基于电子式电压互感器边界特性分析的35 kV配网输电线路单端暂态量保护方案及其整定

随着分布式电源广泛接入配电网,传统三段式电流保护方案的性能严重劣化。单端暂态量边界保护由于具备不依赖电源特性等突出优势,有望成为改善主动配电网保护配置性能的有效方案,但其需依附于线路边界强健的滤波作用。为此,该文研究发现,可利用智能变电站和智能开闭所中电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与其余设备杂散电容共同作为线路边界,其优异的高频滤波作用能够为暂态量保护方案的设计奠定基础;其次,利用区内外故障时电压行波高频频带能量差异构造保护判据,并基于整定门槛与动作时序的合理配合形成单端暂态量阶段式保护方案;最后,基于PSCAD仿真平台验证所提方案的有效性、灵敏性与可靠性,其可与电流保护方案协同互济以强化主动配电网继电保护方案的动作性能。

计及故障维修与网络重构的灾后配电网综合调度策略

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶段求解故障维修计划及网络重构问题,第二阶段解决移动式储能系统参与下的灾后配电网源荷协同调度问题。其次,构建移动式储能系统与维修人员的调度模型,量化分析移动式储能系统时空转移模型及能量模型,同时基于维修人员的时空转移特性,建立故障维修及网络重构模型。在此基础上,以恢复运行成本最小化为目标,分别采用离散鲁棒与连续鲁棒处理故障维修时间与新能源出力的不确定性,构建灾后配电网综合调度模型。最后,采用改进IEEE 33节点配电网进行仿真测试。结果表明,所提调度策略能够显著降低负荷失电率,减少停电损失。此外,两阶段算法在显著提升求解速度的同时能够保证求解精度,具有可行性和合理性。

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法

短路电流超标校验中,针对现有技术在临界超标场景下存在计算精度不足、易误判的缺陷,提出一种基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法。首先,在短路电流领域首次采用生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN)产生与蒙特卡洛模拟具有相同效力的大量样本,再筛选其中的临界超标样本;其次,设计了一种临界超标占比高、非临界超标占比低的新型样本构成方式,据此融合GAN生成临界超标样本与蒙特卡洛仿真样本以形成数据驱动样本集;继而,采用数据驱动的代表性回归算法LightGBM开展短路电流超标校验;最后,仿真结果表明所提方法能有效提高短路电流超标的校验准确度,相比其他物理计算方法和数据驱动方法具有更高效率和计算精度,以及更快的计算速度。

基于储能船舶的海岛群电-氢混合能量调度策略

海岛/海上新能源的开发面临着电能送出难的问题。对于尚未通过海底电缆互联的海岛电网而言,富余新能源的制氢外送和电池外送模式各具优缺点。为结合2种外送模式的优点,提出了一种基于储能船舶的近海海岛群电-氢混合传输模式。首先,提出了基于储能船舶的海岛群能量互联共享模式,以电池包和储氢罐为载体,实现能量的灵活转化和在岛屿之间的灵活转移;其次,构建了电能-氢能转换效率的数学分析模型,并在综合考虑电池损耗和制氢效率的基础上,探讨了富余新能源在制氢与电池存储之间的最优功率分配机制,以厘清在不同新能源出力场景下2种外送模式的优劣;然后,通过搭建氢能储运成本分析模型,研究了压强、体积等压缩储氢关键参数与经济成本的关系,并提出了相应的电-氢混合输送日运行调度优化模型;最后,基于珠海市某群岛实际地理数据开展仿真分析,结果验证了所提方法的可行性和有效性。

一种基于自适应电压限值的换相失败抑制策略

为有效抑制高压直流输电系统在不同故障程度下的换相失败,提出了一种基于自适应电压限值的改进低压限流控制器(voltage dependent current order limiter,VDCOL)设计方案。首先,详细分析了包含传统VDCOL的直流输电系统在换相失败及恢复期间的运行特性,并提出VDCOL曲线在不同时间段下应具备的动态性能。然后,引入直流电流这一反映故障特性的时变电气量优化传统VDCOL的直流电压上下限值,从而在不同时间段自适应改变电流指令启动电压阈值与电压-电流指令变化趋势,以满足输电系统换相失败及恢复期间的有功与无功需求。同时考虑到VDCOL电压上下限值的过度变化会恶化系统运行特性,对其范围的设置进行了解析和合理选取。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提方法进行仿真测试。结果表明,所提出的改进控制策略能在一定程度上抑制直流输电系统的连续换相失败,同时有效地改善换相失败各阶段直流输电系统的运行特性。

