基于SWOT-PEST的新形势下河西电网发展对策

能源结构转型与实现碳达峰、碳中和战略背景下,为促进河西地区新能源和地方经济的健康有序发展,需明晰河西电网的未来发展战略。运用SWOT-PEST分析方法对河西电网发展的内部优势和劣势以及外部机遇和挑战进行解析,深入研究河西电网的发展战略,从优势机会战略(SO)、劣势机会战略(WO)、优势威胁战略(ST)、劣势威胁战略(WT)4个层面提出建议。结果显示,河西电网发展的资源禀赋、重要地位、通道便捷等优势突出,但存在电网消纳调度难度大、技术创新与人才储备不足等内部劣势。外部环境中,宏观政策引导、市场机制完善、社会需求增加和技术驱动为河西电网的发展提供了重要机遇,而政策体系不完善、市场竞争加剧、环境脆弱以及自身技术限制等亦为其带来了挑战。河西电网需全面考量内外部因素,充分利用优势,积极应对挑战,围绕新能源电力系统规模化演进、新能源产业集聚、电力跨区跨省消纳、人才技术升级、电力调度管理、地区灵活性资源挖掘、电网结构形态创新等层面推动自身发展,以期更好应对未来新能源发展的挑战,促进地区的新能源产业转型。

省级异步电网频率强度在线评估方法及应用

电力系统分区异步互联、大规模新能源替代传统同步机使得系统频率强度降低,频率失稳风险增加。此时,在线评估系统频率强度、监测系统频率稳定裕度对系统安全稳定运行具有重要意义。为此,提出了适用于实际省级异步电网的频率强度在线评估方法,包括数据获取与预处理、系统调频模型简化以及系统频率强度评估三个部分。首先,基于运行控制系统获取各设备开机、出力情况等工况信息,并通过BPA数据以及广域测量系统中的数据建立系统中设备调频动态模型库。其次,通过统一结构近似的方法将设备模型进行降阶,进而计算频率跌落深度系数以及坡度系数等指标以评估系统频率强度。最后,介绍了基于所提评估方法研发的频率强度在线评估系统及其在实际电网中的应用情况。

瞬变电磁TEM技术在地下电网检测中的应用比较研究

为确定地下电网中导体分布,提出了一种基于瞬变电磁(TEM)的地下电网检测方案。通过比较在固定采样时间内不同测量点记录的表面磁场强度,从而确定导体的相关位置。根据磁场强度确定等效电阻率从而绘制等效电阻率的等值线图和三维面图,其中位于网格中心的点的等效电阻率远小于其他点的等效电阻率,而位于地下导体正上方的点的等效电阻率远高于其他点的等效电阻率。通过案例分析,所提方案可较为准确的给出地下电网的结构。

考虑送端影响的海上风电经柔直并网系统电压支撑强度量化分析

为弥补当前海上风电经柔直并网系统电压支撑强度评价指标的受端电压支撑因素考虑不足和忽略送端对受端影响等问题,提出考虑送端影响的海上风电经柔直馈入短路比。首先,分析海上风电经柔直并网系统结构与控制方式,明晰柔性直流输电系统中送端大容量海上风电有功出力对受端交流电网的电压稳定影响;其次,提出受端交流电网影响因子,将受端电网中各有功、无功源对并网点电压的影响进行等效量化;然后基于影响因子,提出海上风电经柔直馈入短路比,不仅能反映送端对受端的影响,还兼顾换流站对并网点电压的支撑作用,使指标具有较高适用性;最后,通过实际电网仿真验证了所提指标的有效性,并获得临界短路比以完善电压支撑强度评价指标,研究结论可用于海上风电经柔直并网系统的规划和运行。

基于中频段无源性指数的电网强度分析方法

大规模新能源设备接入电网后形成多馈入系统,其稳定性可以从电网强度视角进行量化。该文从广义奈奎斯特曲线几何角度深入分析广义短路比在强异构多馈入系统中锁相环主导振荡问题中的影响机理,提出基于新能源设备中频段无源性指数的电网强度分析方法。研究结果表明:针对锁相环主导的振荡问题,当多馈入系统的广义短路比大于系统内新能源设备扫频在中频段的无源性指数时,便可保证系统稳定。仿真结果表明所提判据有效,此外,所提判据仅使用开环系统数据以及系统广义短路比,可由新能源场站与电网侧分散实施,具有良好的实用性。

考虑新能源极限并网强度约束的常规机组最小开机方式优化方法

新能源集群并网系统中需保证一定数量的常规电源提供短路容量以支撑系统电压,而开机容量过大导致新能源可消纳空间减少,故合理优化常规机组开机方式对于兼顾新能源消纳与电网强度至关重要。针对该问题,基于短路比指标计算方法,以临界短路比指标约束建立了常规机组开机方式与新能源并网系统强度之间的耦合模型;然后在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下,提出以新能源最大化消纳为目标的机组最小开机方式优化模型,并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略进行求解。最后以我国三北地区某新能源汇集送端系统工程为例,验证了所提方法的有效性及优越性。

