基于耦合约束解耦的虚拟电厂动态可行域求解方法

构建以新能源为主体的新型电力系统需深入挖掘需求侧灵活性资源的调度潜力,使其参与电网调度调节任务以提升电网平衡调节能力。灵活性资源的海量异构特性使其聚合可行域的求解计算复杂度提升、约束满足难度增大。该文基于顶点搜索法,建立计及分布式电源出力不确定性的虚拟电厂动态可行域求解模型,进而通过李雅普诺夫优化将求解模型内部耦合约束松弛解耦为虚拟队列稳定性问题,提出以顶点搜索与队列稳定为目标的数学模型,最终通过建立虚拟时间队列形成求解算法。所提算法通过耦合约束解耦以提高求解效率;通过满足调度能力约束以提升资源调度能力。算例结果表明,在日前与日内场景下,所提算法具备提升计算效率与约束满足能力等方面的优势。

新型配电网多虚拟电厂分布式资源聚合与聚合体优化运行方法

随着新型电力系统建设的不断推进,配电网侧分布式资源聚合与聚合体优化运行成为支撑电网平衡能力提升的关键技术之一。为快速准确表征分布式资源聚合体的功率调节能力,首先通过顶点枚举法求解考虑电源出力不确定性的虚拟电厂可行域;进一步为解决配电网多虚拟电厂经济优化运行问题,设计了计及有功-无功的二元一致性算法,并证明所提算法的收敛性;通过基于可行域边界与二元一致性变量修正方程的修正法则,以满足功率与电压约束;最终得到多虚拟电厂分布式资源聚合与聚合体优化运行的算法流程。通过算例分析与对比,验证了所提资源聚合与聚合体优化运行的框架可行性,以及其相较于传统一致性算法的优势。通过对分布式资源有功-无功调节能力的充分利用,提升了分布式资源参与电网运行的灵活性。

MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。

考虑分布式新能源出力不确定性的虚拟电厂概率可行域构建方法

分布式新能源出力的不确定性严重影响虚拟电厂聚合可行域的准确刻画,需精准计算虚拟电厂的可调能力以提升电力系统的平衡能力。文中提出了面向虚拟电厂的分布式新能源出力不确定性概率模型及基于多概率变量的可信概率可行域构建方法。首先,基于集成学习与共形分位数回归方法,提出了能够描述新能源出力异方差时间序列的不确定性概率模型。其次,研究了闵可夫斯基和方法与优化方法求解可行域的特点,分析了新能源出力约束和网络约束对虚拟电厂可行域的影响,进一步提出了基于分布式新能源出力概率区间的虚拟电厂概率可行域构建方法。最后,考虑风光耦合特性,优化了虚拟电厂概率可行域构建方法,通过协调各分布式新能源出力概率区间置信度,得出虚拟电厂概率可行域整体的置信水平。算例验证结果表明,所提方法能够准确刻画虚拟电厂的可调能力。

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的直流电流控制策略

特高压直流分层接入系统逆变侧交直流间均存在耦合,单一换流站发生连续换相失败容易导致电网发生连锁故障。针对这一问题,从层间交互作用机理出发,深入分析了高低端换流器控制响应差异以及其动态无功特性。分析表明:故障恢复阶段的无功交互量增加会导致非故障层换流母线电压的跌落,并直接引起该层换流器关断角的减小,从而引发连续换相失败。在此基础上,提出一种抑制连续换相失败的直流电流控制策略。该策略综合考虑无功交换量与换流母线电压的波动特征,通过系统实际运行状态实时计算直流电流指令来实现对高低端换流器的连续换相失败抑制。最后,建立了分层接入系统电磁暂态模型,通过多工况对比验证了策略的有效性。所提策略能够降低分层接入系统发生连续换相失败的概率,同时改善两层交流系统电压恢复特性,有利于系统安全稳定运行。

考虑移动电氢资源多区互济的负荷恢复方法

电-氢-交通协同可以提高灵活性并增强能源系统韧性。提出了一种考虑移动电氢资源多区互济的负荷恢复方法。针对分布在多个区域的电-氢耦合系统,提出在停电期间协同利用本地的分布式电源、储氢和移动电氢资源,快速恢复关键用户需求。通过基于交通地图系统的移动电氢资源调度,提出了负荷恢复和移动电氢资源调度集成的故障恢复决策框架。进而构建了移动电氢资源交通调度与负荷恢复的耦合约束,建立了移动电氢资源参与恢复的混合整数二阶锥规划模型,可以进行恢复与交通调度的统一决策。所提方法从时间和空间维度协调和分配电氢资源,最大限度地恢复关键用户的需求。通过构建的多区域电-氢耦合系统和相对应的交通系统,验证了所提协同恢复方法的有效性和优越性。