公共阻抗突变及变流器本地负载接入下储能单元荷电状态均衡研究

孤岛直流微电网常配备储能系统以消除分布式能源随机出力和负荷波动带来的不平衡功率。在线路阻抗不匹配场景下,公共负载阻抗的突变以及储能变流器本地负载的接入都会影响储能单元暂态均流精度,进而降低荷电状态(state of charge,SOC)均衡水平。该文通过关联储能单元输出电流与荷电状态信息,根据系统运行状态自适应分配二者在下垂系数中的权重。基于上述策略,储能单元在稳态运行与暂态突变期间,其下垂系数分别跟随荷电状态差值及电流差值,从而迅速调节自身外特性阻抗,保证均流效果及荷电状态均衡。同时,采用电压恢复策略消除下垂控制带来的电压偏移。考虑到下垂控制对系统的稳定性有影响,文中给出系统控制结构图和用于分析系统稳定性的特征方程,结合劳斯稳定判据验证了系统的稳定性。最后通过Matlab/simulink仿真对比验证所提策略的正确性和有效性。

计及碳排放权交易的光热电站市场竞价策略研究

“碳中和·碳达峰”目标的提出加快了我国碳排放权交易市场(简称“碳市场”)的建设与发展。对于光热电站而言,在电力市场与碳市场中制定合理竞价的策略对于保障其自身投资回报至关重要。为此,提出了一种计及碳排放权交易的光热电站市场竞价策略。首先,分析了光热电站在电力市场与碳市场中的交易流程与框架,以及参与多市场的博弈均衡性。其次,计及新能源出力不确定性,提出了光热电站参与电力市场与碳市场的双层鲁棒优化模型。其中上层为光热电站竞价决策模型,下层为电力市场与碳市场出清模型。然后,针对这一非线性、多目标、多层规划问题,基于KKT条件和博弈均衡分析,将双层模型转换为单层模型。并基于强对偶理论和二进制扩展方法对模型中的非线性项线性化,以实现模型高效求解。最后,以典型光热电站为例进行了数值仿真,验证了所提竞价策略的合理性与优越性。

面向含不可测分支配电线路不对称故障可靠辨识的负序电流比相保护判据

城市配电网的主动配电网特征日趋显著,含不可测分支结构的馈电线路大量增加。受上述特点影响,单端量保护性能显著降低。因此,对于特别重要的线路,亟待双端量保护来保证故障切除的可靠性和灵敏性。但是,分支电流的差动特性导致相量差动保护从原理上即不适用,而纵联距离保护和方向比较式纵联保护由于需要电压信息,在仅配置电流互感器的线路不具备实施条件。此外,电压和分支两因素的叠加使得上述保护的动作行为分析尤为困难。因此,有必要寻找新型纵联保护判据。该文充分考虑不可测分支的影响,提出了仅利用负序电流相位差这一不对称故障期间始终存在的故障分量来反映故障的思路,并构建了一种适用于这类配电网线路的负序电流比相判据。与现有含分支的幅值差动类保护相比,所提判据在安全性方面具有优势。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV配电网模型,设计多组仿真算例,对比验证了所提判据的有效性。

网侧电压跌落下计及无功支撑效能的直流微电网多目标优化策略

当直流微网的并网点电压由于网侧故障等因素发生短时跌落时,并网换流站通常采取最低限度的无功输出策略,以尽量保留直流微网安全运行所需的有功调节裕度。然而,大量案例表明,上述策略过于偏重换流站有功调节裕度对直流微网自身安稳的影响,而忽视了主动无功支撑对交流电网安稳的积极意义。为了获得更为合理的换流站有功-无功分配方式及对应微网控制策略,首先,构建网侧电压跌落期间换流站有功安全裕度-无功支撑效能的量化评估模型。随后,通过分析系统层面的有功平衡与直流电压波动转换关系,以及元件层面的微网内部各元件短时工作限制,获得直流微网在有功调节和无功支撑过程中的动态约束条件。在此基础上,基于INSGA2-DS算法以统筹优化换流站的无功支撑效能与有功安全裕度。考虑到在线应用场景下INSGA2-DS算法的求解时间较长,难以适配电压跌落的时间尺度,提出了“准同步计算,实时匹配”的时序优化策略。针对分布式电源的波动性对准同步计算时效性的负面影响,同步设计一种帕累托曲线映射规则以修正前沿曲线偏差。最后,大量算例仿真验证了所提模型和策略能够获得的有效性。

