新能源电力系统频率时空分布特性分析

随着新能源和电力电子装备在电力系统中的占比快速提升,系统的频率动态特性发生重大变化。为了研究新能源机组并网对新型电力系统频率时空分布特性的影响:首先,建立了新能源电力系统的频率动态响应解析模型,并分析了频率时空分布特性的影响因素及新能源并网对该特性的影响机理;其次,讨论了研究频率时空分布特性的必要性及描述该特性的量化指标;最后,基于仿真结果分析了不同电网形态下的频率时空分布特性,并总结了新能源机组并网对该特性的影响规律。

虚拟同步发电机频率偏差前馈阻尼控制策略的参数整定方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)也存在类似于传统同步发电机的功率振荡特性,频率偏差前馈阻尼方法实现简单,能够有效抑制有功功率指令值或电网频率跳变情况下VSG的有功功率振荡,同时不会影响VSG原有的惯量特性。然而,现有研究在建立频率偏差前馈阻尼方法的有功功率环闭环传递函数模型时未考虑功率低通滤波的影响,系统阶数由3阶变为2阶,若仍采用现有的参数整定方法可能导致前馈系数设计不正确。为此,文中在考虑低通滤波的基础上建立了VSG的传递函数模型,基于零极点图识别了前馈系数变化时系统阻尼比不能在0到1之间自由调节的原因,同时给出了根据期望阻尼比和自然振荡频率选择前馈系数的方法,简化了参数设计过程。仿真结果验证了参数设计方法的正确性。

弱联络条件下并网虚拟同步发电机小干扰稳定分析

文中研究了弱联络条件下并网虚拟同步发电机的小干扰振荡稳定性问题。首先,建立了并网虚拟同步机的简化线性化模型;然后,结合劳斯稳定判据理论,推导了并网虚拟同步机的小干扰稳定性判据。对稳定性判据的进一步分析表明:无论电网强度以及控制参数变动,并网虚拟同步机总能保持稳定运行。所以,弱联络条件不会给并网虚拟同步机带来振荡失稳问题。最后通过仿真算例,演示并验证了理论分析的正确性。

含半椭圆形裂纹轴的刚度特性研究

运用断裂力学理论,推导了含半椭圆形裂纹轴的刚度计算公式,研究了在全开的静态下半椭圆形前缘直裂纹和45°斜裂纹深度比、裂纹变形比等参数对轴刚度的影响。计算结果表明:裂纹深度的增大使半椭圆形前缘裂纹轴的刚度变化幅度较大,当裂纹深度较小时,刚度变化缓慢;但当裂纹深度大于轴半径一半时,裂纹轴全部载荷作用的影响都要考虑;随着裂纹变形比增大,半椭圆形前缘裂纹的刚度均减小;半椭圆形前缘裂纹垂直方向的位移随裂纹变形比增大而增大。计算结果与实验共同验证了半椭圆形前缘裂纹轴的动力特性。

半波长交流输电柔性调谐的控制策略与仿真分析

半波长交流输电要求线路送受端的电气距离接近半个工频波长。当线路的电气长度不足半个波长时,需要进行人工调谐以确保线路呈现半波长特性。针对现有无源型调谐网络的不足,提出了π型半波长输电柔性调谐装置,包括两组并联调谐器和一组串联调谐器。结合并联调谐器和串联调谐器的主电路结构及工作原理,设计了适用于半波长柔性调谐的控制策略,并通过仿真验证了π型柔性调谐装置的可行性。通过适当的控制策略,柔性调谐装置可实现功率因数补偿这一附加功能,仿真结果表明,在实施功率因数补偿后,避免了无功功率经过半波长线路,减小了半波长线路沿线电压、电流的波动。