基于暂态过电压约束的新能源并网系统电压支撑强度量化分析方法

在新能源并网系统中,具有动态无功支撑能力的新能源机组是引发工频暂态过电压的重要无功源,新能源并网系统电压支撑强度对暂态过电压水平有着重要影响。该文计及新能源并网系统多馈入支路之间的相互影响,采用短路比指征电压支撑强度,建立量化电压支撑强度对暂态过电压影响程度的数学关系模型。首先,针对单馈入系统,分析暂态过电压发生时刻并网点电压与无功功率、短路容量之间的关系,建立单馈入系统暂态过电压数学分析模型。然后,采用电压相量法分析多馈入系统中各支路之间的相互作用对暂态过电压的影响,建立多馈入系统的暂态过电压数学分析模型;以短路比作为电压支撑强度的表征指标,依据该模型量化分析电压支撑强度与暂态过电压之间的关系,系统短路容量越小,无功盈余越多,暂态过电压越严重。其次,以1.3pu作为暂态过电压问题的安全约束,提出满足该约束下交流系统最小短路容量以及新能源并网系统最大无功规模的计算方法。最后,分别建立多个场景的算例,验证暂态过电压数学分析模型的准确性以及系统最小短路容量及最大无功规模计算方法的有效性,为新能源并网规划与运行提供参考。

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。

考虑PLL和接入电网强度影响的双馈风机小干扰稳定性分析与控制

国内外风电事故表明:风电经远距离线路外送时,系统容易在发生扰动的过程中出现频率为几到几十Hz的功率振荡现象,且其振荡原因难以用传统同步发电机小扰动振荡的机理完全解释。考虑到风电机组主要通过锁相环与电网之间实现功率耦合,从而锁相环动态特性将会影响系统小干扰稳定水平。该文首先建立了含有锁相环动态特性的双馈风电机组–无穷大系统的动态模型;采用特征值分析研究了风机不同运行状态下其接入电网强度变化对风电系统中各个振荡模式的影响规律;然后通过复转矩分析理论解释了风电系统的失稳机理,研究结果表明:锁相环振荡是导致风电系统并入弱电网系统发生小扰动失稳的主要原因。最后,提出一种基于相位补偿的风电机组阻尼控制器来抑制该振荡现象,仿真验证了其有效性。

描述交直流并列系统电网结构品质的3种宏观指标

合理的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的最重要的物质基础,但是目前还没有具体的指标可以对电网结构的品质进行定量评估。归纳和提出了3种描述交直流并列系统电网结构品质的宏观指标,分别为通道强度指标、电压强度指标和频率强度指标。通道强度指标包括交直流通道强度比指标和交流通道抗冲击强度指标,分别用于描述交直流通道的强直弱交程度和交流通道抵御直流通道潮流转移冲击的能力;采用多馈入有效短路比作为电压强度指标,用于评估电网对直流换流站的电压支撑能力;采用频率偏差因子作为频率强度指标以衡量电网的频率支撑能力。综合3种指标可以描述交直流并列系统电网结构的某些重要品质,从而实现对交直流并列系统的电网结构品质的定量评估。

新型电力系统背景下电网强度的合理定义及其计算方法

该文研究新型电力系统背景下电网强度的定义及其计算方法,重点探讨非同步机电源对电压支撑强度和频率支撑强度的作用。通过将非同步机电源分成4种类型,分别导出其在正常态和故障态下的等效电路;基于电网的戴维南等效阻抗和入网设备的等效阻抗给出了电压支撑强度的定义和计算方法,并讨论了单馈入短路比与多馈入短路比在新型电力系统背景下的新涵义。基于最大预想有功扰动下电网任意节点的初始频率变化率和稳态频率偏差,分别定义了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子,用于描述非同步机电源对电网频率支撑强度的贡献,并给出了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子的计算方法。

青藏直流联网工程负荷特性对短路电流计算影响的分析

随着格尔木—拉萨直流输电工程的开工建设,该工程项目的实施对于促进全国联网,推动直流输电装备技术进步,促进西北地区能源资源在更大范围内优化配置,推动西藏乃至西北社会经济又好又快发展意义十分重大。在西藏电网与青海电网的联网,是我国乃至世界上海拔最高的直流输电工程项目,作为项目的最基础性研究,确定换流站接入处交流系统的强度无疑是至关重要的。基于综合潮流程序PSASP及电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行了相关问题的仿真研究,针对不同负荷特性对确定系统短路比的影响做出分析研究,为更加真实反应青海电网强度提供可靠的技术支撑。

