面向严重自然灾害的电力系统韧性评估技术综述

电力系统是最重要的公共基础设施之一,其安全运行关乎国计民生和经济社会稳定。近年来全球范围内严重自然灾害引发了多起大停电事故,暴露了电力系统应对严重自然灾害的能力存在不足,而强化系统韧性是学术界与工业界普遍认可一种提升防灾、减灾能力的手段。首先阐述了电力系统韧性的概念,通过比较韧性和可靠性的区别,明确韧性评估研究的侧重点;然后在文献调研的基础上,归纳了电力系统韧性评估方法,具体分析了基于仿真模拟法的电力系统韧性框架和关键环节的研究现状;最后基于我国电网面临的内外部安全风险,对面向严重自然灾害场景的电力系统韧性评估研究的难点和关键技术进行了展望。

高比例电力电子电力系统过电压(二):交流对称故障下暂时工频过电压机理

随着新能源等电力电子设备占比的不断提升,故障扰动后引发的系统暂时工频过电压问题日渐凸显,严重时易引发新能源大规模脱网,威胁电网安全稳定运行。新能源发电设备的故障穿越特性直接影响过电压水平,亟需进行机理分析。该文首先分析交流对称故障下高比例电力电子电力系统过电压的引发原因,建立计及新能源故障穿越特性的过电压简化分析模型,并基于矢量关系解析三相短路故障后新能源机端过电压最大值;然后分析不同故障穿越策略和系统参数对新能源机端电压最大值的影响;提出防止新能源大规模脱网的故障穿越等效无功电流系数的取值区间,进一步综合考虑新能源故障期间的无功支撑要求和故障清除后的电压安全约束,分析不同系统强度下等效无功电流系数的合理取值区间;最后通过时域仿真验证理论分析的有效性。

高比例电力电子电力系统过电压(一):定义、分类及相关要求

随着新能源发电设备的大量投运和大容量交直流输电工程的相继投产,我国已初步形成高比例电力电子电力系统的基本格局,以过电压为代表的安全问题日渐凸显。然而,高比例电力电子电力系统过电压起因众多、产生机理繁复,对新能源外送及直流输电能力构成了严重制约。为解决上述问题,该文从大电网安全稳定视角出发,首先明确电力系统过电压的基本概念及其分类,分析高比例电力电子电力系统中不同过电压的起因与波形特征。进一步围绕3个实际电网过电压问题较为突出的场景,分析不同场景下过电压产生的原因、各类设备的过电压耐受能力及限制因素,论述传统交流设备过电压及新型电力电子设备在过电压场景中可能存在的安全风险。最后,总结了高比例电力电子电力系统过电压的分析流程,并结合时域仿真算例进行论述说明。

高比例电力电子电力系统过电压(三):直流故障下新能源暂时工频过电压机理

在高比例新能源和大容量直流输电工程大量投运的背景下,电力系统过电压问题日渐凸显,不仅制约直流输电能力,而且可能引发新能源大规模脱网。在新能源占比较高时,与交流设备相比,新能源的工频过电压耐受能力更低,该文针对直流故障引发的送端新能源机端过电压问题进行机理分析。首先,建立直流闭锁和直流多次换相失败后闭锁故障状态下新能源及传统同步机经特高压直流外送系统的等效电路分析模型,基于矢量关系,解析推导直流故障下的暂时工频过电压最大值。然后,分析直流输电功率水平、新能源并网功率、新能源低电压穿越控制参数、同步机至直流换流站电气距离以及新能源至直流换流站电气距离等因素对新能源机端电压最大值的影响。最后,通过PSD-BPA仿真软件在小算例系统和我国西北等值电网中验证理论分析的有效性。

国外新能源脱网事故对中国电网安全稳定运行的启示

2016至2023年间,美国、英国和澳大利亚发生了11起新能源大规模脱网事故,严重威胁电网安全稳定运行。文中介绍了这些事故的基本情况,总结分析了事故失稳过程和机理特征,并指出系统强度不足、新能源控制策略不合理、非预想故障防控手段不足是事故产生的主要原因。最后,结合中国电网实际,提出了保障新型电力系统安全稳定运行的建议。

