考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。

考虑PMU数据质量问题的电力系统扰动检测方法

快速准确的电力系统扰动检测能够为后续扰动分析提供有效的指导信息,而广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的广泛应用为扰动检测提供了有力的数据基础。基于PMU量测数据,该文提出一种考虑PMU不良数据的扰动事件检测方法。首先分析PMU异常数据行为特性,揭示扰动事件与不良数据的差异性特征。进一步,提出一种基于差分Teager-Kaiser能量算子与3Sigma准则相结合的PMU异常数据初筛方法,避免了低强度扰动漏检和扰动的重复检测问题。接着,利用动态时间规整和最大互信息系数分别计算不同PMU间的时空相似性,以及同一台PMU内不同量测间的相关性,并以此作为表征扰动事件和不良数据差异的特征。最后,通过局部离群概率算法对得到的综合度量指标进行分析,可实现在含有不良数据场景下的扰动事件准确检测。基于IEEE39系统,实际电网模型以及PMU实测数据,验证所提方法具有较好准确性、实时性以及泛化能力。

风光电源故障暂态解析及实用化短路电流峰值计算

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进行故障暂态解析,继而构建形式简洁实用的短路电流峰值表达式。对于光伏电源及永磁同步风机,在恒功率控制阶段建立了基于故障期间电源出力变化的暂态短路电流计算模型;在限幅控制阶段通过分析阻尼比系数,得到短路电流峰值的实用化表达式。对于双馈感应风机,通过分析其故障后定转子磁链的耦合关系,得到Crowbar电阻投入阶段短路电流的简化条件,进而求解出短路电流峰值表达式。最后通过录波数据与仿真数据验证了理论的可行性和正确性。

融合同步发电机动态状态估计的电力系统状态估计

当电力系统遭受某种较大扰动时,其安全稳定将受到威胁。为实现对整个系统受扰后机电暂态过程的完整跟踪,提出一种新的融合同步发电机动态状态估计(dynamic state estimation of synchronous generator,DSE-SG)的电力系统状态估计(state estimation of power system,SE-PS),研究该如何将DSE-SG的结果进一步应用于系统侧SE-PS中去,以实现全系统动、静态状态量的统一估计。首先,围绕全电力系统机电暂态DSE的求解方式,论述了完全联立的不可行性、解耦估计的实现条件以及复耦估计的必要性与意义;其次,在梳理DSE-SG与SE-PS概念、数学模型的基础上,厘清了所涉变量、方程组的地位、作用、关系及数据流程,为复耦媒介量的选取及接口方式的确定奠定了理论基础,形成了复耦估计的实现构思;进一步,提出两种不同的接口方式,详细给出其各自具体的实现方法及流程;最后,将所提方法在IEEE9节点系统中予以实现,结果表明该方法可良好跟踪全电力系统机电暂态过程,实现动、静态状态量的统一估计,较未融合DSE-SG结果的传统SE-PS精度更高,滤波效果更显著。

电力系统状态估计精度综合评价与分析体系

针对实际电力系统中真值未知的情况下如何对状态估计结果的精度进行科学合理评价的问题,建立了集实时量测、影响因素、潮流约束三维一体的状态估计精度综合评价与分析体系,分别从自身、因果、空间3个维度来评价与分析状态估计结果的精度。首先,阐述了3个维度各自的不足及其相互关系,以诠释该体系建立的原因。其次,针对各个维度分别展开具体论述,分别建立了以实时量测为基准的整体性指标、以影响因素为基础的综合性指标以及以潮流约束满足度为佐证的辅助性指标。然后,给出各指标得分及权重量化求解方法,结合指标权重得到总得分。最后,将所提状态估计精度综合评价与分析体系应用于IEEE-9节点系统中,仿真结果表明了所提评价体系的有效性及优越性。该评价体系能够有效避免出现如单一指标得分高而精度差的情形,且结合影响因素分指标,便于指出状态估计结果产生的原因。