基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护

“双碳”背景下,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,已成为国家重大需求。但是,新能源电源等值内电势不稳定,与传统同步机电源特性存在本质差异,换流器控制导致故障电流幅值受限、相位受控,现有工频量保护性能下降,威胁电网安全稳定。该文提出基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护原理,在考虑线路分布电容的基础上建立精确的线路模型,利用瞬时值的状态估计冗余特性提升了保护的速动性和可靠性,通过比较所建模型与实际模型匹配程度判别故障。仿真表明,所提保护方法能快速可靠判别各种类型的区内、外故障,保护判别时间不超过2ms,并具有较好的耐过渡电阻和抗干扰能力。

基于多微电网投影的配电系统协调恢复方法

微电网参与配电系统恢复可以提高恢复效果进而提升系统韧性。提出了一种考虑微电网隐私和参与配网应急恢复偏好的含多微网配电系统恢复方法,可以统筹协调配电网和微电网的发电资源。首先,建立基于虚拟节点和虚拟流分解的多微网参与配电网恢复的协调机制,有效保护微电网隐私;进而针对恢复问题提出了基于投影的关键恢复信息共享方法,并利用顶点搜索快速得到投影域,实现关键信息交互;然后,提出了配电网-微电网的双层协调恢复框架。其中,下层微电网向配电网提供包含恢复偏好和可行域的有限信息,上层配电网进行统筹决策,并将决策得到的联络线功率下发至微电网,下层微电网以联络线功率作为约束条件决策内部负荷恢复;最后,基于构建的含多微网配电系统,验证了所提方法的有效性和优势。

基于大型光伏直流升压汇集系统的限流控制研究

针对大型光伏直流并网汇集系统双极故障后短路电流上升快、幅值高,在系统中附加限流设备或改进换流器拓扑限制直流短路电流,又会额外增加建设成本的问题,提出一种模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)两阶段限流控制,首阶段保障限流控制快速性,次阶段增加MMC限流程度,同时结合光伏直流汇集系统结构提出相应的控制和保护协调方案。首先分析了短路电流影响因素,进一步提出两阶段限流控制实现方法,探讨了限流控制对系统影响并给出系统的限流控制与保护系统协调流程,最后在±30 kV/30 MW的光伏直流并网汇集系统中对限流控制进行仿真验证。仿真结果表明,所提两级式限流控制能迅速投入并显著降低故障电流及桥臂电流,控制直流断路器设计成本,降低换流器闭锁风险。

基于孪生模型的模块化多电平换流器保护

随着柔性直流输电技术的发展,模块化多电平换流器(MMC)由于其拓扑优势越来越受到关注。作为直流输电换流阀的主要元件,子模块与桥臂电抗器故障将对换流站安全稳定运行造成严重影响,现有差动保护均无法有效识别此类故障。文中提出了基于孪生模型的MMC保护原理,结合MMC的控制信息建立数字孪生模型,通过动态状态估计构建保护判据。所提保护方案能够准确检测MMC换流器故障,包括桥臂电抗器匝间短路故障、子模块开路故障及桥臂相间短路故障。根据保护动作类型提出两套保护判据。仿真结果表明,所提保护方案能够可靠地自适应辨识MMC区内故障,具有良好的速动性以及耐受过渡电阻能力。

基于数字孪生的柔性直流线路保护中不良数据自纠错方法

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键,需要在3 ms内完成故障判别。现有学者提出基于数字孪生的柔性直流线路保护方法,具有速度快、灵敏性高等优点,但其可靠性易受互感器测量异常影响,可能导致保护误动作。现有不良数据检测方法的准确性和快速性难以满足直流控制保护设备的需求,因此为提高该保护方法的可靠性,文中提出一种基于移动平均法的不良数据自纠错方法。根据测量数据平稳变化的时序特性,利用移动平均法得到测量数据的预测值,通过比较预测误差与实际误差进行不良数据的检测与纠错,无需迭代计算和预先训练模型。利用四端柔性直流电网进行仿真检验,结果表明相较于已有方法,所提方法具有更好的准确性与快速性,纠错性能较好,能适配保护方法并提升抗干扰能力,有效提高保护的可靠性。

基于模型辨识的新型牵引供电系统直流馈线保护原理

基于双向换流器的柔性直流牵引供电系统中,直流线路故障电流上升速度极快,且机车启动同样会造成馈线电流快速增长,其暂态特征和远端故障电流相似,要求保护在极短时间内区分两者。对此,提出基于模型辨识的直流馈线保护方法,通过模型辨识原理求解时域微分方程,从而求解不同时刻的等效电阻,同时对所计算的等效电阻进行统计分布验证,并利用方差系数构造保护判据。所提方案能够在5 ms内准确区分故障电流和机车启动电流,实现保护的可靠动作。大量仿真结果表明,在过渡电阻为100Ω的短路故障下保护依然能可靠动作,同时具有30 dB的抗噪声能力和100μs的耐同步误差能力。

