“双高”电力系统:一种新的稳定判据和稳定性分类探讨

随着能源变革和电力电子技术发展,高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)在电力系统中比例增高,带来新的稳定问题。该文对“双高”电力系统的失稳影响因素和稳定判据进行深入剖析,探索“双高”电力系统的失稳机理,提出系统阻抗角稳定性分析方法。基于所提出的稳定性分析方法,从系统有功功率、无功功率平衡基本运行规则出发,构建“双高”电力系统的阻抗角稳定判据,通过搭建仿真模型验证所提稳定判据的有效性和正确性。同时,对IEEE 提出的稳定性分类进行探讨,在遵循传统稳定性分类原则基础上,基于所构建的稳定判据,尝试提出一种新的稳定性分类方法,希望有助于厘清“双高”电力系统稳定性问题,为后续系统规划、稳定性控制提供指导。

基于定位收缩法的局部阴影条件下光伏最大功率点跟踪

光伏最大功率点跟踪是提高光伏发电效率的重要手段。在局部阴影条件下,光伏阵列的特性曲线呈现多峰形状,常规的传统算法容易陷入局部最优。如何在局部阴影条件下找到全局最大功率点(global maximum power point,GMPP)至关重要。提出了一种定位收缩法(locate and shrink algorithm,LSA),采用收缩边界的思想使得边界逐渐收缩到GMPP。LSA第一阶段提出了一种峰的定位方法,通过自适应采样结合I-V特性曲线能够定位主要峰的占空比范围。定位法能够与其他单峰算法结合,具有较强的扩展性。第二阶段提出了一种基于三点准则的收缩法,能够在单峰范围内通过收缩边界快速找到峰值点,并且具有很强的环境适应性。将LSA与多个算法进行仿真和硬件实验对比,结果表明LSA在跟踪速度、跟踪精度和稳态振荡方面有着明显优势。

光储接入牵引供电系统应急供电方案下低频稳定性研究

“双碳”目标背景下,新能源较大规模接入牵引网可能成为铁路运输新趋势。为对意外失电的列车紧急牵引并打破铁路领域传统用能壁垒,实现铁路能源自给型低碳供电并与电网互为备用,各系统能量互联互通,首次提出一种应急供电方案灵活利用牵引网侧接入的光储装置牵引列车并对“光-储-车网”耦合系统的低频稳定性展开研究。首先,制定RPC双模式单相全桥逆变器的控制方法结合光储运行状态协调控制策略划分工作模态;然后,利用小信号及状态空间平均法建立光储、客车(CRH3型动车)以及投影到dq坐标系下铁路功率调节器直流侧阻抗模型;最后,利用所得“光-储-车网”3个子系统的导纳模型,引入一种适应多工况的无源判据,揭示控制器参数及多源对牵引供电系统电气稳定性的影响规律。研究结果表明:所提方案通过新能源及储能装置在昼夜多工况下均能长时持续稳定牵引列车,当新能源或电网供电出现意外二者可互补切换,故障条件下机车仍可受电稳定行走。此外,光储电压环比例增益对该系统阻抗匹配性稳定性有较强的电气敏感性,所建模型结合无源判据指导调参接入不同供电源补偿系统阻抗可治理部分失稳现象,该方案下储能系统具有良好的补偿特性。在Starsim半实物实验平台验证了“光-储-车网”耦合系统应急供电方案的可行性及稳定性研究的正确性。

考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型及验证

为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微元体强度服从幂函数分布,并符合Hoek-Brown(H-B)强度准则,针对统计损伤本构模型无法反映峰前较强的微裂纹压密效应的弊端,引入了相应的模型修正系数;再次,建立了考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型,并确定了模型参数的表达式;最后,对比不同温度作用下(后)的花岗岩在单轴和常规三轴压缩试验条件下所得的结果与文献中模型的计算结果,验证本文模型的准确性。研究结果表明:所提出的模型的计算结果与文献的试验结果在数值、分布规律和趋势上具有良好的一致性;对于全过程σ-ε曲线的各阶段,本文模型的计算效果较文献中本构模型计算效果更好,与试验曲线的贴合度更高,能够更好地反映高温作用下(后)岩石的损伤本构特征。该模型的参数具有常规性,适用于各类温-压组合作用工况下的岩石。

连续换相失败对大电网功角稳定影响分析

连续换相失败对交直流大电网的安全稳定运行存在严重威胁,容易引发跨大区电网的连锁故障。采用理论分析和实际电网仿真相结合的方式研究连续换相失败对交流系统功角稳定性的影响。首先从交直流系统无功功率交换的角度,分析连续换相失败的形成原因。然后以简化的三区域交直流互联系统为例,基于等面积法则分析连续换相失败过程中交流系统同步发电机相对功角的变化情况。最后,仿真分析当绍兴换流站发生连续换相失败时,送端电网和受端电网功角变化情况。仿真结果表明,连续换相失败在短时间内对交流系统造成多次能量冲击,长时间的连续换相失败会造成交流系统功角失稳。

