电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。

基于暂态能量流的MMC-HVDC电网故障限流器和接地方式综合优化

直流短路故障电流的迅速上升,严重制约了基于半桥子模块的模块化多电平换流器高压直流(MMC-HVDC)电网在实际工程中的应用。从故障限流器和接地方式都是通过增大故障回路电阻或电感进行限流的本质出发,提出了基于暂态能量流的故障限流器和接地方式的综合优化方法。该方法以暂态能量流抑制率和抑制效率为目标函数,以故障限流器、接地方式和中性线电抗为优化变量构建最优化模型。以四端双极型MMC-HVDC电网为例,在PSCAD/EMTDC仿真系统中对直流侧单极接地故障条件下的故障限流器和接地方式进行优化设计。结果表明,所选参数能够有效降低直流故障电流和桥臂电流,同时兼顾健全极过电压约束,为直流电网的故障限流器、接地方式和中性线电抗的多参数综合优化配置提供参考。

基于暂态能量流的模块化多电平高压直流电网接地优化配置

对于采用架空线的基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网,直流侧接地短路故障发生率高,严重危害电网安全。在各类影响因素中,接地方式对故障电流演化影响明显。该文从系统的宏观能量转移与耗散的角度提出了基于暂态能量流(TEF)分析的接地参数优化方法,对接地电阻、电抗参数及接地点位置等因素对MMC-HVDC电网直流短路故障电流的演化影响进行了分析。该方法以TEF抑制率和抑制效率为优化目标,以直流电网中接地阻抗参数取值、接地点为优化变量,同时考虑了中性线电抗和故障点的影响。该文选取四端双极MMCHVDC电网中的直流单极接地故障(PTGF)算例,基于PSCAD/EMTDC搭建了仿真模型进行分析和优化。仿真结果表明该参数优化方法能有效地指导接地参数的设计,抑制直流故障电流和健全极过电压。

基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。

基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。

直流短路故障下基于暂态能量抑制的MMC-HVDC电网主电路电感参数优化

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网的桥臂电抗器(armreactor,AR)、平波电抗器(current limiting reactor,CLR)在保证系统稳态性能下,与故障限流器(fault current limiter,FCL)合理配合,可有效降低直流断路器的分断电流,实现直流短路故障穿越。该文通过对直流短路故障条件下,MMC-HVDC电网系统储能元件及交直流区域的暂态能量流(transient energy flow,TEF)时空分布与直流短路故障电流演化相依关系的分析,提出基于TEF抑制的参数综合优化模型,以交流区域和子模块电容及相邻线路暂态能量流抑制率和抑制效率极大化作为评价目标,以AR、CLR、FCL参数为优化变量。以张北四端直流电网的拓扑结构和单极对地直流故障为例,采用该模型对AR、CLR和FCL进行优化设计。优化结果及分析表明:建立的优化模型可以充分发挥AR、CLR和FCL各自在抑制短路故障电流方面的能力,较好地兼顾了故障电流抑制技术及经济性能指标,降低了限流成本。

考虑风速变化的双馈风电机组暂态能量函数及振荡分析

为了研究塔影效应及风剪切对风电机组输出功率的影响,以双馈风电机组为例,首先,计及风速变化,推导双馈感应发电机的暂态能量函数;然后,研究风电机组周期性功率波动特性、频率响应及振荡机理;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建包含风速模型的单机无穷大系统模型并进行仿真,通过风电机组功率波动及暂态能量的变化,分析塔影效应及风剪切对风电机组的影响。仿真结果表明,塔影效应和风剪切会造成风电机组的功率波动,当机组功率波动频率与风电机组轴系固有振荡频率相等时,风电机组发生共振,振荡幅值最大。

电—气互联综合能源系统多时间尺度动态优化调度

对于时空相关的天然气管存,应用多时间尺度/模型预测控制尤为重要。计及天然气管网的慢动态特性,考虑暂态天然气系统变量存在时段耦合的特性,提出了基于模型预测控制的多时间尺度优化调度策略,使机组有功出力和气源产气控制过程更为平滑。其中,以日前优化调度得到的有功出力值和产气量为参考值,基于模型预测控制,进行日内多时段滚动优化。最后,对修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统进行算例分析,验证了所提优化调度方法的可行性以及有效性,并分析了气网管存对电—气互联综合能源系统运行的影响。

电-气-热一体化混合能源系统研究评述与展望

针对电、气、热三种能源网络耦合交互一体化的状况,综述了混合能源系统(hybrid energy system,HES)在不同时间尺度下的建模及运行优化问题。首先,介绍了国内外HES的研究现状,提出电-气-热一体化HES的概念,并系统地描述其网络架构及基本特点;其次,对HES的稳态建模进行概述,并总结能流求解及最优能流求解的方法;然后,针对HES的动态建模问题进行研究思路的分析;最后,从规划设计、综合能源市场交易和系统指标评估三个层面,对未来HES应用研究提出思考与展望。