基于电流波形畸变特征的高比例光伏配电网故障方向判别原理

随着配电网中分布式光伏渗透率的提高,原有单向故障潮流网络变为多向潮流网络,现有三段式过流保护面临误动风险。该文提出基于电流畸变特征的故障方向判别原理。首先,挖掘了光伏与同步发电机的故障电流特征差异,考虑光伏控制特性探究了光伏故障电流畸变特征和谐波分量产生机理。其次,对故障电流求导以放大故障波形特征差异,在此基础上提出了基于故障电流波形畸变特征的方向闭锁判据。最后,仿真表明所提故障方向判别原理在不同逆变器控制策略和电网不同运行状态下均能可靠判别正、反向故障,并具备一定的耐受过渡电阻和抗噪能力。该思想将分布式电源非线性特征对保护的干扰转化为故障方向判据,无需电压信息和双端通信设备,能有效降低现场施工难度。

HVDC送端交流系统故障引起换相失败的机理分析

通常认为高压直流输电(HVDC)的换相失败是由受端交流系统或换流阀故障引起,但工程实践中发现,送端交流故障同样可能引发逆变器的换相失败。目前,针对此类换相失败的研究较少,且大多局限于传统的母线电压幅值特征,对其机理研究不够深入。鉴于此,首先通过分析故障后的交直流系统响应,指出与一般受端故障不同,送端交流故障引发的换相失败发生在故障切除后的恢复阶段,且受端母线电压幅值大小不是其关键因素。在此基础上,对故障切除后的受端母线电压相位特性进行剖析,得出有功功率的恢复会导致受端母线电压相位前移,进而压缩关断裕度并造成触发延迟。进一步地,在不同故障程度下分析了系统换相失败过程对应的触发指令与直流电流的变化。结果表明,当送端故障相对轻微,受端保持定关断角(CEA)控制时,相位前移及突增的直流电流是导致逆变器换相失败的主要原因;而在送端故障程度加深,受端切换至定电流(CC)控制后,相位前移是换相失败的主要原因。最后,基于CIGRE标准模型,仿真验证了分析的正确性。

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。

考虑疏散需求的城市电力-交通系统协同应急恢复方法

突发灾害后,考虑城市电力-交通系统耦合影响及疏散需求,协同两部门实现人员快速疏散与关键负荷快速恢复,有利于减少人员伤亡、降低灾害损失。首先,提出考虑疏散需求的电力-交通协同应急框架;然后,以应急疏散时间最短为目标,考虑充电站动态车流量特点及关键用电设施恢复情况,建立交通网最优疏散模型,得到关键交通用电设施的用电需求;进一步,以供电恢复效果最大化为目标,考虑移动应急资源可用性以及影响疏散关键用电设施用能需求等约束,建立配电网应急恢复的混合整数线性规划模型。采用改进的电力-交通耦合系统作为算例进行对比测试,验证了所提协同应急恢复方法的有效性和优越性。

基于半桥MMC特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识

柔性直流电网故障电流上升速度快与电力电子器件过流能力弱形成突出矛盾,线路保护需要在数毫秒级完成故障判别,输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。然而直流系统中缺乏稳定基频,导致输电线路相关参数难以获取、保护实现较为困难。针对柔性直流线路频变参数难以获取的问题,提出基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter, HB-MMC)特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。首先通过换流器控制在线路中注入特定频率信号,然后利用快速傅里叶分解提取不同频率的信号并计算指定频率下的线路参数,最后依据不同线路参数的频变特性拟合出对应的幅频特性曲线。仿真表明,所提参数辨识方法可以准确拟合保护所需直流线路频变参数,参数辨识频段内相对误差小于1.5%。

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速。电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性。该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型。在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行。最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性。

考虑广义储能及光热电站的电热气互联综合能源系统经济调度

为解决以可再生能源为主体的多元化低碳供能问题,引入光热电站充当热电联产机组,综合考虑将电储能、储热系统、储气罐与负荷侧灵活资源视为广义储能,充分发挥电热气灵活耦合与多能互补特性,提出了一种电热气互联综合能源系统(EHGIES)经济调度方法。首先,构建EHGIES结构,并建立主要设备模型。然后,以系统运行成本最小为目标,建立了EHGIES常规调度模型。在此基础上,考虑不确定性因素,采用条件风险价值理论描述系统的运行风险,建立了EHGIES经济调度模型。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性与有效性。

基于改进标签传播算法的电力系统并行恢复分区方法

制定合理有效的分区方案是并行恢复的首要任务。由于电网运行的潮流分布能够反映系统内节点之间联系的紧密程度,为了达到更有效的分区目的,结合复杂网络社区发现理论和潮流信息,提出一种基于改进标签传播算法的电网并行恢复分区方法。首先给黑启动电源分配不同的子区标签,再根据停电前支路潮流信息构建电网节点的标签传播矩阵。反复将节点标签的信息在电网中传播,直至各节点标签信息不再发生变化,则具有相同标签的节点被划分到同一个子区。针对传统标签传播算法可能出现的标签振荡现象,提出了同时考虑邻接节点标签和自身历史标签的节点标签影响策略。通过IEEE 39节点系统的仿真表明,所提方法得到的分区结果在区间功率交换、最大子区规模和模块度方面效果显著。最后利用某省级电网的实际数据进行仿真分析,验证了所提方法用于实际系统的有效性。