计及信息不确定性的多端交直流混合配电网分布式二级协同控制

分布式一致性控制(distributed consensus control,DCC)因其灵活协同能力成为交直流混合配电网二次控制的新途径.然而,传统DCC并未考虑实际通信环境中存在的随机时变时延和数据丢包问题,这致使其在非理想通信环境下难以稳定跟踪一致性期望目标.为此,本文提出一种计及信息不确定性的分布式二级协同控制策略.利用变量累加补偿机制,对时变时延和数据丢包进行统一等效.进而基于附加一致性算法(surplus consensus algorithm,SCA)构建具有零稳态误差特性的估计器,并对其收敛性进行推导证明.在此基础上,设计稳态收敛性能不受通信约束干扰的SCA-DCC控制器,实现非理想通信环境下的精准平均电压偏差调节和有功功率成比例分配.随后,以时延容忍度为指标优化SCA-DCC控制器参数,满足系统在不同通信条件下的稳定需求,进一步增强控制器的通信鲁棒性.仿真结果表明,在不同功率扰动和故障工况下,与现有控制策略相比,所提控制策略能够克服时变时延和数据丢包产生的负面影响,在维持较优动态响应性能的同时使稳态电压偏差降低73.08%~85.25%,具有控制精度高和抗扰动能力强的特点.

基于鲸鱼群算法的交直流混联系统无功电压控制方法研究

高效安全地实现交直流混联系统降损与电压控制受到广泛关注,以网络损耗或电压偏移量为单一目标的传统的无功优化模型不能精确反映电网的安全性和经济性。该文针对交直流混联系统,建立了兼顾网络损耗和电压偏差的多目标无功电压控制优化模型,提出一种基于传统的鲸鱼算法(whale optimization algorithm,WOA)与粒子群(particle swarm optimization,PSO)相结合的鲸鱼群(WOA-PSO)模型求解算法。通过引入基于鲸鱼算法的包围策略,加速粒子群的迭代搜索过程,从而提高算法的全局优化能力;通过算例验证,并与基本粒子群算法、鲸鱼算法对比分析,说明所提方法具有良好的收敛性和寻优能力。

大规模海上风电场多端直流输电系统的最优电压控制

为实现了海上风电场多端直流输电系统直流网损最小,研究了一种电压下垂跟随控制策略。采集海上风电场电能参数,实时更新网侧换流站下垂增益,利用非线性规划模型来实现多端直流输电系统的优化,实现约束条件下的最优系统功率潮流。以风电场环形拓扑多端直流输电系统为例,列出目标函数和约束条件,建立最优化问题数学模型。基于序列二次规划法,针对3种电力调度模式,采用MATLAB仿真验证该控制策略的有效性。仿真结果表明,与传统电压下垂控制方法相比,该控制策略可在低风速条件下以更小的功率损失实现电能传输。

大型交直流并联输电网网损优化理论及其在南方电网中的实现

交直流并联电网的网损优化问题与传统无功优化问题有很大不同,纯交流电网主要通过合理配置系统无功以降低网损,而交直流并联电网则是通过调整直流功率改变有功潮流分布,从而实现降低全网网损。尤其对于远距离、大容量、交直流并联送电的南方电网,调整交直流潮流分布降低主网网损则具有更加重要的意义。然而实际运行中主要依靠经验调整交直流潮流,亟需一种能够指导交直流输电网损优化的理论方法和适用于大规模系统的网损分析工具。该文系统分析交直流潮流分布影响网损的机理,提出相应网损优化最优潮流模型和最优等网损微增率原则。同时提出适用于大区电网规模的实用计算方法,在保留系统完整拓扑模型基础上实现算法的高准确性、稳定性和快速性。所提出的交直流并联电网网损分析理论和实用方法,已经应用于南方电网实际调度运行工作,并取得了较大的降损效益。