高比例电力电子电力系统强度的定义、分类及分析方法

传统系统强度反映了以同步机为主导的交流系统对所接入设备的支撑能力。随着我国电力系统源-网-荷-储各层级中电力电子设备的大规模接入,已逐渐形成高比例电力电子电力系统基本格局。电力电子设备的弱支撑性、低抗扰性导致高比例电力电子电力系统强度发生重大变化,近年来受到国内外广泛关注。为此,该文论述了高比例电力电子电力系统强度的定义,针对频率和电压两种安全稳定形态,根据动态过程响应特征提出支撑强度和调节强度的分类方法,建立系统强度基础体系框架。在支撑强度方面,将广义惯量及惯量冲击比作为频率支撑强度指标,将短路比及阻抗比作为电压支撑强度指标;在调节强度方面,分别建立评估频率/电压波动的灵敏度指标。最后,提出提升系统强度的若干关键技术。研究成果将为保障高比例电力电子电力系统安全稳定高效运行,实现“双碳”目标提供有力支撑。

原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的影响因素分析

目的探讨原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的影响因素。方法收集2020年1月至2022年12月于三六三医院行微血管减压术的252例原发性面肌痉挛患者的临床资料,根据手术部位是否感染将其分为感染组(n=30)和非感染组(n=222)。收集患者一般资料、手术时间、切口长度、术前血清蛋白水平、抗生素使用情况、住院时间,分析原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的独立危险因素。结果单因素分析结果显示,年龄、体重指数(BMI)、手术时间、住院时间、切口长度、糖尿病、术前血清蛋白水平均是原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的影响因素(P﹤0.05)。多因素分析结果显示,合并糖尿病、手术时间﹥180 min、切口长度≥8 cm、术前血清蛋白﹤30 g/L均是原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的独立危险因素(P﹤0.05)。结论合并糖尿病、手术时间﹥180 min、切口长度≥8 cm、术前血清蛋白﹤30 g/L均是原发性面肌痉挛患者微血管减压术后发生手术部位感染的独立危险因素,根据各影响因素给予相应的干预措施,可降低手术部位感染发生率。

并网光伏低电压穿越对低频振荡阻尼影响及抑制

大扰动冲击后,光伏输出功率动态变化过程与传统同步发电机存在的显著差异,将影响系统功角振荡特性。该文首先针对光伏并网功角稳定分析的典型系统,解析了网络节点电压幅值与相位的时空分布规律;揭示了功角振荡引起电压波动导致光伏周期性触发启动低电压穿越LVRT控制,及其弱化系统功角振荡阻尼的机制;为抑制光伏并网对低频振荡的威胁,提出了调整LVRT触发启动电压门槛值、有功恢复速率等参数的设备级优化控制措施,以及基于广域支路响应的系统级紧急控制措施。面向典型系统和新疆南疆水光并网外送系统,验证了优化控制以及紧急控制的有效性。

混合级联多端直流暂态过电压机理及抑制措施

混合级联多端直流采用常规直流与柔性直流混合级联的新型拓扑结构,为我国远距离、大容量、多落点的能源传输提供了新模式,但常规直流与柔性直流之间的交互作用也引发了新问题。该文首先揭示实际受端电网交流电压恢复特性导致混合级联多端直流暂态过电压机理以及低端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)闭锁风险;然后分别从送受端两个方面,提出降功率运行、改进送端移相策略和提升MMC有功功率传输极限等暂态过电压抑制措施。最后,基于PSD-PSModel软件,搭建送受端电网机电暂态和混合级联多端直流电磁暂态的混合仿真模型,仿真验证理论分析的准确性和抑制措施的有效性。