基于模糊判据的接地网腐蚀程度诊断方法研究

电力设备(如杆塔、变压器、配电房等)的接地网严重侵蚀会突发停电、漏电等事故。为了进行电力设备接地网腐蚀情况诊断,提出了一种接地网腐蚀程度诊断方法。基于电磁感应原理,利用CDEGS软件对接地网导体不同腐蚀情况进行了仿真。结合仿真数据、模糊判据方法,明确了不同腐蚀程度下接地网正上方地表磁感应强度分布规律。对不同程度腐蚀时磁感应强度与理想状态(即不存在腐蚀)下的磁感应强度进行了贴近度计算,进而对接地网导体腐蚀程度进行了等级划分。通过对接地网模型施加正弦激励电流,基于电磁感应原理并利用模糊判据对接地网导体故障进行诊断。该方法为接地网缺陷检测提供了理论指导,可应用于实际工程。

基于暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法

多直流送端系统内某一直流线路发生闭锁故障后,可以通过对其他非故障直流进行紧急功率支援(emergency DC power support,EDCPS)控制来提升系统受扰后的稳定性。如何有效量化EDCPS对系统稳定性的改善效果,从而提高安稳控制的效率,目前缺少相应的指标;现有研究也尚未解决如何利用EDCPS最大程度提升多直流综合送出能力的问题。应用扩展等面积法(extended equal area criterion,EEAC)定量分析了EDCPS提升多直流送端系统暂态稳定性的机理;以两送出直流系统为例,推导了基于EEAC的暂态稳定裕度η对EDCPS的灵敏度公式;在此基础上,提出一种在不增加相关设备投入的前提下利用系统中现有稳控措施并结合暂态稳定裕度灵敏度的多直流送出能力提升控制方法,通过计算备选直流的暂态稳定裕度灵敏度,可以完整反映系统在遭受大扰动后的动态特性以及定量评估EDCPS对系统受扰后稳定性的改善效果,避免过去仅凭运行人员经验选取支援直流的问题,提高计算效率;最后,选取西北电网实际算例对所提出的多直流送出能力提升控制方法有效性进行仿真验证,以期为从事交直流混联电力系统稳定性分析与控制的学者和工程师们提供有益的参考。

复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统及控制判据

为了解决传统太阳能混合跟踪控制判据范围宽泛,不能准确识别天气情况的问题,该研究设计了一种复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统。通过分析非聚光与聚光条件下系统运行在不同跟踪策略下的跟踪特性,结合天气特征,提出以辐照度识别天气状况的多阈值控制判据。控制判据将天气划分为辐照度波动天气、高辐照度天气、低辐照度天气与辐照度极低天气,装置可根据外界气象变化自动调整光电跟踪、视日运动轨迹跟踪或固定倾角控制模式。该系统搭建Node-Red总控平台,采用并行控制,优化混合跟踪策略,控制信号稳定输出。试验结果表明:应用该判据的混合跟踪系统工作性能优良,非聚光条件下系统平均发电功率分别高出光电跟踪与视日运动轨迹跟踪0.03和0.16 W,聚光条件下系统平均发电功率达到0.81 W,高出光电跟踪0.03 W,高出视日运动轨迹跟踪0.55 W,由此可知,该系统能够提升光伏发电的输出电能,为太阳能混合跟踪系统的跟踪方式切换提供了理论依据。

Influences of Resistor-Type Superconducting Fault Current Limiter on Power System Transient Stability with Asymmetrical Short-Circuit Faults

The transient stability of a single machine to infinite-busbar power system with resistortype superconducting fault current limiters （SFCL） is analyzed under asymmetrical short-circuit fault conditions. The SFCL is considered to introduce a resistance into the three-phase circuits when faults occur. Based on the power-angle curves for different short-circuit conditions of the single-line to ground, double-line to ground and line to line short-circuit faults, the influences of the SFCLs on transient stability are analyzed in detail. The time-domain simulation of transient stability is carried out to verify the analytical results.

耦合出力破坏深度与弃电准则的梯级水风光互补调度规则研究

梯级水电调度规则是指导控制型水库发电蓄放水的重要依据。随机、波动、间歇性新能源的接入改变了梯级水电运行边界,增加了缺电、弃电风险,导致仅考虑径流季节性波动的调度规则不再适用。依托贵州某梯级水风光综合基地实际工程,剖析了导致缺电、弃电的因素,并从规则形式和模型构建角度给出解决方案。在标准调度规则的基础上,结合对冲规则、满蓄规则,并考虑输电通道容量限制与新能源消纳规则,提出梯级水风光六段式互补调度规则,以减少缺电、弃电;提出出力破坏深度指标度量缺电风险、提出弃电准则避免非必要弃电,并以规则参数为决策变量构建多目标参数模拟优化模型;采用目标优先级非支配排序遗传算法优化规则参数。设置多种新能源装机容量场景、输电通道容量场景和对比规则,从多角度验证本文方法的有效性。结果表明,本文方法能够显著降低梯级水风光综合基地缺电、弃电风险,提高发电量,其中出力破坏深度指标使缺电程度平均降低36.04%、弃电准则使弃电平均减少7.96%。最后,绘制更加简明、直观的梯级水风光互补调度图,以便于实际应用。