电力系统安全经济调度网损协调优化方法

安全经济调度领域广泛采用的直流最优潮流算法无法体现机组对网损的影响,为此提出了电力系统安全经济调度的网损协调优化方法。将网损价格因子和网损协调系数引入目标函数,建立了改进直流潮流模型,实现了负荷在机组间的最优分配;利用交流潮流方法计算系统实际网损,并利用增量直流潮流模型将网损在机组间进行合理分摊;最后利用交直流迭代思想修正网损价格因子和网损协调系数以优化网损分配方案。IEEE14节点和IEEE118节点算例验证了该方法的可行性,算例结果充分逼近了交流最优潮流的计算结果,符合实际系统运行状况。

基于网损等值负荷模型的直流潮流迭代算法

为提高直流潮流计算精度,研究了标准直流潮流模型中由于忽略支路电阻而带来的有功平衡问题,给出了按比例调整出力或负荷、引入网损等值负荷模型这2种有功平衡方法。为了使网损等值负荷模型的应用不依赖于交流潮流的收敛性,重点提出一种改进的直流潮流算法,该算法通过网损迭代得到等值负荷的大小,且保留了标准直流潮流求解的便利性和快速性。实际电网算例的计算结果表明,提出的改进直流潮流算法与标准直流潮流算法相比,计算结果的精度大幅提高,在交流潮流不收敛的情况下,可作为一种有效的近似潮流计算方法。

一种适用于大规模直流电网的优化下垂控制

传统的下垂控制策略斜率值恒定,当系统运行状态改变时,直流电压的调整和有功功率的分配只能按照该斜率值去进行,而忽略了电压调整对系统直流网损的影响。为此以直流网络损耗最小为目标提出一种斜率可优化的下垂控制策略,其特点是:下垂控制的斜率值不再是固定的,优化算法能够对下垂控制的斜率值进行优化,使系统在调节直流电压和平衡有功功率的同时实现直流网络损耗最优。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,对所提出的控制策略进行了验证,仿真结果证明了所提出控制策略的有效性。

直流电机网络控制系统仿真

对直流电机网络闭环控制系统进行仿真分析,根据电机网络闭环控制系统原理建立仿真模型。对具有数据丢包的直流电机网络伺服控制系统输出响应特性进行仿真,比较系统分别采用PI控制及增益,可调PI控制方式时的输出特性。结果表明,相比常规PI控制增益可调PI控制方法在网络环境下具有更好的控制特性。该研究为网络伺服控制技术提供可靠的参考依据。

中低压直流配电网线损计算与分析

伴随着功率半导体器件、电力电子器件的发展与成熟,直流技术应用在电力系统配电网中受到越来越多的关注。文中建立了直流配电网各元件损耗的数学模型,利用PSCAD仿真技术分析元件模型的可行性并选定元件损耗的计算参数,分析交、直流配电网及其元件在不同比例直流负荷、轻重负载下的损耗情况,提出交、直流配电网线损拐点的预测区间,从能耗的角度给出直流配电网替代交流配电网的可能性。研究表明,直流配电网线损率在直流负荷比例为50%～60%区间内低于交流配电网,且直流负荷比例越重,直流配电网较于交流配电网具有更好的节能效果。

直流潮流控制器对多端直流系统的运行网损分析

直流潮流控制器可有效增强复杂直流系统中的潮流可控性,对直流电网运行网损具有一定的调节能力。为统一描述和比较各类直流潮流控制器的外特性,建立了基于等效变比M的外特性模型。首先以三端环网直流系统场景为例,结合上述变比模型,合理分析并比较不同直流潮流控制器对该直流系统运行损耗的影响。分析表明,通过对直流潮流控制器合理选型并设定优化控制目标,单个直流潮流控制器和多个直流潮流控制器分别可使系统运行损耗最多降低0.0002%和1.81%。并针对一个四端直流输电系统场景,建立反应特定三线间直流潮流控制器对系统运行网损影响的定量模型,该场景下网损最大降幅为3.35%。最后,针对具体的两个典型场景在PLECS环境下搭建仿真模型,验证了上述模型的有效性和稳定性。