基于冷热电联供的多园区博弈优化策略

园区一般涉及冷、热、电等多种能量流的生产、转换和使用,通过利用冷热电联供综合能源系统可以有效提高能源利用率、缓解能量供应压力。考虑动态电价机制下园区用电价格受市场需求影响,不同利益主体间存在博弈竞争关系。鉴于此,建立了基于冷热电联供的多园区非合作博弈优化模型,各园区以日运转成本最小为目标函数和其他园区共同参与博弈,同时考虑联供系统各单元出力、储能设备等约束条件,实现园区多能流互补协同优化。最后,以某地区三个园区的冷热电能流协调优化控制为例进行了仿真分析,算例结果表明所建立的博弈优化模型能合理分配联供系统出力及购电功率,不仅可以降低园区日运转成本,而且可以降低电网负荷峰谷差。

考虑绿色证书的可再生能源跨区消纳竞价优化方法

绿色证书交易机制作为一种支撑可再生能源跨区消纳的电力交易新政策,受到越来越多的关注。在该政策下,以各发电商及电力交易中心的利益最优为目标,同时考虑输电线路容量约束、火电机组爬坡约束等条件,提出了基于非合作博弈的双层优化模型。其中,发电商位于优化模型上层,通过与其他发电商进行非合作博弈,确定最优报价以获得最大利润;电力交易中心位于优化模型下层,根据各发电商的报价进行市场出清,从而使购电成本最低。算例仿真分析结果表明,所构建的非合作博弈双层优化模型既可促进可再生能源消纳,又可显著提高发电商收益。

含柔性并网装置的半波长输电线路多结构并网研究

考虑到并网偏差过大可能给半波长交流输电系统带来的隐患以及由于半波长线路的超长距离无法实现线路两端电网对并网参数的实时调节,同时考虑了未来半波长系统并网结构的多样性,设计了三种典型半波长输电线路的并网结构,将柔性并网装置应用于多结构的半波长线路并网调节中。然后分析接入UPFC的半波长输电系统等效电路,研究了该柔性并网装置的适用性。并通过Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明采用的柔性并网装置适用于多种并网结构的半波长输电线路,能够大幅改善并网特性。该结果可为未来半波长输电工程的多结构并网控制提供相应的支撑。

面向网络节点的新能源高占比系统消纳阻力精细化评估

随着新能源装机容量的不断提升,新能源高占比系统弃风弃光问题严峻,开展新能源消纳问题研究,精确定位新能源消纳阻力对提升新能源消纳措施的制定有重要意义。文中提出一种面向网络节点的电力系统新能源消纳阻力精细化评估方法。首先,基于潮流追踪算法将网络节点潮流划分为常规机组注入、新能源注入和负荷流出三部分;其次,从网络节点角度建立调峰、调频及节点电压偏差约束与新能源消纳的数学关系模型,计及三者耦合关系分析网络节点弃电情况;然后,构建基于网络节点的新能源消纳阻力评估模型并求解,定位系统中新能源消纳的关键节点,明确各节点新能源消纳制约因素并量化新能源消纳阻力;最后,基于改进IEEE 39节点系统设计算例,验证了评估方法的有效性。所提评估方法可为电力部门采取措施以提升新能源消纳提供依据。

含基于PI控制受端二次调频的特高压直流虚拟同步控制策略

在传统控制策略下,特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电系统缺乏惯性和阻尼特征,不能响应交流系统频率变化。针对上述问题,首先,提出一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术的UHVDC输电系统双端换流站控制策略,该方法保留了同步发电机转动惯量和阻尼系数2个关键参数;其次,改进了虚拟转子中频率的计算方法,并加入了基于PI控制器的受端二次调频环节;最后,针对负荷突变情况,在Matlab/Simulink中搭建了一个双端VSG系统模型进行仿真。结果表明,该控制策略具有惯性和阻尼特征,能够减小频率波动幅度、速度和超调量,抑制直流系统电压波动,同时实现频率的无差调节。

新型快速断路器旁路电抗器的限流智能控制系统

为了有效解决短路电流不断增大对电力系统造成的威胁,文中提出了一种新型快速断路器加装限流电抗器的智能控制系统,该系统主要由限流设备和控制系统组成。当系统正常运行时,快速断路器闭合并将电抗器旁路,快速断路器具有良好的开断性能,对系统影响可以忽略;当线路发生故障时,数据采集系统感知串联在线路中的电流互感器的变化,经过该智能系统的判别,对快速断路器发出开断和闭合命令,以达到限流目的。通过实际案例仿真验证了该智能控制系统能够有效限制短路电流,避免故障期间由于短路电流的增大而引起的电力系统失稳。