基于幂函数分布的砂岩损伤本构模型研究

为了能够准确地描述岩石应力应变关系和损伤演化规律,假定微元的统计强度概率服从幂函数分布,推导了单轴应力条件下岩石的损伤本构方程;考虑围压条件下岩石峰后的残余强度,推导了三轴应力下岩石修正的损伤本构方程,并分别采用砂岩试样进行了实验验证.研究结果表明:(1)单轴载荷下岩石的损伤本构方程能够较好的表述全应力-应变曲线的弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段以及峰值应变和峰值强度特征;(2)单轴应力下岩石的损伤演化和加载过程中岩石裂隙的演化有良好的相关性;(3)修正的损伤本构方程可较好地反映三轴应力状态下岩石峰前非线性、应变软化以及峰后残余强度特征;(4)随着围压的增大,损伤-应变曲线逐渐变缓,岩石抵抗损伤的能力将逐步加强.以上研究成果可为工程岩体损伤失效性分析提供重要理论指导.

分布式能源功率倒送引发变压器过电流保护误动场景及对策

分布式能源的大规模并网可能引发系统发生功率倒送,从而给变压器过电流保护的性能带来影响。首先对分布式能源发生功率倒送的场景及其可能引发变压器过电流保护误动作的风险进行分析,然后根据分布式能源发生功率倒送时电气量的特征,将变压器的运行功率引入变压器过电流保护的整定计算中,构造一种基于变压器功率的自适应过电流保护方案,以识别上述工况。仿真结果表明,所提方案能够有效防止上述工况引发的变压器过电流保护误动作。

基于电流修正的智能接地配电系统高阻接地故障选线判据优化方法

智能接地配电系统所用选线判据具有所有线路动作门槛统一的优点,但灵敏性较差,运用其进行选线存在高阻接地故障时保护易拒动问题。电流修正选线法在高阻接地故障时依然能正常选线,但每条线路动作门槛须单独整定,较为繁琐。为解决上述问题,本文结合原判据与电流修正方法,提出一种兼具二者优点的新判据,有效应对高阻接地故障的同时,保留了动作门槛统一的优点,无须其他线路电气特征即可完成选线。新判据在原理上不受过渡电阻影响,耐过渡电阻能力只取决于测量设备精度。经Matlab建模仿真,验证了方法的有效性及新判据的可靠性,仿真结果表明,本文方法能有效应对4 000Ω以下的高阻接地故障。

基于拓展禁区判据的光伏接入牵引供电系统低频稳定性分析

在“双碳”愿景下,光伏通过铁路功率调节器接入牵引供电系统具有良好的发展前景,但光伏接入会对系统的低频稳定性产生影响。针对这一问题,首先建立了光伏-车-网耦合系统小信号阻抗模型,得到了该系统的回比矩阵;然后针对禁区判据进行拓展,提出了拓展禁区判据并给出了判据形式;最后利用拓展禁区判据分析了铁路功率调节器控制器参数等系统参数对低频稳定性的影响,并搭建MATLAB/Simulink测试模型和StarSim半实物实验平台进行了验证。结果表明,与禁区判据相比,拓展禁区判据能更准确地判断光伏-车-网耦合系统低频稳定状态,降低了一定的保守性。

一类带幂型非线性薛定谔方程组的爆破准则

研究了一类带幂型非线性薛定谔方程组解的爆破问题。通过应用局部维里等式和几乎有限传播速度,证明了当空间维数n≥3且能量E(u_(0),v_(0))<0时,方程组的解(u,v)发生有限时刻或无穷时刻爆破。

核电厂基于退化方向与距离判据的设备状态评估模型

采取矢量分析技术判断设备退化方向,并针对不同的退化方向建立距离判据模型,通过设置特征参数权重与调整系数,改变阈值区间的空间几何形状以达到提高模型灵敏度的目的,并提出了状态渐变状态区间的判定方法。将建立的模型应用于设备冷却水泵电机的状态评价,结果验证了模型的有效性。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

DCS分布式处理单元及其散热风扇供电设计优化

分布式处理单元是DCS系统中最重要的组成部分,其供电可靠性的设计直接影响到DCS系统的安全稳定运行。主要分析了某核电厂1、2号机组非安全级DCS控制柜内分布式处理单元与散热风扇不满足单一故障准则,并结合现场项目建设进展,通过对目前控制柜内分布式处理单元及散热风扇供电设计进行分析,从可靠性、机组安全性和经济性角度对原有设计提出优化方案,并推动该方案在1、2号机组完成改造实现,为后续核电机组DCS系统提供参考和借鉴。

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。