系统强度支撑型可塑变流器(一):暂态电流安全及电磁暂态验证

电力电子器件弱过流能力是构网型技术应用的关键制约因素之一。如何在电流限幅约束下既保证变流器自身设备安全性,又充分发挥其电网支撑能力是尚未解决的难题。为此,该文针对系统强度支撑型可塑变流器(system strength supported flexible converter,SSS FC),提出一种基于内电势矢量重塑(potential vector remodeling,PVR)的新型控制框架。首先,在分析SSS FC的暂态过流机理的基础上,给出基于PVR控制的暂态电流抑制新方法,其依据变流器并网端口电压矢量直接改变功率同步控制约束的内电势实现限流,主要包括启动判据、幅相补偿计算以及分相虚拟构建等环节;然后,通过建立SSS FC各电压矢量轨迹与时域暂态电流的理论模型,分析幅相补偿机制对SSS FC暂态特性的改善效果;最后,通过电磁暂态仿真验证各类对称与不对称电网故障下所提方法保证SSS FC本体安全的有效性。

高比例新能源电力系统功角摇摆-暂时工频过电压耦合机理

在高比例新能源和大容量直流工程大量投运的背景下,扰动冲击引发的暂态电压安全问题给新能源机组带来的脱网风险亟需开展深入研究。文中旨在研究同步电源功角摇摆与新能源暂时工频过电压的耦合机理。首先,基于两机等值系统,结合等面积定则和电压向量分析功角摇摆过程电压幅值波动特性,理论推导新能源接入系统前后机端电压峰值的解析表达式;其次,提取影响机端电压峰值的关键因素,利用预设最大峰值约束给出各影响因素极限值的求解方法,并结合工程实际辨析极限值解析计算的保守性;最后,给出新能源机端过电压的改善建议,用于指导大规模新能源外送系统实现电力安全可靠送出,光伏火电打捆系统和实际电网的时域仿真结果验证了理论分析的有效性。

考虑分布式新能源的有源综合负荷模型

中国分布式新能源装机容量的不断增加,已成为影响大电网安全稳定的重要因素。目前的分布式新能源等值建模方法尚不成熟,难以用于工程实际中的大电网仿真分析。为此,该文首先介绍了大电网分析中的分布式新能源模型现状,探讨了分布式新能源等值模型的工程要求;然后以大规模工程应用为目标,提出了“含分布式新能源的有源综合负荷模型”的建模思路;最后提出了该模型的结构及参数计算方法,介绍了所提方法在中国S省初步应用的具体案例。应用效果表明,该文提出的有源综合负荷模型能满足高比例分布式新能源的大电网建模、仿真分析需求,具备大规模工程应用潜力。

基于贝叶斯深度学习的新能源多场站临界短路比区间预测方法

大规模新能源并网后电力系统的电压安全稳定问题突出,亟需一种兼具准确性和实用性的方法来评估系统的电压支撑强度。为此,该文提出一种基于贝叶斯深度学习的新能源多场站短路比(multiple renewable energy station short circuit ratio,MRSCR)智能增强方法。首先,聚焦于MRSCR缺乏准确的临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)问题,提出CSCR样本集的构建流程,并据此开发样本的批量仿真程序。然后,利用多门控混合专家网络对各新能源接入点的CSCR进行同步预测,并结合贝叶斯深度学习提升预测精度,量化预测不确定性。最后,考虑到点估计的弊端,提出一种基于动态阈值的不等式方法来给出兼具可靠性和清晰性的区间估计,为不同的决策需求提供多种属性的预测值。在CEPRI-FS-102节点系统上的测试结果表明,所提方法可有效提高电压支撑强度的评估精度和速度,其预测信息可为决策过程提供重要的指导意义。

新能源低电压穿越主导的电力系统暂态电压失稳机理分析

中国电网新能源装机不断增加,对电力系统暂态电压稳定产生了显著影响。在新能源低电压穿越控制作用下,电力系统出现了新的电压失稳现象。文中从电力系统的新型P-V特性入手,研究系统的暂态行为,直观解释了实际运行中“持续低电压穿越”“反复低电压穿越”等新型失稳现象的物理机理,借助混杂系统理论建立了新型失稳现象的动力学模型。为克服混杂系统模型表达式复杂、难以解析分析的难题,文中使用现有的成熟计算工具,利用不同边界条件下的潮流计算结果,提出并验证了暂态电压失稳的判别方法。