基于ICOA-LSTM的短期负荷预测研究

精准的负荷预测有利于电力系统的稳定运行,提高经济性和可靠性。为了提高短期电力负荷的预测精度,提出了一种基于改进型黑猩猩算法优化长短时记忆网络的短期负荷预测模型。由于黑猩猩优化算法存在易陷入局部最优、寻优精度低等缺陷,采用Circle映射策略初始化种群,产生分布均匀的黑猩猩种群,提高黑猩猩种群的多样性,为全局寻优奠定基础;其次,引入螺旋位置更新策略,使黑猩猩种群有多种搜索路径,扩大搜索空间,提高种群的全局搜索能力;然后,引入Levy飞行策略和自适应t变异策略,在最优解位置进行扰动变异,增强抗局部极值能力,提高算法的收敛精度。针对LSTM网络的隐含层神经元数,学习率等参数较难选取的问题,利用ICOA对LSTM网络自动寻找最优参数,建立ICOA-LSTM负荷预测模型。结合某地区的实际数据进行预测分析,结果表明,与BP、LSTM、PSO-LSTM、COA-LSTM预测方法相比,ICOA-LSTM模型具有更高的短期电力负荷预测精度,其预测平均绝对误差为17.01 kW,均方根误差为21.80 kW,平均绝对百分比误差为0.37%。

考虑碳交易的综合能源系统在不同配置情景下的运行分析

大量分布式可再生能源发电机组的部署和碳排放交易的成本可对综合能源系统的运行产生重要影响。首先,针对电热综合能源系统,本文建立了考虑负荷需求、风速、太阳辐射强度和碳排放交易成本等不确定性因素的热网-主动配电网耦合模型。其次,本文采用多时段蒙特卡洛树状仿真的随机方法,分析可再生能源发电集成度和碳排放交易成本对系统运行总成本的影响。最后,本文以新疆能源系统为对象进行了算例分析。算例仿真结果表明:在新能源补贴下滑的大环境下,碳排放交易的实施可以为政府推进可再生能源装机提供新的动力。

基于MMC的半波长交流输电潜供电流抑制措施研究

半波长交流输电技术因其自身的特点在远距离输电场景中提供了一种解决方案,然而潜供电流的问题限制了半波长交流输电技术的发展和应用,现有的潜供电流抑制方案在半波长输电系统中应用时均存在不足。为了解决这一问题,总结了潜供电流的分布规律,在此基础上,提出了基于模块化多电平换流器(MMC)的潜供电流抑制措施,并进行了控制策略的设计以及参数的选取。此外,提出了分相投切无源元件来配合MMC工作从而减少MMC容量的方案。最后,在仿真平台对所提抑制措施进行了仿真验证,结果表明该措施可以有效地抑制半波长交流输电的潜供电流,加快熄弧速度,提高系统的故障恢复效率。

考虑碳交易的电源结构多目标优化模型研究

为优化配置区域电网电源结构,在满足电力电量平衡等约束条件的前提下,研究以经济成本最小、综合能效最大为目标构建碳交易下电源规划多目标优化模型。随后将该优化模型应用于中国某区域电网,对该地区电源结构优化配置进行研究分析。结果显示,碳交易的引入能够促进新能源消纳,降低碳排放,达到低碳高效的目的,实现电源结构的优化配置。

