考虑功率变化的过负荷输电线路热稳安全裕度计算方法

随着电网互联复杂程度的提高,热稳定性已成为限制电网输电能力的主要因素。特别是在输电线路过负荷情况下,现有方法忽略了线路功率变化引起的动态热特性,使得线路热稳安全裕度计算存在误差,可能导致保护过早动作而切除线路,甚至威胁整个电力系统的安全稳定运行。为此,本文分析了影响输电线路温升过程的因素,建立了机组运行方式、功率调节与过负荷线路功率之间的灵敏度模型,并结合线路动态热平衡方程,提出了一种考虑功率变化的过负荷线路热稳安全裕度计算方法。算例表明,该方法充分考虑了过负荷线路功率变化对热稳定性的影响,在确保输电线路安全运行的同时,能最大限度地延迟保护的动作,从而减小停电范围和连锁故障。

计及复合碳泄漏效应的电力系统双层规划

“双碳”目标下,不对称碳监管政策在电力行业低碳转型路径中引发的强、弱复合碳泄漏效应需要引起关注。针对单边碳减排政策在电力系统中的影响,结合边际电价理论构建了考虑输电网级能源网架扩展与配电网级能源枢纽负荷行为的电力系统双层规划模型。首先,在上层能源网架规划中分析线路扩展带来的弱碳泄漏效应,通过拉格朗日乘子求解电网边际电价,在此基础上计及强碳泄漏效应影响下的负荷转移行为,建立下层能源枢纽经济规划模型;其次,分析碳泄漏的成因并提出缓和手段,建立对应模型;然后,提出电力系统双层低碳规划的求解流程,并设计提升双层规划收敛性的二分启发式方法;最后,在改进的IEEE 12节点系统与改进的IEEE 236节点系统中进行仿真,分析碳价格与碳泄漏缓和手段对碳泄漏效应的影响,算例结果验证了碳泄漏的形成渠道与影响。分析免费碳配额或碳排放关税对碳泄漏效应的缓和作用与风险,同时,研究双层规划模型收敛性,可为电力系统低碳转型路径中开展合理碳监管提供参考。

“变电+充电”多功能站的负荷安全裕度评估方法

随着电动汽车快速发展,城市大型充电站的站址愈发紧张,与110 kV或35 kV变电站集成的“变电+充电”多功能站(简称变充电多功能站)可以充分利用已有变电站的空间资源,成为一种可行选择。然而,快速普及的电动汽车-电网互动技术为变充电多功能站的安全评估引入了新的边界条件,传统的变电站负荷裕度评估方法已不再适用。文章提出一种考虑车网互动以及N–1准则的变充电多功能站负荷安全裕度评估方法,首先构建了变充电多功能站的系统安全模型,然后采用降维投影可视化方法,进一步提出变压器负荷安全裕度的指标,最后结合实际电网算例验证方法有效性。本文方法为以变充电多功能站及其所属的城市配电网安全分析提供了理论基础。

鞍结分岔与极限诱导分岔的电压稳定性评估

提出了一个改进的约束优化方法来计算电压稳定性评估指标——负荷裕度,并以此来评估新型的电压崩溃现象——极限诱导分岔和传统的鞍结分岔。为了和现有的一些电压评估算法保持一致性,发电机无功极限约束被引进到了优化问题的约束条件中,并以此来判定无功/电压约束转换点和判断系统的电压崩溃类型。针对不同的系统模型,文中给出了各个系统的电压崩溃类型和负荷裕度。算法的有效性通过IEEE30,57,118母线系统、西日本(West-J)27母线系统和1个1047母线系统模型的仿真的得到了验证。该方法可有效地应用于电力系统电压稳定分析与评估领域。