基于响应的电力系统安全稳定综合防御技术

针对电力系统安全稳定措施存在的失效风险,提出将基于响应的电力系统安全稳定控制技术融入电力系统安全稳定"三道防线",作为应对小概率意外事故的关键技术,重点研究了响应控制技术定位与配合原则、各类稳定问题的判别和控制技术。为解决响应切机控制存在的潜在问题,提出切机与解列控制协调配合方法,将解列控制用于防止系统失稳破坏。最后利用仿真算例在各种故障场景下验证该防御体系的全面性、可靠性、有效性。

基于GMRF和KNN算法的人脸表情识别

传统的人脸表情识别方法往往特征维度低且识别率不高。针对这一问题,提出一种基于高斯马尔可夫随机场(GMRF)的多分块方式特征组合的表情识别方法。将表情图像以不同分块方式分为多个子块;针对每种分块方式下的子块,提取GMRF特征;将不同分块方式的GMRF特征进行组合,用K近邻算法(KNN)进行分类。在JAFFE数据集上进行实验,结果表明该方法对人脸表情识别率达到89.8%,证明了其有效性。

特约主编寄语

新型电力系统的发展,对于改善能源结构、减少碳污排放、提高运行效率以及增加经济效益等具有重大意义,但同时也存在抗扰性减弱、惯性降低、不确定性升高等一系列挑战。这些挑战导致频率安全问题日益突出,近年来国内外频率安全事件时有发生。为了应对频率安全风险。

不同动态无功补偿装置对直流系统故障引发送端暂态过电压的抑制效果对比

直流输电系统在发生换相失败、直流闭锁等故障时,会引发送端暂态过电压。本文分别在基于电磁暂态的两区域直流系统算例和基于机电暂态仿真的大电网算例中分析比较了在直流换相失败及闭锁故障时,3种动态无功补偿装置的抑制能力。仿真结果表明,基于电磁暂态的两区域直流算例和基于机电暂态的大电网算例得到的结论基本一致,相互印证,即同步调相机具有更好的暂态过电压抑制能力。最后,通过优化调相机的直轴暂态电抗和直轴暂态时间常数等关键性能参数,能够更好地抑制直流故障导致的送端交流母线的暂态压升。

面向新型电力系统的频率安全研究综述与展望

随着电力系统低碳化转型的进程加速,我国电网正向着以“高比例新能源”和“高比例电力电子设备”为特征的新型电力系统转型。新能源出力的波动和电力电子设备的大规模接入,既显著增加了系统的不平衡功率冲击,又削弱了系统的频率支撑能力,给频率安全带来了严峻挑战。从频率安全的建模、分析和控制3个角度出发,首先介绍了电力系统频率响应的4种模型:全系统详细模型、线性化模型、单机等值模型、人工智能模型。然后对电力系统频率安全指标及其量化评估方法、影响因素进行评述。最后从“源-荷-储”及其协调控制等方面分析了频率安全的控制手段并介绍了频率紧急协调控制系统,并对建模、分析和控制3个方面分别提出展望。

基于USDFLD二次开发的导线爆破除冰法的适用性研究

基于ABAQUS二次开发的子程序USDFLD,定义了覆冰脱落加速度判定准则,对覆冰的诱发脱落进行了有限元模拟。针对一种爆破除冰方法,模拟计算了除冰时,导线端部脱冰以及导线中部脱冰工况下的导线跳跃的高度和导线脱冰率。结果发现:利用爆破载荷作用时间短(20μs左右)的特性,能够有效抑制一般重冰区的覆冰诱发脱落,使脱冰区域、脱冰量能够人为控制,从而结合工程设置需要使导线的脱冰跳跃响应处于安全范围。模拟方法及结论可为爆破除冰的应用提供设计依据。