基于故障电荷量比较和证据理论的输电网广域保护算法

为了降低广域保护信息传输的通信量,并提高在信息丢失和错误较多情况下算法的容错性,该文提出了一种基于故障电荷量比较和改进证据理论融合的广域保护算法。该方法电气量信息采用故障电荷量比较,通过就地积分保留两侧故障电流的正负特征;开关量信息仅使用距离保护Ⅱ、Ⅲ段启动信息,将故障关联系数和门槛值进行比较,并综合考虑所有正方向邻线对本线路的基本概率分配,最后利用改进的证据理论进行融合判断,从而可靠识别出故障线路。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法所需通信量少,且在复杂工况、多位信息丢失和错误情况下仍能够准确识别故障线路。

接入换流站的新能源交流汇集系统低电压穿越方法

当接入换流站的新能源交流汇集系统发生故障时,线路双端电力电子装置交互影响可能导致设备低电压穿越失败。为解决上述问题,针对线路两端为不同类型电力电子装置的汇集系统,在考虑不同线路控制环节耦合及其输出功率叠加特性的基础上,对系统故障特性进行了分析,剖析了换流站的过流机理,进而提出基于分段降压控制的低电压穿越方法;通过对换流站故障后的输出电流进行分区划分,利用区间阈值构成判据,实现降压幅度的动态自适应选取,同时整定了以交流电流为特征的低穿边界条件,最终解决了低穿期间换流站过流闭锁的问题。在PSCAD中搭建了接入换流站的新能源交流汇集系统的精细化模型,仿真验证了所提控制方法的有效性。

增强型三复带通滤波器频率测量方法

快速准确的同步测量数据是实现电力系统闭环控制的基础,短时间窗频率测量是缩短同步测量装置上传延时的关键。然而,现有的短时间窗频率测量方法会由于无法有效地滤除基波负频和谐波分量,而导致较大的测量误差。为解决测量精度与上传速度的矛盾,该文提出一种增强型三复带通滤波器短时延频率测量方法。该方法将复带通滤波器滤波与负频分量重构消除相结合,提出短时间窗负频分量抑制方法;进一步,提出基于3个复带通滤波器权重调整的谐波抑制方法,建立含谐波分量的频率计算误差模型,揭示谐波分量对双复带通滤波器频率测量方法的影响机理,通过对3个复带通滤波器的权重调整降低算法对偶数次谐波的敏感性,最终实现单周波和1.5周波下的频率准确测量。仿真与实验测试表明,所提方法优于现有频率测量方法,可为电力系统闭环控制等应用提供短时延的频率测量数据。

基于气网动态精细化建模的区域电-气综合能源系统机会约束最优能流计算

随着国家能源转型和“双碳”目标的逐步实施,燃气发电在我国电力系统装机中占比不断提高,日益密切的电、气耦合关系使电-气综合能源系统受到更多关注。为此,研究了考虑气网动态精细化建模对含出力不确定的分布式新能源发电的区域电-气综合能源系统运行策略的影响。提出考虑管道气流方向灵活可变的气网动态复频域建模方法,提升了电-气最优能流的计算精度;采用机会约束建立分布式新能源发电不确定性对电网和气网运行影响的模型;算例测试结果表明气网动态精细化模型可有效提升区域电-气综合能源系统对运行不确定性的应对能力。

考虑频率动态响应实时分区的电力系统惯量在线评估方法

大规模新能源接入电力系统导致系统惯量水平降低,利用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)在线评估系统惯量水平具有重要意义,考虑到电力系统频率动态响应具有分区特性,以区域为单位开展在线惯量评估具备可行性。频率响应分区情况不仅与电网拓扑和参数有关,还与系统运行点、扰动类型和位置有关,固定的分区方案难以保证分区结果满足系统各种运行工况,同时,在实时分区场景下,对惯量参数辨识算法的快速性也提出了更高的要求。分析了电力系统区域惯量在线评估原理,阐明了频率动态响应实时分区的要求;随后,提出了频率动态实时分区方法,采用动态时间弯曲指标和k-medoids算法对全网节点频率响应实测曲线在线聚类,给出了基于卡尔曼滤波的区域惯量参数辨识算法,保证惯量参数计算满足实时性要求,进一步分析了各类误差源对系统分区和惯量参数辨识结果的影响;最后,在IEEE 39节点系统验证了所提方法的有效性、惯量实时跟踪能力和对不同运行场景的适应性。提出的电力系统区域惯量在线评估方法利用PMU实测频率响应实时更新电力系统分区情况,保证在各种运行点和扰动下区域频率响应的一致性,具备现场应用潜力。

