Review of Fault Types, Impacts, and Management Solutions in Smart Grid Systems

Fault management study in smart grid systems (SGSs) is important to ensure the stability of the system. Also, it is important to know the major types of power failures for the effective operation of the SGS. This paper reviews diverse types of faults that might appear in the SGS and gives a survey about the impact of renewable energy resources (RERs) on the behavior of the system. Moreover, this paper offers different fault detection and localization techniques that can be used for SGSs. Furthermore, a potential fault management case study is proposed in this paper. The SGS model in this paper is investigated using both of the Matlab/Simulink and the Real Time Digital Simulation (RTDS) to compute the fault management study. Simulation results show the fast response to a power failure in the system which improves the stability of the SGS.

基于虚拟同步发电机的构网型光储变流器控制策略研究

为了抑制光伏发电的随机性和波动性的影响,提高微电网的供电可靠性,对离网工况下的微电网黑启动方案进行分析,并将其与虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略一起应用于储能变流器中,建立了储能变流器的VSG数学模型,推导了小信号模型表达式,通过在光储微电网系统引入惯性和阻尼,提高了系统电压和频率的稳定性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建模型,验证了零起升压策略的有效性,确保了黑启动过程中线路电压的稳定;并在并网工况下分析了光储微电网系统各个微源之间的协调控制,验证了构网型光储变流器控制策略的有效性。

大容量高压级联储能系统分型融合控制方法

储能的规模化应用为可再生能源高占比的新型电力系统提供重要支撑。高压级联储能系统将电池布置于级联H桥模块直流侧,是提高储能设备单机容量的有效手段。储能变流器控制方式包括跟网型控制和构网型控制两类,其中跟网型控制功率响应快速,但在弱网中易振荡失稳;构网型控制具有主动支撑能力,但存在强网适应性问题。该文提出了分型融合控制方法,实现了跟网特性与构网特性的柔性融合和灵活调节,提高了高压级联储能系统的电网强度适应性。通过仿真分析验证了所提控制方法的实用性与有效性。

附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法

针对LCL型并网逆变器输出电流质量容易受电网电压背景谐波及在弱电网条件下电网阻抗的影响,提出一种附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法。首先,在常规双闭环控制的基础上引入扰动观测器,将电网电压背景谐波视为系统外部扰动,利用扰动观测器实时估算出扰动量并前馈补偿动态消除扰动对系统的影响;其次通过阻抗分析法来分析弱电网系统中电网阻抗引起稳定性下降的问题,在电流扰动观测控制方法的基础上再加入虚拟阻抗进行优化设计,使得并网阻抗在阻抗交截频率较大范围内变化时的相角裕度仍然大于系统所约束的稳定裕度。仿真对比结果表明,所提方法在保持良好的电流质量的同时提高了系统对电网阻抗的鲁棒性。

基于改进粒子群算法的自适应构网型变流器控制策略

构网型控制是一种改善新能源高渗透率下电力系统稳定性问题的技术手段。针对传统构网型变流器均采用固定参数控制而未能发挥出最佳调频效果这一问题,基于构网型变流器控制参数可调的特点,提出一种自适应控制策略,以优化构网型变流器的输出并改善电力系统的动态特性。首先,通过仿真实验得到典型构网型变流器虚拟惯量和阻尼系数在大功率事件下对系统动态特性的影响;其次,研究典型构网型变流器的频率曲线与功角曲线,提出包含频率偏差和频率变化率的自适应构网型变流器控制策略;然后,通过改进粒子群算法对自适应控制策略涉及参数进行整定;最后,基于MATLAB/Simulink搭建的微电网模型,验证所提控制策略的稳定性与鲁棒性。仿真结果表明,所提控制策略可以自适应改变控制参数,使构网型变流器的输出能够满足系统各个阶段的不同需求,优化电力系统的动态特性。