考虑换流器功率传输裕度的直流配电网优化重构研究

直流配电网中可变负荷功率波动大,当换流器功率传输裕度(可通过自适应下垂系数表征)较小时,换流器传输功率易达限值,失去对潮流变化的响应能力。为解决上述问题,将换流器自适应下垂系数、网络损耗、节点电压偏移作为直流配电网网架结构优化的寻优目标,经隶属函数模糊化处理得到目标函数,并采用牛顿迭代法对计及换流器准确损耗模型的直流配电网进行潮流计算,最终由二进制粒子群算法迭代求得上述指标综合最优的直流配电网网架结构。在修改后的IEEE33节点直流配电网中验证了其正确性和有效性。

含分布式电源的交直流混合配电网潮流分析

随着电力电子技术的不断发展,直流输出型分布式电源不断接入不同等级配电系统,伴随着交直流敏感负荷数量的显著增加,急需研究一种满足分布式电源接入的交直流混合配电网潮流分析方法。针对具有多端点结构的交直流混合配电网,通过分析VSC(电压源变换器)损耗和直流、交流线路损耗对配电系统的影响,并考虑因换流站数量增加所导致的不可忽略的换流站损耗,提出混合交直流配电网连续潮流计算方法,建立混合交直流配电网模型,设计2种不同的混合交直流配电网的拓扑结构,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,考虑网络损耗和网络内换流器数量较多的变换器损耗,特别是考虑到交流或直流母线占主导地位的网络,会导致网络间的潮流解和功率转移有很大的不同。

多类型分布式电源接入下的低压交流与直流配电网运行经济性对比

配电网运行经济性是配电网经济评估的重要组成部分,直接影响着用户用电效益。随着直流配电网的快速发展以及多类型分布式电源接入低压配电网,如何定量评估低压交流与直流配电网运行损耗,进而对比二者运行经济性,对于未来低压配电系统的规划和运行具有重要指导意义。根据含有多类型分布式电源接入的低压交流与直流配电系统典型拓扑结构,建立了基于系统全环节功率损耗的交直流运行经济性对比评估模型,并以运行经济性为优化目标建立考虑储能充放电状态的配网运行策略优化模型。最后基于深圳中美中心低压直流配网示范工程实际数据对系统典型运行日的功率损耗进行分类统计,对比了交流与直流配网运行经济性的差异以及储能接入的影响。结果表明,在多类型分布式电源接入下,系统功率损耗呈现明显的时空分布差异性,且长期运行下低压直流配电网运行经济性具有一定优势。

基于模拟退火遗传算法的交直流系统无功优化与电压控制研究

交流与直流输电配合进行的混合输电系统不断建设,逐渐成为远距离输电以及区域互联的主要方式之一,其对无功平衡和电压稳定也提出了新的要求。提出了一种基于模拟退火遗传算法的交直流系统的无功优化以及电压控制方法。建立了交直流混合输电系统潮流计算模型。给出了混合输电系统的无功优化模型:以网损和无功经济成本最小为目标函数,约束考虑了直流换流器变比、控制角、节点电压限制以及潮流约束。然后给出了采用模拟退火遗传算法求解该模型的步骤。最后采用增加直流输电线路的IEEE30节点进行验证,结果表明该方法具有收敛性好、结果更优等优点。

高功率密度永磁无刷直流电机铁耗计算分析

针对高功率密度永磁无刷直流电机铁心损耗的计算方法及其对电机参数设计的影响,对比分析了几种计算方法的结果,提出的基于磁密波形的正交分解-傅里叶分解法的计算结果最接近实测值。基于此方法,研究了3200W样机定子铁心损耗密度的分布及铁心损耗随负载转矩和转速的变化规律。结果表明定子铁心损耗的分布与磁密分布具有相似性;选用2对磁极和35WW230硅钢片材料,使得涡流损耗和磁滞损耗随转矩和转速变化的曲线交点分别出现在额定转矩和额定转速之后。对于高功率密度永磁电机,避免齿部磁密过分饱和、选用较小极对数和涡流效应较小的硅钢片材料,可减小额定工况下的铁心损耗,提高电机工作效率。