基于填充函数方法的最小静态负荷裕度计算

电力系统运行中约束条件的多样性和复杂性很容易造成优化问题非凸和多峰,传统的优化方法很容易落入局部最优解中。填充函数可以使最优解跳出局部最优,以更大的可能性得到全局最优值。文中将全局的填充函数方法结合原对偶内点法应用于电力系统最小静态负荷裕度计算。传统负荷增长裕度的计算需要预先给定负荷增长方向,文中提出了一种可以考虑不同负荷增长方向的计算模型,只要给定负荷增量的功率因数,就可以求得最小静态负荷裕度及相应的负荷增长方向。此模型非凸并且负荷裕度边界超平面是多峰的,填充函数的使用可以有效避免局部最优。算例计算说明了该模型和求解方法的有效性,具有很好的实用价值。

分区总负荷空间上电压稳定安全域的研究

提出了一种高维节点负荷空间到分区总负荷空间的电压稳定安全域降维方法。分区总负荷空间中的电压稳定安全域具有空间维数低,易于描述,便于实现电压稳定在线监测和控制等优点。应用切平面作为该域边界的局部近似,进行电压稳定性的实时监控,从而在保证计算精度的前提下节约计算代价。通过一种迭代搜索算法获取最敏感分区总负荷变化方向,此方向能够辅助运行调度人员进行电压安全监视,同时揭示出电压稳定敏感分区,为安全控制措施的制定及分区总负荷空间中电压稳定安全域的局部可视化表达提供有价值的信息。

一种求解最小负荷裕度的混合算法

提出一种求解静态电压稳定约束条件下最小负荷裕度的混合算法。针对连续潮流算法,提出一种快速有效的极限诱导型分岔识别方法,计及无功补偿设备的投切对负荷裕度的影响,利用负荷增量功率因数约束负荷增长方向,计及发电机无功约束改进自适应步长控制策略。针对粒子群优化算法,采用变权重系数和变学习因子策略,提出一种早熟判据在一定的概率条件下对粒子进行变异,结合模拟退火过程避免算法陷入局部最优。测试算例结果验证了算法的有效性。

一种计算最小负荷裕度的实用方法

最小负荷裕度能量度从当前运行点到电压失稳点的最恶劣的一种演化,为电压稳定预警提供更多信息。文中提出一种计算最小负荷裕度的实用方法。结合控制中心实际,得到一种负荷模式以及模式波动的表示形式,从而建立实用的连续潮流模型和求取最小负荷裕度的优化模型,推导了负荷裕度对于负荷模式的灵敏度,并采用序列线性规划法来快速、有效地求解最小负荷裕度。给出的期望负荷裕度和最小负荷裕度为电压稳定预警提供更丰富的规则信息。新英格兰10机39节点系统的仿真算例验证了所述方法的有效性。

基于动态潮流的非线性规划法求解电压稳定裕度

电力系统电压稳定裕度是评估电力系统安全稳定性的重要指标。鉴于常规非线性规划法求解电压稳定裕度时,未计及负荷增长过程中各发电机组有功出力的增长方式,计算结果过于理想。结合动态潮流思想,提出一种考虑发电机有功出力增长方式约束的动态非线性规划法模型。在模型中,以结合实际选定的发电机有功出力增长方式来分担系统全部有功不平衡功率,使得利用动态非线性规划法求得的电力系统负荷裕度结果更加贴近实际,不受平衡点选择的影响。IEEE-30节点测试系统和辽宁电网实际系统的算例结果表明,利用动态非线性规划法计算的电力系统电压稳定裕度结果较常规非线性规划法更具合理性和实用性。

基于内点法的电力系统最大输电能力计算

针对电力系统最大输电能力问题,选用最优化方法,将其转化为以系统输电能力最大为目标函数,同时满足一系列等式和不等式约束条件的最优化问题。运用模糊集理论将反映系统运行限制的可伸缩不等式约束模糊化,使之能够越限在允许范围内,然后采用原始-对偶内点法求解。对IEEE14节点系统的仿真计算结果表明,允许适当越限的模糊不等式的引入,能够获得较一般优化方法更大的最大输电能力,并且随着系统允许越限量的增大,最大输电能力也不断增大。所提方法不仅能够在不增加计算量的基础上快速求解,而且能够使待求问题在更加符合实际情况的基础上实现了最优化,满足了安全性与经济性的双重要求,具有一定的应用价值。