轮辐式索承网格屋盖钢结构单道胎架施工技术

泰安体育场作为山东省泰安市的新地标,其钢结构屋盖采用轮辐式索承网格结构,通过68榀径向索和1道中央环索形成张拉结构体系,最大悬挑跨度为45 m。通过数值分析对施工过程进行了精细化稳定性分析,针对不规则构件吊装的工程技术难点,进行了吊装方案的设计与优化;考虑到成本控制与施工周期,极具创新性地采用了径向单道胎架作为屋盖施工过程中的临时支撑,结合工程实际情况设计了胎架转换结构,并对单道胎架整体在多种可能的荷载组合作用下进行验算与校核。通过对体育场屋盖施工全过程的模拟以及对安装过程中的重难点进行优化分析,为现场施工的安全顺利开展提供了技术保障,可为其他类似采用单道胎架施工方法的工程提供施工方案设计的新思路。

杭州电竞中心车辐式索承网格屋盖结构设计

索承网格结构是一种新型空间结构形式,广泛应用于大跨度空间结构中。针对杭州电竞中心车辐式索承网格屋盖结构进行分析和设计,采用MIDAS有限元软件进行索张拉施工方案设计与仿真,采用ABAQUS有限元软件进行稳定性分析和大震动力弹塑性分析。分析结果表明:在施工过程各个阶段,屋盖钢结构构件应力比始终小于1,索拉力小于索破断力的30%;施工完成时,与设计值相比,屋盖结构最大竖向位移和索内拉力的误差分别为6%和4%;屋盖结构稳定安全系数为9.63,单层网壳结构稳定安全系数为31.2,均大于规范规定的2.0,屋盖结构稳定性满足要求;初始缺陷对本工程单层网壳的影响很小;在大震作用下,屋盖结构构件均未出现塑性变形,且预应力拉索不退张。

基于ABAQUS的新型格型地下连续墙稳定性评估

对于需要采用格型地下连续墙围护的工程而言,设计一种能够节省造价的新型格型地下连续墙并评估其稳定性具有很大的意义。本文以广州某码头项目为背景,结合工程设计资料、钻探、物探资料,设计一种新型格型地下连续墙,并利用ABAQUS有限元软件,建立新型格型地下连续墙模型,模拟基坑开挖过程,进行有限元计算并分析结果,对照现场实测数据,对该种新型格型地下连续墙的稳定性进行评估。研究结果表明:该种新型格型地下连续墙有限元计算最大侧移为20 mm,实测数据为14 mm,满足稳定性的要求,同时达到节省造价的目的;新型格型地下连续墙最大侧移出现在基坑底部与该种新型格型地下连续墙的“一型”位置的相交处;采用ABAQUS模拟,能够较好地对新型格型地下连续墙的稳定性进行评估。

杭州电竞中心结构设计重难点概述

杭州电竞中心内圈主体结构采用钢框架-支撑结构,外圈采用“大倾角梭形斜柱+多段钢折梁框架”,是集承重与抗侧力于一体的结构体系,屋盖采用车辐式索承网格自平衡结构形式。详细介绍了地下结构、中央场馆结构的设计要点,门厅处利用建筑造型空间设计为多段钢折梁与跨层桁架相结合的结构形式;室内二层至三层楼面设计一浮空弧形人行桥,截面形式为薄壁钢箱梁,桥宽2.2m,跨度57m,采用“上挂下支”的稳定结构形式。对整体结构进行了静力弹性、动力弹塑性、振动台试验、典型节点有限元、整体稳定以及局部稳定等系列分析与试验。结果表明:结构在静力荷载和地震作用下强度和刚度均满足规范要求;典型节点极限承载力为荷载设计值的4.17倍;结构整体稳定性安全系数为3.79;斜柱局部稳定安全系数为2.52。合理的设计保证了结构的安全、经济和实用性。

弱电网下LCL型并网逆变器高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略

并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD)策略可以在不增加额外传感器的前提下,有效抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰。在电网电压畸变的工况下,GCFAD策略往往与电网电压前馈策略同时使用以改善并网电流质量。然而,通过研究发现,传统GCFAD策略等效虚拟阻抗在中低频段的正阻特性会导致并网逆变器输出阻抗在中频段产生一定的相位滞后,从而降低了系统在电网电压畸变且附加电网电压前馈策略的情况下,对电网阻抗变化的鲁棒性。为了解决这一问题,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼(high robustness grid-current-feedback-active-damping,HR-GCFAD)策略,使虚拟阻抗在高频处呈现正阻特性以抑制LCL谐振尖峰,增强了系统的稳定性;在中低频段呈现负阻特性以提高系统中频段输出阻抗相位,进而提高了系统在附加电网电压前馈策略时对电网阻抗变化的鲁棒性。理论分析和实验结果充分验证了所提策略的有效性。