基于实测数据的电网频率信号特征分析与提取方法

随着新能源大规模接入,电力系统不同区域的转动惯量、频率特性、支撑能力发生了较大变化,提取与辨识频率特征可为电网特性认知以及进一步的惯量评估、频率控制、网络安全等分析提供基础。文中基于源-网-荷全景同步测量系统的大量实测数据,分析了频率与交流电网结构相关的分群现象,提出了基于皮尔逊相关系数的频率空间相关性辨识方法;提出了基于卷积神经网络的“频率指纹”提取方法,将电网特性在频域上进行了高纬特征提取;进一步,对北京、长治等10个城市的实测频率信号进行了测试与分析,给出了识别精度,验证了所提方法的有效性,为后续电力系统频率特性分析、惯量评估、网络攻击识别提供了基础。

考虑高阻接地的配电网故障检测方法

实际配电系统中存在一些高阻态的故障,表现为微弱、非线性、随机和不稳定的现象,这对于故障的检测提出了更高的挑战。为此,该文提出一种考虑高阻接地的配电网故障检测方法。首先,通过分析大量的现场波形数据,得到了故障发生前后的波形特性。并且,为减弱噪声的干扰,对现场数据进行预处理。进一步,提出了一种基于数学形态学的故障特征增强方法,以放大故障在发生时刻的响应,同时减弱故障暂态过程以及正常运行状态下的畸变响应。接着,提出了一种基于狄利克雷过程高斯混合模型的故障时刻检测方法,通过对增强后的故障特征进行自适应判断,实现故障时刻的快速准确检测。基于实际配电网现场数据,进一步验证了该文所提方法的优势。实验结果表明,所提方法通用性强,仅需要配电网零序电流数据。同时,该文方法具有较高的检测精度和检测效率,满足配电网的可靠性和安全性要求。

基于模型-数据联合驱动的电网扰动定位方法

快速准确的电力系统扰动定位是实施及时有效的控制措施的重要前提。广域同步相量量测为快速准确的扰动定位提供了数据基础,同时刻画扰动传播的连续体动力学模型为扰动定位提供模型支撑。结合同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测数据和扰动传播模型,该文提出一种基于模型–数据联合驱动的电网扰动定位方法。首先通过对PMU量测数据进行奇异谱分析和计算累计平方和指标来实现扰动检测。进而在部分PMU确定的子拓扑内,分别通过量测数据和传播模型提取二维时空特征。最后根据扰动传播过程中时空特征之间的相关性,提出基于度量学习的双通道三元孪生网络的扰动定位方法,仅利用部分PMU量测信息即可快速定位扰动位置,为后续抑制扰动的主动控制策略的投切奠定基础。基于IEEE 10机39节点系统,验证所提方法的有效性和鲁棒性。

基于改进Prony的动态宽频测量算法

高比例可再生能源和高比例电力电子设备的大规模接入正成为新型电力系统的重要特征,电气量中出现大量谐波与间谐波分量,且动态行为明显,这对宽频测量提出了新的挑战。该文针对现有宽频测量算法在动态条件下测量精度不够的问题,分析了大量的现场录波数据,发现了宽频电气量在时间上的动态特性,分析了宽频测量算法的频率分辨率与动态带宽之间的关系问题;建立了基于多项式的动态宽频多分量拟合数学模型,以准确地描述表征宽频电气量的动态时变行为,提出了一种基于改进Prony的短时间窗动态宽频测量算法,并通过简化Prony约束条件减小了算法计算量;最后,进行了仿真测试、硬件测试和现场信号分析验证,结果表明所提方法可以实现动态条件下谐波与间谐波的准确测量。

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。

基于长短期记忆网络的PMU不良数据检测方法

同步相量测量单元(Phasor Measurement Units, PMUs)因其同步性、快速性和准确性,已成为复杂电力系统状态感知的最有效工具之一。但是,现场的复杂环境导致PMU数据存在数据丢失、数据损坏、同步异常、噪声影响等质量问题,严重影响其在系统中的各类应用,甚至威胁电网安全稳定运行。提出了一种基于长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的PMU不良数据检测方法。首先分析了LSTM在不良数据检测中的优势。然后基于LSTM网络对时间序列选择记忆的特性,构造了一种双层LSTM网络架构,提出了对原始数据的分解重构方法。在此基础上,定义了两种目标函数,以获得不同的误差特征。提出了一种基于决策树的不良数据阈值确定方法,实现了不良数据的有效检测。通过大量仿真与实测数据验证了该方法的可行性和准确性,可提高PMU数据质量,使其更好地应用于电力系统的各个方面。