节点注入功率模式对电压稳定裕度的影响

新一代能量管理系统(N-EMS)的计算模式特点是实时、跟踪、递归和智能预警。此模式需要高效的算法作支撑,由于启动单次计算步长间隔的缩短,线性近似的合理性得到加强,灵敏度计算用于此能满足计算模式的要求。文章针对N-EMS的主要组成部分——电压稳定分析功能,定义了3类节点注入功率模式:负荷的随机变化方向、发电机的响应设定方向、负荷的有功和无功比例,建立了易于被调度中心运用和理解的连续潮流模型,在此模型基础上分别推导得到负荷裕度对3类模式的灵敏度公式,据此分析节点注入功率模式对负荷裕度的影响,以便能够快速进行电压稳定预警和采取有效的校正控制来避免电压崩溃。通过新英格兰10机39节点系统的仿真算例验证了所提方法、思想的合理性。

基于负荷裕度随机特性的电压失稳概率问题研究

为了克服传统分析方法在电压稳定问题研究中存在的不足,需要掌握与电压失稳现象相关的一些概率信息。针对这种情况,提出了一种基于负荷裕度随机特性的方法来计算系统电压失稳的概率。该方法通过研究连续潮流计算中与临界点位置密切相关的参数随机变化来确定相应的负荷裕度的随机特性,并在此基础上利用半不变量方法获取所需的电压失稳概率。由于该方法在计算过程中考虑了更多不确定性因素对电压稳定的影响,因此其结果在准确性和合理性上都有很大程度的提高。对IEEE 39节点系统的仿真研究证实了上述方法的正确性。

长脉宽模式下雷达供电系统功率波动机理研究

长脉宽工作模式引起的雷达系统功率大范围波动对供电系统稳定性造成影响。首先建立阵面发射单元的数学模型,根据脉冲负载的平均功率供电模式特点,提出了电流裕度的概念。采用状态空间分段方法,分析了供电系统的电压和电流变化规律,推导出长脉宽工作模式下系统功率波动函数及其简化形式。然后,提出峰峰值与平均功率比PAPR(peak-peak to average power ratio),用以定量分析功率波动程度,根据该指标,分析了影响系统功率波动的影响因素,得到了功率波动与影响因素之间的关系。最后通过实例分析,验证了所提出的结论,为长脉宽工作模式下雷达电源系统设计奠定了理论基础,具有良好的工程应用价值。

电力系统静态电压稳定域边界快速搜索的优化模型

电力系统静态电压稳定域(SVSR)是分析、评估含随机性和不确定性因素影响的电力系统静态电压稳定性的重要工具。连续潮流虽可构建高精度的SVSR,但其计算效率低;超平面近似可提高SVSR构建效率,但其构建的SVSR保守性较强。为提升高精度SVSR构建效率,提出一种SVSR边界快速搜索的优化模型。该优化模型基于电力系统SVSR边界拓扑特性,实现高精度SVSR边界的快速搜索。该优化模型首先采用传统优化潮流模型确定初始SVSR边界点,然后以已求SVSR边界点为初始点,采用所提优化模型搜索下一个SVSR边界点,实现SVSR边界上所有SNB点的快速搜索,进而构建出高精度SVSR边界。最后,通过WECC 3机9节点测试系统、IEEE-118节点测试系统和1354节点欧洲大陆互联电网,对该方法的有效性和实用性进行分析和验证,结果表明,该方法可实现高精度SVSR边界的快速搜索。

自动电压控制系统对广东电网静态电压稳定性的影响

自动电压控制(automatic voltage control,AVC)系统是现代电网运行中维持电压质量和经济性的重要手段。分析AVC系统调控对广东电网静态电压稳定性的影响对于指导电网安全稳定运行具有重要的意义。文中建立了含二级电压控制作用的广东电网潮流计算和连续潮流计算模型,阐述了对连续潮流法的若干改进策略以提高其鲁棒性和计算速度。评估了正常运行状态和预想故障下AVC系统对广东电网静态电压稳定性的影响程度。结果表明:该系统能够提高广东电网的静态电压稳定裕度。文中研究可为广东电网运行中充分发挥AVC系统作用及维持静态电压稳定性提供参考。