离网式三端口风光互补抽水切换策略研究

为解决风光随机波动性和间歇性给发电系统带来的干扰,基于三端口变换器设计离网式风光互补抽水系统,以风力发电系统和光伏发电系统作为系统输入电源端,异步电机抽水为系统负载端。首先,分别对风力发电系统、光伏发电系统及抽水系统建立数学模型,针对风光交替切换及同时切换的控制策略进行研究。其中,光伏侧采用优化变步长电导增量法,永磁同步电机与异步电机采用按转子磁链定向的矢量控制,通过异步电机电压外环控制直流母线电压,永磁同步电机转速外环控制系统功率,三端口变换器拓扑根据风光切换的变化情况也相应跟随改变,弥补了风光发电系统的不足,保证系统运行的稳定性,实现风光发电抽水和电能转化一体化的目标。最后,通过Matlab/Simulink软件搭建离网式三端口风光互补抽水系统的仿真模型,结果验证了模型设计的合理性及系统运行工作时切换策略的正确性和可行性。

面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域

燃气机组调峰的灵活性有助于提升可再生能源消纳水平,但所造成的管道压力剧烈波动却为天然气管网引入新的安全风险。该文提出一种面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域,以表征满足动态管流安全的燃气机组有功调整量的集合。首先,分析以时域连续的气负荷质量流率作为注入空间的天然气管网动态安全域难以实用化的原因。为此,提出将燃气机组进气口质量流率转化为有功调整量的函数,定义以初始运行点为基准、以各燃气机组有功调整量为注入空间的天然气管网动态安全域。为兼顾计算精度和效率,基于时空正交配置法对管网连续变量进行近似离散,建立安全域边界搜索优化模型。并进一步揭示天然气管网稳态安全域可通过松弛该优化模型中部分约束条件求解得到,为动态安全域的一种退化形式。算例结果表明,所提方法克服天然气管网稳态安全域对于日内安全分析过于乐观的局限性,有助于增强电力-天然气耦合系统的协同态势感知能力。

新型电力系统下分布式光伏规模化并网运行关键技术探讨

推进分布式光伏规模化并网是实现“碳达峰·碳中和”目标和构建新型电力系统的重要举措。基于此背景探讨面向新型电力系统的分布式光伏规模化并网运行关键技术。首先,归纳并阐述分布式光伏发展现状、并网方式及运行模式,分析大规模分布式光伏接入给电网调度运行带来的挑战。其次,面对上述挑战,从信息集成、监测预测、平衡调度、聚合控制等视角提出系统调度运行关键技术,助力电网调控模式转型升级。然后,考虑实际工程需求,构思满足电网安全稳定运行的分布式光伏技术标准体系,以期促使分布式光伏“可观可测、可调可控、友好互动”。最后,调研并梳理国外分布式光伏规模化并网运行先进经验,并对我国分布式光伏并网协同探索、运行服务支持及市场交易参与等课题提出建议。

考虑振荡型功率的直流微电网储能系统无互联通信网络的多目标功率分配方法

随着新型电力系统建设持续推进,直流微电网将成为配电网的重要组成部分。直流微电网接入交流负载时,振荡型功率会进入直流系统,影响分布式储能系统功率分配。为此,给出了储能系统功率分配综合原则,并以此提出一种无互联通信网络的功率分配方法。该方法以荷电状态作为“信息载体”,各储能单元仅需本地荷电状态(state of charge,SOC)信息即可完成自适应调整,在实现SOC均衡控制的同时,还能够让振荡型功率合理分配。此外,从等效输出阻抗的角度出发,对不同控制算法的分配效果展开了详细的分析讨论,表明了所提控制算法可以满足综合原则的要求。最后,通过实验验证了所提分布式储能控制策略的有效性。