基于控保结合的适配孤岛场景单相接地故障的新型距离保护方案

受逆变电源在故障期间控制策略的影响,在孤岛场景下,适用于传统同步机电网中的现有提高距离保护抗过渡电阻能力方案的性能被劣化。该文首先介绍孤岛场景下逆变电源的工作模式和故障期间的传统控制策略,在此基础上,提出一种新型负序电压抑制策略。该控制策略与传统负序电流抑制策略相结合,实现在故障期间新能源场站侧负序支路的开路和储能侧母线端负序支路的短路;进一步,基于复合序网中的负序网络,推导单相接地故障下故障距离的求解方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该方案具有较高的故障距离测量精度,可提升距离保护在单相接地故障下的抗过渡电阻能力。

基于波形相似度特征的多端柔直电网故障自适应重合闸方案

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题,当前已有一系列基于单端量的重合闸原理,但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外,有些保护方案在注入判别信号时还存在需要增设附加装置或辅助控制方式的缺点。为此,尝试通过双端量通信的方式解决上述问题。首先,分析了瞬时性故障与永久性故障下的对侧线模行波的故障特点;随后,结合不同故障性质的特点得出了对侧线模电流推演值与测量值间波形相似度的差异性,并提出一种基于Hausdorff距离算法的相似度差异性量化方法;得益于双端量判别方式对注入信号形态的要求较单端方式大为降低,提出了一种无需增设附加装置或辅助控制的直流断路器(DCCB)注入信号生成方式;最后,形成了一种基于波形相似度特征匹配的自适应重合闸方案。仿真结果表明所提重合闸判据有效保护范围可覆盖线路全长、有较高耐受过渡电阻能力、并具有良好的适用性。

波浪能液压发电系统灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度

当前,波浪能液压发电系统一般采用最大效率转化的控制策略,然而由于波浪能装置的间歇式出力特性,直接通过电池消纳会导致电池容量损耗进一步增大。在这种背景下,是否追求波浪能的最大效率转化值得商榷。为此,该文针对波浪能灵活接入的孤岛微电网系统,深入分析波浪能装置的工作原理,搭建波浪能液压系统的数学模型;在此基础上,以调度周期内的经济性最优为目标,综合考虑电池容量损耗和寿命损耗的影响,建立波浪能灵活接入下的孤岛微电网细粒化调度模型。仿真结果表明,相对于常规的孤岛微电网调度策略而言,在不同的波浪能出力场景下,该文所提的方案具有更优的经济性,为含波浪能的孤岛微电网经济运行策略提供了一个新的思路。

基于气网-水网协同的多时间尺度氢供应链优化

在现有的基础设施及市场需求量背景下,氢气通过天然气掺氢管道输送为主、移动式储氢输送为辅是较好的选择。建立考虑气体组分与流量变化关系的动态模型,分析混氢天然气输送的动态特性;构建储氢罐的水网航运模型,即各港口之间的内河运输通过船舶实现规模化运氢;提出基于气网-水网协同的多时间尺度滚动优化策略,对不同时间维度下的负荷需求波动进行精细化调度与平抑,同时降低运行成本。仿真算例结果验证了所提模型的有效性和合理性。

计及风光相位特性和机-网间元件的短路电流计算方法

以风电和光伏为代表的新能源机组大量接入电网使得短路电流的精确计算校核变得困难。针对最新研究中构建新能源并网点短路电流映射模型时,未考虑相位映射及未计及箱变、集电线路、主变及送出线路等机端到并网点间电气元件(机-网间元件)影响的理论缺陷,文中提出一种计及新能源相位特性和机-网间元件影响的改进工程化电网短路电流计算方法。首先,结合国家运行规程对新能源机端电压-短路电流相位映射进行有补充意义的理论建模。其次,对该模型进行工程化处理,并提出一种将所得映射逆推至并网点的迭代计算方法。继而,将工程化后的并网点短路电流幅相映射模型应用到现有局部迭代计算中,得到改进的计算方法。最后,在PSCAD仿真软件中搭建新能源并网模型,验证了新能源机端电压-短路电流理论幅相映射的准确性、机端映射模型逆推至并网点的迭代计算理论有效性;在此基础上,在IEEE 39节点系统中对所得映射模型进行实验验证。结果表明所提改进计算方法能在一定程度上提升短路电流计算精度。