多直流馈入异步受端电网恢复的分区方法

针对异步联网时受端系统的恢复问题,提出一种综合考虑网络社团结构特性和交直流交互作用的系统恢复分区方法。首先,在分析交直流系统交互作用的基础上,将系统强度指标纳入分区原则和约束条件中,并优化得到多直流系统的最优传输功率,进而提出了适用于异步受端电网恢复的分区模型。然后,以支路对各直流落点短路容量的综合影响为权重定义了加权边介数,以黑启动电源个数和分区约束条件为判据自动确定分区数量,采用改进的GN分裂算法实现了多直流馈入受端电网恢复的合理分区,并基于分区结果计算出分区恢复时间和负荷恢复总量。最后,IEEE 39节点系统和中国南方某省局部电网的分区结果验证了所提方法的可行性和有效性。

南方电网西电东送通道及广东电网结构品质宏观指标评估

介绍评价电网结构品质的宏观指标以及广东电网远景规划网架简况。从通道强度、电压强度和频率强度3个方面分别对表征西电东送通道及广东电网结构特征的宏观指标进行定量分析,初步评估了远景规划网架的结构品质。

含SVG的新能源多馈入系统振荡分析和广义短路比计算

弱电网中静止无功发生器(SVG)与新能源设备交互作用明显,如何分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡特征是个难题。为此,建立了SVG和新能源联合运行且网络结构保持的系统动态模型,提出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比计算方法,并用于判断系统是否稳定以及量化系统稳定裕度。首先,推导了网络结构保持的模型的系统传递函数矩阵和特征方程;然后,基于模态摄动理论构造了可近似多馈入系统主导特性的等效同构多馈入系统,并严格论证广义短路比可用于分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡稳定裕度;最后,给出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比及其临界值计算方法,以及电网强度和系统振荡稳定裕度的量化方法。仿真算例说明了所提分析和计算方法的有效性。

碳纤维复合芯导线在内蒙古电网的适用性分析

碳纤维复合芯导线具备优越的节能增容效果,环境适用能力强。与相同规格的钢芯铝绞线等常规导线相比,具有质量轻、抗拉强度高、耐高温、弧垂小、线膨胀系数低的特点,与常规导线具有相同截面积情况下其导体截面大,抗腐蚀性能强,若用于各类输变电增容及改造工程中,可对现有杆塔及输电走廊等设施进行充分利用,在大幅度提高传输容量的同时有效减少输电走廊的土地使用面积,优化土地资源利用,从而降低电网整体投资,缩减改扩建周期,减少停电损失。针对目前内蒙古电力(集团)有限责任公司在电网建设方面存在的问题,结合其他网省公司输电线路新建、改造工程中碳纤维复合芯导线应用经验,建议将碳纤维复合芯导线用于内蒙古电网输电线路增容、扩建、改建工程,符合新形势下电网建设可靠、安全、节约的理念。

多馈入电力系统广义短路比:多样化新能源场景

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。

一种电网强度在线感知的自适应虚拟同步控制策略

微电网中的储能虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)需在并网和微电网等不同强度电网工况下切换运行。为提高VSG在工况切换前后的一次调频特性与动态响应特性,采用小信号建模与广义根轨迹分析的方法,通过向阻尼环节引入微分,提高VSG一次调频响应的准确性。建立了VSG参数与电网强度的关系,基于对电网强度的在线感知,设计自适应优化虚拟阻尼的方法,使得VSG在电网强度变化前后均具有良好的一次调频特性与动态响应特性。在RTDS-DSP硬件在环半实物仿真实验平台上构建了光-储-柴微电网模型,通过相关实验验证了所提方法的有效性。

考虑光伏无功补偿的多馈入直流受端电网强度分析

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度。有必要研究如何准确量化受端电网强度。文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端电网静态电压稳定裕度的影响。首先,建立系统的准稳态模型,利用光伏电站接入对交流网络雅可比矩阵主导特征值的灵敏度,定性分析了不同控制方式下光伏电站对系统静态电压稳定性的影响;其次,基于模态摄动,给出考虑光伏电站接入后的广义短路比及其临界值的计算方法和评估流程;最后,通过量化光伏电站无功补偿对系统强度的影响,给出光伏电站电压-无功功率下垂控制系数的选择方法。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

电网强度视角下的新能源电力系统鲁棒稳定分析

电网强度对以新能源主体的新型电力系统稳定性至关重要,然而,新能源电力电子设备的动态外特性难以详细建模,亟需从理论层面回答电网强度与系统鲁棒稳定之间的关系问题。该文研究异构新能源多馈入系统的电网强度作用机理并提出基于广义短路比的鲁棒稳定判据。首先,考虑设备导纳(阻抗)矩阵可能包含右半平面(right half plane,RHP)零点(极点),分析了单馈入系统短路比与系统互补灵敏度峰值之间的联系。其次,将异构多机系统小干扰模型分为同构多机系统(标称系统)及其乘性不确定性(摄动)的组合,对系统鲁棒稳定判据解耦和简化,所得结果表明最弱单馈入系统的互补灵敏度与最大单机摄动决定多机系统鲁棒稳定性。据此提出基于广义短路比的鲁棒稳定判据,即异构系统的鲁棒稳定性由标称同构系统的广义短路比与互补灵敏度峰值共同决定。最后,仿真算例说明所提方法的有效性。