台的模式搜索法、单纯形法和遗传算法进行了线性规划问题的求解,并对比了3种方法的优劣性。以天津市某企业的用电数据为例,验证了用电负荷优化调度模型的正确性和Matlab求解线性规划算法的优越性。从而将线性规划应用于辅助高耗能企业优化分配资源方面,降低了用电成本,具有较强的实用性。

基于随机化学算法识别连锁故障最小n-k事故集合

电力系统实际运行中常常发生n-k（k重同时故障）事故,严重时可引发连锁故障。针对目前的随机搜索算法在识别最小n-k事故时计算量大,而现有故障筛选方法大多数只针对导致系统失稳的故障的问题,可利用随机化学算法来有效识别最小n-k事故集合,同时获得大量可能引发连锁故障的最小n-k事故集合。与其他搜索算法相比,寻找一个最小n-k事故集合最多只需O（log（n））次仿真。以中国东部某电网为例,仿真试验运用改进的OPA（ORNL—PSerc-Alaska）模型,验证了随机化学算法识别最小n-k事故集合的有效性。此外,随机化学算法可为识别系统脆性线路提供新的思路。

基于改进多元非线性算法的水泥电耗预测建模

针对现有水泥生产电耗预测模型中影响因素多,模型复杂且精度不高的问题,运用主成分分析法得到了四个影响水泥生产电耗的关键因素,有效表征和替代了原始的十一个影响因素,降低了基于原始数据建立的回归预测模型的复杂度。在此基础上提出了基于改进多元非线性算法的水泥电耗预测模型。以平邑中联水泥厂为例验证了模型的正确性,有效提高了预测精度,使电耗预测值与实际值有较高的吻合度。从而可为水泥厂的电耗预测管理提供理论基础。

基于惩罚性变权最优综合评价模型的电磁环网解合环方案分析

针对目前电磁环网解合环方案的综合评价方法主要集中于层次分析法和主成分分析法的现状,首先总结了电磁环网解合环运行的原则及评价指标,结合主成分分析法和多目标决策的思想,提出了常权最优综合评价模型。此模型对各指标进行了商式逆变换和去量纲化处理,避免了主观性和偶然性。在此基础上,结合因素空间的变权理论,提出了惩罚性变权最优综合评价模型,既考虑了权重的作用,也考虑了指标值的作用。通过此模型确定的电网解合环方案,可以对电网解(合)环后的某个指标值过低的情况进行"惩罚",从而可以避免电网某个指标值过低;但是综合评价结果较高的情况,其物理背景更加符合电力系统实际。陕西电网解合环方案的仿真结果证明了惩罚性变权最优综合评价模型在确定电磁环网解合环方案时的有效性和和优越性。

广东电网内外双环网架结构向组团网架结构的转变研究

当前广东电网内外双环网架结构面临交直流交互影响严重、短路电流大范围超标、大面积停电风险防控能力不足三大问题,且难以适应未来电源、负荷发展,亟需改变现有网架结构。结合广东电源、负荷发展的新形势和电网发展的要求,提出远景网架结构方案的构网思路和构网方案,各方案在代价合理的基础上,满足远景目标年广东电网负荷供应和电力平衡,且与能源资源分布、行政区划特征相协调,基本解决了广东电网面临的三大安全稳定风险。对不同的组团网架结构构网方案进行技术优劣性、经济性、适应性、可行性的综合比较,结果表明,东西+南北组团异步互联方案是一个较优的选择,但分区和异步的时机需要进一步深化研究。

基于临界慢化理论的电力系统自组织临界影响因素阈值计算方法

众多复杂系统在临界相变的临界点附近存在临界慢化现象。针对目前大多数理论确定电力系统自组织临界点的算法复杂、计算时间长或无法提供实际应用中最为关心的判别"阈值"信息的现状,将临界慢化理论用于确定电力系统自组织临界点,并基于Mann-Kendall检验方法确定自组织临界影响因素的临界阈值,方法简单、易于实现。CEPRI 36节点系统和甘肃酒泉实例系统的仿真分析结果与滑动T-检验、负荷损失柱状图、幂律尾分布K-S检验证明了以上计算方法的正确性和高效性,从而可为实时预防电力系统大停电并提前做出针对性的预防控制提供理论基础和技术依据。