新型电力系统下的电网安全挑战与对策研究

新型电力系统的发展给电网安全带来了一系列挑战,包括自然灾难、设备故障、电网管理、恶意破坏等传统风险,以及大规模可再生能源接入和信息技术快速发展等新兴安全问题。文章梳理了国外电力系统及我国新型电力系统的发展特征和形势,研判了新型电力系统下的电网安全风险和挑战,并从预测预警预判技术、极端气候对电网的影响、网络信息安全、风险管理标准4个方面梳理了全球应对电网安全的措施。在此基础上,提出加强电网前瞻性规划部署、提升电网资源配置效率和整体韧性、推动先进技术研发和应用、完善风险管理措施等应对建议,期望为我国电网提高电力供给能力、安全稳定性、韧性提供参考依据。

基于鲁棒控制的风光发电并网系统谐振控制方法

随着风力和光伏发电量的日益增多,电能的消纳成为当前热点。将风电和光伏充裕的电量送入电网是解决电能消纳的关键,但与此同时会影响并网输出电能质量。提出基于鲁棒控制策略风光发电并网系统谐振控制方法,可有效提高并网输出电能质量。首先在系统性能要求的基础上,选取加权函数和系统结构不确定性描述函数,建立风光发电并网系统数学模型,最后通过求解得到鲁棒控制器。在Matlab/Simulink仿真平台上,比较所提控制方法与传统PI控制方法,验证了所提控制方法应对风光发电并网系统谐振控制具有较强的鲁棒性。

大跨度维修机库网架结构选型研究

机库网架结构工艺要求具有大跨度、大门一边无支撑点的特点,目前较成熟的结构方案是大门桁架结合平板网架。文章依托某配备智能维修系统的大门跨度156m的实际工程,对比研究了四种三层网架的竖向位移、经济性等参数,为大跨度维修机库屋盖结构设计提供选型参考。

面向桥型架构电网的资源共享型双主站稳控系统设计

当局部电力送出或受入电网架构为桥梁型或三角环型时,常规稳控系统设计方式无法准确选取故障断面和制定控制措施量,可能导致稳控系统动作措施量过大,进而产生功率不平衡量引发电网频率大幅波动,尤其在体量相对较小的异步运行电网中,带来的负面效应更加明显。文章设计一种面向桥型架构电网的资源共享型双主站稳控系统,通过优化稳控系统架构设计、选择可靠通信网络及设计高效数据算法、精准识别电网运行方式及匹配故障参考断面、准确选取控制资源的方式,在电网故障时可以实现以最小过切精准切除的方式解决系统问题。文中的设计思路在西南电网某省的区域稳控系统中实现了工程应用,通过厂内测试实验及实时数字仿真系统(real-timedigitalsimulationsystem,RTDS)实验验证了稳控系统的可靠性,同时也为后续在同类型的电网中推广应用提供了参考。

离网型光储微电网应用与故障分析

偏远地区电网较薄弱,构建离网型光储微电网支撑大型工业生产很有必要性。介绍了西藏某采矿项目中离网型光储微电网的组成、应用、故障分析,建议利用储能系统来构建微电网,同时选择大容量的储能配比,微电网中变压器尽量采用软起动方式。

基于ICEEMDAN与BiLSTM的交直流混联电网故障识别

针对交直流混联电网故障特征提取困难与故障类型识别准确率低的问题,提出了一种基于改进的完全自适应噪声集合经验模态分解(ICEEMDAN)和蜜獾算法优化双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)超参数的交直流混联电网故障类型辨识方法。首先,利用ICEEMDAN对线路故障电压电流进行分解;然后,基于方差贡献率与相关系数联合特征指标选择模态分量并求其峰峰值,以选出的模态分量的峰峰值作为特征向量输入至蜜獾算法优化后的双向长短时记忆网络进行故障类型辨识。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了交直流混联电网模型对所提方法进行验证。实验结果表明,所提算法故障辨识准确率达到99.5%,受不同故障线路、故障过渡电阻、故障位置、数据丢失影响较小,并且对10 dB噪声干扰下的含噪声信号的故障辨识准确率达到95.9%,具有较强的适应性。