基于奇异值分解的PMU数据恢复法

同步相量量测单元(phasor measurement units,PMUs)因其同步性、快速性和准确性成为电网动态实时监测最有效的手段之一,并得到迅速发展。但由于通信堵塞、硬件故障、传输延迟等因素,现场PMU通常存在不同程度的数据丢失问题,严重制约其在电力系统中的应用与发展,甚至威胁电网安全。该文通过分析现场PMU量测信息,归纳了3种数据丢失类型;提出基于奇异值分解的动态数据成分分析方法,并采用盖氏圆法确定其最优特征成分数,可有效提取原始信号中各特征分量。进一步,提出基于训练、验证与丢失数据分类的数据恢复迭代计算方法,实现系统动态条件下仅利用单通道PMU量测信息的高精度数据恢复。通过仿真与实测数据验证该方法的可行性和准确性。该方法解决传统方法对系统动态信号丢失数据恢复失真的问题,为PMU量测信息更好的应用于电力系统的各个方面提供保证。

基于优先级分配策略的PMU数据恢复方法

新能源集中并网与直流输电技术的快速发展,使电力系统机理特性与运行控制方式均发生变化,亟需闭环精细化控制。同步相量测量单元（phasor measurement units,PMUs）因其测量的同步性与快速性,使电力系统动态实时监测成为可能,可为系统保护与闭环控制提供数据基础。然而,由于现场环境复杂,同步信号丢失、通信协议错误、系统过载等诸多因素会导致PMU存在数据丢失等问题,严重影响其在监测控制、事故分析等方面的应用。归纳了PMU数据丢失的不同场景,定义了两种数据丢失的基本类型;提出了基于插值区间动态变化的优先级分配策略,采用改进三次样条插值函数,对不同类型的丢失数据进行恢复,解决了传统方法在连续多点数据丢失类型下的失真问题。通过仿真与实际录波数据验证了该方法的可行性和准确性,对于保证PMU数据质量有着重大意义和较大价值。

一种自适应同步相量测量方法

近年来,电力系统中电力电子设备的大规模应用使电气信号呈现出宽频带、高噪声、动态过程复杂等特征。同步相量测量单元（phasor measurement units,PMUs）是电力系统动态过程有效监测手段,如何在上述条件下实现准确、快速测量至关重要。该文提出一种自适应同步相量测量方法。该方法通过分析动态相量模型参数在系统典型静动态条件下的行为规律,提出相量行为识别方法。针对不同的相量行为,采用不同计算时间窗,在不影响动态响应速度的前提下,提高测量精度与抗谐波、噪声的能力。进一步揭示系统动态条件下相量模型参数与测量误差的线性关系,提出动态相量计算修正方法。提出的自适应相量测量方法已在实际PMU装置上实现。经实验室测试分析表明,该方法可在各种复杂条件下具有较好的测量精度与响应速度。

适用于保护控制的同步相量测量方法

近年来,电力系统电力电子化特征导致输配电网动态特性耦合紧密,系统性故障频发。同步相量测量单元(PMU)在动态安全控制中作用愈发重要。适用于智能配电网的同步相量测量装置的研究也得到广泛开展。如何在当前复杂电气信号条件下保证相量测量精度的同时,缩短其阶跃条件下的响应时间对保护控制应用至关重要。文中提出一种适用于保护控制的同步相量测量方法。该方法揭示了阶跃信号对相量测量的影响机理,分析了相量模型参数在阶跃信号条件下的行为规律,提出了信号阶跃识别方法。进一步,揭示了阶跃量大小与动态相量模型参数突变量的线性关系,提出了阶跃过程中相量修正方法,减少了相量计算的响应时间。仿真与实际录波数据测试验证了所提方法可有效减少响应时间,为智能配电网保护控制提供快速准确的测量数据。