基于负荷裕度最大化的发电出力优化(二)模型求解

在修正方向已知的条件下,首先建立了修正步长的优化模型,并通过对前后2次出力方式修正角度的限制,使模型只需进行一次迭代即可确定较优的修正步长,在保证收敛精度的同时大大减小了计算量;然后通过已知的修正方向和步长更新发电机出力方式,并在新的发电机出力方式下重新计算崩溃点,通过交替迭代使负荷裕度和发电机出力方式逐步收敛于最优值。在多个IEEE标准算例上验证了所提出方法的快速、有效性,并根据仿真结果对有功出力优化在提升系统负荷裕度方面的作用进行了总结。

含风电场电力系统的负荷裕度概率分析混合方法

负荷裕度是电力系统静态稳定性分析中的一项重要指标。为评估风电并网后系统的电压稳定性,文章针对风速的随机特性提出了一种基于叠加性原理和半不变量法的负荷裕度概率分布求解方法。首先求得负荷裕度关于随机参数的灵敏度矩阵,然后在线性化后的系统上运用叠加性原理,将系统负荷裕度指标在期望值附近进行分解。在求得负荷裕度概率密度函数的基础上计算非正常运行状态下的系统电压失稳概率,有效评估电力系统的电压稳定状态。IEEE14节点算例系统上的仿真结果表明所提方法不仅计算简单、准确,而且计算效率也优于半不变量法。

连续潮流与最优潮流相结合的电力市场双侧竞价交易计划研究

电力市场双侧竞价交易中发电商和用户报价变化所导致的竞价电量波动将会引起电力系统中潮流重新分布,对安全运行产生影响。该文结合双边合同与双侧竞价并计及静态电压稳定裕度约束建立了交易模型,提出将连续潮流和最优潮流相结合,识别双方特定报价水平下网络中存在的薄弱环节,制定出既能实现社会效益最大化,又能保证系统安全运行的交易计划。IEEE30 节点系统算例结果表明该文模型和方法的正确性与有效性。

电力系统暂态稳定最小负荷裕度的计算方法

为考虑不同的负荷—发电增长方向对电力系统暂态稳定负荷裕度的影响,提出了计算电力系统暂态稳定最小负荷裕度的最优化模型。该模型使用改进PEBS法提供的暂态稳定量化指标构成稳定约束条件,具有与暂态时域仿真相同的模型适应性。根据点到曲面最短距离的基本定理,给出了求解所提出最优化模型的数值方法。该方法的基本思想是以暂态稳定临界点处暂态稳定边界曲面的法向量作为求解迭代过程中的负荷—发电增长方向,反复迭代求出暂态稳定最小负荷裕度。理论上,该模型不但可以计算各种发电—负荷增长方向上的暂态稳定最小负荷裕度,也可用于计算暂态稳定最大负荷裕度。所提出的计算电力系统暂态稳定最小负荷裕度的最优化模型及其求解方法可以考虑各种系统运行参数的约束。数值算例验证了所提出的模型及求解方法。

一种用于含风电场电力系统电压稳定概率分析的混合方法

为了进行风电并网后电力系统电压稳定性的评估,利用具有概率特征的负荷裕度指标,提出了一种含风电场电力系统电压稳定概率分析的混合方法。当系统随机参数扰动量很小时将系统简化为线性化模型,根据线性方程的叠加性原理,在计算负荷裕度关于随机参数的灵敏度矩阵的基础上运用叠加性原理并结合正态分布的特性,将系统负荷裕度在期望值附近的随机扰动分解为单独考虑负荷随机变化和风速随机变化两种情况下求得的负荷裕度扰动量之和。该方法与Monte Carlo法和半不变量法同时在IEEE-30节点系统上进行仿真计算,通过对比分析表明了本文方法在保证准确性的基础上节省了计算时间。