改进的黑猩猩算法优化LSTM的短期电力负荷预测

针对电力负荷随机性强、预测精度不高的问题,提出一种基于改进型黑猩猩优化算法(ICOA)优化长短时记忆网络(LSTM)的短期负荷预测模型。为了避免标准的黑猩猩算法求解LSTM参数优化问题时易陷入局部最优和收敛速度慢等缺陷,首先通过Sin混沌映射初始化黑猩猩种群,增强种群多样性,提高初始解的质量;其次,提出一种非线性收敛因子,均衡算法的全局与局部搜索能力,提高收敛速度;然后,引入反向学习策略和柯西高斯变异对最优黑猩猩进行扰动变异,提高算法局部和全局的开发能力,进而提高算法的寻优能力;最后,利用ICOA对LSTM网络的隐含层神经元数、学习率等参数进行优化,自动寻找最优参数,建立ICOA⁃LSTM负荷预测模型。结合某地区的实际数据进行预测分析,结果表明,与Elman、LSTM、PSO⁃LSTM、WOA⁃LSTM、COA⁃LSTM预测方法相比,文中所提方法的收敛速度和预测精度均有大幅提升。

ICEEMDAN-ISSA-LSTM短期电力负荷预测

针对传统短期负荷预测方法误差大的问题,提出一种基于改进型自适应白噪声的完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)和改进的麻雀搜索算法(ISSA)优化长短期记忆网络(LSTM)的短期负荷预测方法。首先,针对负荷序列波动性大,导致直接使用负荷数据进行预测难以获取内在特征的问题,运用ICEEMDAN方法将原始负荷序列进行分解,得到时间尺度各异的IMF分量;其次,针对LSTM模型参数较难选取的问题,采用ISSA对LSTM的超参数寻优,利用Fuch混沌映射、反向学习策略和自适应t变异改进麻雀算法,减小SSA陷入局部最优的风险,提高麻雀算法的寻优能力和收敛速度;最后,依据分解得到的各组数据特征,建立ISSA-LSTM模型并进行预测,再将各组分量的预测值进行叠加,得到最终的电力负荷预测结果。仿真结果表明:与其他预测模型相比,ICEEMDAN-ISSALSTM模型具有更高的短期电力负荷预测精度,其预测平均绝对误差为9.39 kW,均方根误差为11.47 kW,平均绝对百分比误差为0.19%。

考虑容量约束的储能规模化应用商业模式评价

考虑储能应用价值的容量相关性约束,提出了一种储能规模化应用商业模式精确定量评估方法。采用双梯级函数来表征电网对储能、火电等灵活性调节资源性能和容量的要求;根据储能在源、网、荷侧产生的发电量、输配电量、电费和辅助服务收益等增益,建立“储能+”场景下新能源业主、电网运营商、用户、储能业主等相关方的收入函数;根据增益耗费的储能容量,建立相关方分摊的储能成本函数;综合考虑新能源、电网、用户或者第三方等投资主体的净收益最大,建立储能投资博弈模型。最后,根据甘肃省的实际情况,评价了不同模式场景下规模化推广储能的商业模式,并对关键参数进行了灵敏度分析,论证了不同组合运营方式在特定源荷区域的效果,验证了所提方法的可行性。

基于期望效用–熵的风电交易风险控制方法

在逐步开放的电力市场环境下,发电商可通过在合约市场以及现货市场等不同类型的市场中合理分配交易电量来规避交易风险。在此背景下,针对溢价机制下风电商在电力市场中的电量分配问题,综合考虑了现货电价的不确定性、风电出力的波动性以及风电商对风险的喜好程度等因素,提出了基于期望效用-熵的风电商电量分配决策模型。应用该模型,对风电商在年度合约市场、月度合约市场以及现货市场3个市场的总发电量分配进行了计算。计算结果表明:该模型能够反映风电商对市场风险的偏好程度改变时的决策特征,可使风电商在获得其期望收益水平的同时降低交易风险。

新能源电站应用储能技术对电网公司购售电决策的影响

新能源发电侧大规模应用储能技术会改变电网公司收益,合理安排电网公司在各方能量市场的购电是提升经营效益的有效方案。根据储能系统在新能源电站的容量优化配比方案提出了基于新能源-储能联合系统的购电模型,并考虑中长期购电业务及现货市场购电业务,建立基于条件风险价值的电网公司购售电决策模型;以购售电利益最大、风险损失最小为目标,研究购电策略及有无储能对收益的影响。算例仿真结果表明,新能源上网电价低于火电电价时,新能源电站大规模应用储能技术将为电网公司带来非常可观的收益。