中压交、直流配网供电能力比较

在原有中压交流配网电缆线路保持继续使用的前提下,对中压交、直流配网的供电能力进行了比较。考虑电缆线路绝缘要求,对直流配网运行电压的选择进行了讨论。在电缆线路的导线截面、电流密度与绝缘水平相当的前提下,从线路损耗、沿线电压损失和最大供电容量等方面对交、直流配电方式进行了理论推导和分析比较,并结合实际电缆参数对10kV电压等级的交流配网与±7.5kV电压等级的直流配网进行了计算比较,得出了在电缆线路绝缘水平相同的情况下中压直流配网在线路损耗、供电半径、最大供电容量等方面优于中压交流配网的结论。

计及DG与负荷时序特性的直流配电网规划

现有交流配电网在供电容量和新能源接纳等方面面临诸多问题。提出规划建设直流配电网,考虑典型分布式能源和负荷的时序特性与接入配电网的换流损耗,以线路、分布式电源和换流装置年费用、向上级电网购电年费用最小及环境效益最优为目标,建立了配电公司为规划主体的新型直流配电网规划模型、网架和DG独立编码,利用自适应遗传算法交替求解。算例表明:直流配电网规划方案更优,采用时序模型规划结果更经济,接入更多分布式能源,减少线路损耗与换流损耗;直流负荷比例提高,直流配电网优势更加明显。

基于电力电子变压器的交直流混合配电网日前经济运行策略研究

多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路,实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济。提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略。首先基于交直流混合配电网典型拓扑,分析含PET交直流配网的灵活调控能力;然后根据PET运行过程中的物理约束,分析多端口PET各端口功率流动关系,建立混合配网中PET的能量流动模型;最后以交直流混合配网运行成本最低为目标函数,以系统功率平衡、潮流越限和设备运行上下限的约束为约束条件,建立交直流混合配电网日前经济运行模型,提出了基于CPLEX求解器的模型求解方法。以我国某地区交直流混合配电网示范工程为例,建立了该示范工程的混合配网日前经济运行模型,并进行了求解。算例结果表明,所提运行策略可以有效地降低系统运行成本,提高可再生能源消纳水平。

基于灵敏度的光储直流配电网电压/网损自适应优化协调控制

直流配电组网形态对分布式光伏、储能等直流电源具有天然接纳优势,是实现碳达峰、碳中和目标的有效途径之一。分布式光伏随机功率波动易导致直流配电网潮流双向性变化,节点电压频繁越限以及运行网损增大等问题突出。针对含分布式光伏与储能接入的直流配电网(光储直流配电网),提出了计及电压调控与网损优化的协调优化控制策略。首先,分析了光储直流配电网的电压调控特性,并推导出适用于光储直流配电网的电压、网损灵敏度解析表达式;然后,设计了基于灵敏度的光储直流配电网电压校正与网损优化双模式自适应切换的协调优化控制策略,实现对电压源换流器(voltage source converter,VSC)、DC/DC变流器以及储能可控性资源的协同控制,以兼顾对系统网损优化和电压安全控制的要求;最后,通过DIgSILENT和Python仿真与程序设计,基于33节点和69节点的光储直流配电网模型验证了所提控制策略的有效性。

基于CSR直接列写节点导纳矩阵的大电网直流潮流快速计算方法

针对传统的节点导纳矩阵列写并转换为压缩存储时所需计算内存过大、潮流方程求解耗时长的问题,提出了一种按CSR(Compressed sparse row)压缩存储格式直接列写节点导纳矩阵的大电网直流潮流快速计算方法.算法计及多回线的等值,按节点编号顺序计算节点导纳矩阵的上三角非零元素,拼接形成CSR格式的数值、列号、行偏移列向量.从收敛交流潮流中获取支路损耗或估计不收敛网络的支路损耗,将支路损耗作为等值负荷计入对应节点的有功负荷.采用支持CSR格式的PARDISO求解器实现基于稀疏技术的直接法快速求解.IEEE300节点算例与某11827节点实际电网的计算结果表明:所提方法求解速度快、无需迭代、占用内存小,与交流潮流计算结果吻合度高,能够满足大电网快速潮流计算的需求.