考虑可转移负荷效率的风/光/柴/蓄孤岛微网日运行能量控制优化策略

大型负荷尤其是可转移负荷的效率–功率特性常常被忽视,因此考虑风/光/柴/蓄微网系统的运行调度是不经济的。该文提出一种考虑可转移负荷效率的风/光/柴/蓄微网能量控制优化策略。首先以典型的可转移负荷——反渗透型制淡设备为例,建立包含设备工作全程的淡水输入–产出模型,实时计算其功率–效率特性曲线。在考虑制淡设备功率特性、蓄电池寿命（使用成本）、柴油机工作效率等因素的基础上,以燃料及蓄电池使用成本最少为目标,提出一种风/光/柴/蓄微网系统的日运行能量控制优化策略。通过与两种典型微网能量控制方案进行比较,仿真结果验证在包含可转移负荷的微网场景中,针对各种可能的储能设备和燃料的使用成本组合,在淡水需求量一定时,所提策略均具有较好的成本优势,为包含可转移负荷的微网经济运行策略制定提供了全新的视角。

考虑制氢设备效率特性的煤风氢能源网调度优化策略

风电的反调峰特性导致在调度过程中机组压力大、存在严重的弃风现象,建设大型可转移新能源消纳设备是一个可能的解决思路。该文提出了将大型新能源消纳设备的负荷特性纳入考量的煤风氢能源网综合调度优化策略。首先建立了典型新能源消纳设备——电解水制氢设备的产出模型,研究其在不同运行功率下的效率–功率特性关系。在此基础上,以产出电力与氢气的复合煤风氢能源网整体利益最大化为目标对网内常规机组、风电及制氢设备进行短期调度经济性优化。仿真结果表明,依据消纳设备效率特性关系可制定出更为精准、灵活、经济的调度运行策略,在保证煤风氢能源网风电消纳能力的同时,提高了常规机组和消纳设备的运行经济性。该文为含风电场、制氢设备的煤风氢能源网的经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

基于建筑相变材料储能的微网综合能源消纳系统

为解决微网大容量、长时间尺度储能问题,提出一种新型的微网综合能源消纳系统,该系统利用集成于居民建筑内部的相变材料墙体储冷储热,在功能上取代空调的同时,实现微网富余能源消纳与削峰填谷功能。建立电气–热力联合模型,以购电费用最小化为原则,优化消纳系统的储能控制策略,并分析校验室内温度舒适性、微网–大电网交换功率与储能设备成本/收益等指标,指出利用建筑相变材料储能具有工程上和经济上的可行性。研究结果为长时间尺度下的微网综合能源消纳问题的解决提供参考。

一种电网多主体场景下的制氢装置新运营模式及其调度策略

在现有市场环境下,为实现风电消纳与并网功率平滑,由单一主体投资建设的昂贵大型制氢装置可能面临设备利用率低、运营亏损的困局。为此,该文设计了一种多主体合资以实现装置产能多方共享的大型制氢装置投资–运营模式,并基于典型Shapley值法进行该模式下的运营成本核算、投资成本分摊以及利润分配。在该运营模式基础上,提出旨在实现帕累托改进的含制氢装置多主体电网的日运行调度优化策略。理论分析和仿真结果表明,通过在多个主体间共享制氢装置生产能力,分担高昂折旧费用带来的运行成本压力,可以显著改善制氢装置的经济性,避免出现“谁建谁亏”的困境,实现多方共赢。该运营模式和优化策略为未来具备全网公益属性的大型新能源消纳设备的建设和运行方式的选择提供了一个新的视角。

基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算

渗透率估算可以为石油地质岩心储层渗流能力分析提供数据支撑,为提高石油地质岩心储层的渗流能力,提出了基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算方法。根据油在两相共渗区的渗透率与水在两相共渗区的渗透率之比,引入Buckley-Leverett方程,计算岩心储层水驱油的分流率,利用X-CT扫描技术,扫描石油地质岩心的分布情况,计算出岩心储层含水饱和度。基于渗透区在井眼与地层之间出现的流体流动现象,计算出岩心储层中泥浆的体积模量和地层的剪切模量,利用斯通利波时差实测值与弹性斯通利波时差之间的差值,计算流体移动指数。根据等效孔隙度与流体移动指数之间的相关性和等效孔隙度与渗透率的相关性,估算出石油地质岩心储层的渗透率。实验结果表明该方法的估算精度可达到90%以上,对估算石油地质岩心储层渗透率具有重要意义。