极寒灾害下电力-天然气耦合系统故障连锁传播过程推演方法

随着电力系统和天然气系统的耦合日益紧密,极端灾害发生时跨能源系统的故障传播风险加剧,可能进一步扩大停电范围。电力和天然气耦合系统的故障推演分析可为剖析演化机理和制定相应的阻断措施奠定基础。首先,以得州停电事件为背景,分析了极端灾害下故障如何跨能源系统传播,并指出分析时须重点考虑的关键问题。其次,为分析故障推演过程,分别从耦合建模、联合仿真以及实现方式3方面展开。重点关注时间尺度和建模需求,考虑了适用于灾害连锁传播分析的电力系统、天然气系统以及耦合元件的模型;设计了时间驱动和事件驱动相结合的联合仿真方法,并通过设计仿真软件之间信息交互的定制化接口方式实现。该方法实现了电力系统和天然气系统在各自平台上仿真信息的时空交互,可直观刻画故障在耦合系统中的推演过程。最后,通过电力-天然气耦合系统测试,分析了极寒灾害下电力-天然气耦合系统的故障传播过程和故障防御措施,验证了所提方法的有效性。

天然气发电在新型电力系统中的功能定位及发展前景研判

天然气发电具有排放低、效率高、调节灵活等优势,是“双碳”目标下构建新型电力系统的重要组成和有效电源,但中国天然气发电发展存在气源保障程度不高、燃料成本较高、关键核心技术受限等问题,当前,各方对“双碳”进程中天然气发电发展问题仍有争议,亟待统一认识,明确发展定位和方向。将天然气发电与新能源发电的融合发展纳入电力系统整体规划考虑,采用自主开发的碳达峰、碳中和电力规划软件包进行优化分析,以电力行业零碳为目标构建电力低碳转型情景,研判了碳中和目标下天然气发电未来发展规模与布局,并就影响天然气发电未来规模的不确定性因素展开了敏感性分析。依托模型测算结果,建立评估气电在新型电力系统中功能作用的量化指标,分析未来天然气发电在清洁电量供应、电力平衡、调峰平衡中的功能作用。天然气发电未来仍须适度发展,新增布局仍主要集中在东南沿海,中西部逐渐增加,未来重点须加强天然气产运储销统筹协调、完善天然气和气电价格机制、加快攻关核心技术,切实发挥天然气发电在新型电力系统构建过程中的积极作用。

电力-天然气互联系统协同安全机制:现状,问题与挑战

随着我国“碳达峰,碳中和”进程的加快和能源转型的深化,电力系统对灵活性调节资源的需求将进一步提升。未来,燃气机组装机容量具有极大的增长空间,同时随着电转气技术的快速发展,电力-天然气互联系统(electric-gas interconnect systems,EGIS)正逐渐成为能源供应与传输的重要载体。构建EGIS有助于提升新能源消纳、促进能源系统低碳转型,但同时也引入了新的潜在安全风险。异质能流的深度耦合使得电力或天然气系统任意一侧发生故障都可能通过耦合设备跨系统传播,导致EGIS的连锁故障。亟需建立有效协同安全机制,以提升EGIS的常态化协同风险管控水平和极端事件下的能源互济能力。该文围绕EGIS协同安全机制的最新研究进展展开综述。首先,由近年国际上发生的几起典型电力与天然气系统之间的连锁故障案例出发,对电力系统与天然气系统之间的故障耦合机理进行简要分析;其次,回顾了EGIS态势感知和安全预警方面的研究进展;进而,对近年来EGIS协同预防/校正控制方面的关键问题和研究成果进行梳理;最后,在总结国内外相关研究现状的基础上,分析了EGIS协同安全机制面临的主要挑战,并对未来的研究方向进行了展望。

基于时空正交配置的电力-天然气互联系统最优校正控制方法

构建电力-天然气互联系统(EGIS)有助于促进能源结构转型,但同时造成了耦合系统间故障传播的风险。为消除EGIS中N-1故障造成的安全越限,防范连锁故障发生,该文提出一种基于时空正交配置(STOC)的EGIS最优校正控制方法。首先,针对偏微分方程描述的无限维气网动态管流模型,采用STOC在时空维度同时离散,转换为配置点处的有限维代数方程约束;然后,基于STOC气网动态管流约束和电网交流潮流约束,构建以校正控制代价最小为目标的安全约束最优能流模型,以获取最优校正控制策略;最后,通过算例验证了基于STOC方法与现有方法相比在精度和效率上的优越性,以及所得最优校正控制策略的有效性。所提方法在EGIS故障后具有在线辅助决策的应用潜力。

考虑天然气网络状态的电力–天然气区域综合能源系统稳态分析

在区域综合能源系统中,电力系统与天然气系统两部分耦合密切,该文重点讨论以电力和天然气系统为主的区域综合能源系统的运行规律,为简单起见,称其为"电力–天然气区域综合能源系统"。为研究电力与天然气系统间的交互影响,首先借鉴电力系统较为成熟的稳态分析思路,对综合能源系统中的天然气环节进行建模与求解,关注以能源集线器为核心的电/气之间耦合环节;进一步,构建电力–天然气区域综合能源系统稳态分析综合求解模型。在此基础上,探究天然气系统网络状态改变(如天然气气质改变、负荷调节与引入注气点)对其自身以及区域综合能源系统的影响。经算例验证,所提的综合求解模型可有效反映天然气系统网络状态变化对其他耦合系统的影响。

卫星互联网赋能新型电力系统创新应用

卫星互联网是通过卫星规模化组网,以航天、通信、网络、数据等技术为支撑的全球全域全时新型网络信息基础设施。与传统卫星网络相比,具有广覆盖、低时延、高带宽、低成本等优势。通过剖析新型电力系统在广域覆盖、抗毁顽存、垂直应用等信息化能力建设方面的挑战,凝练高中低轨协同的卫星互联网内涵定义与能力特征,提出卫星互联网在电力规划、态势感知、巡视检修、防灾应急等业务领域赋能新型电力系统的实践路径。提出基于零信任的星地融合网络信息安全体系,为建设、运行及发展空天地全面一体、通导遥深度融合的新型电力系统提供基础参考,进一步提升新质生产力水平。

天然气在新型电力系统中的重要作用与发展对策

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的关键。截至2022年底,我国风能及太阳能累计发电装机规模为7.6×108kW,在全国发电装机结构中占比达到29.6%,预计2035年占比将达到45%。随着高比例新能源纳入电力系统,其灵活性与稳定性面临巨大挑战。天然气发电具有灵活、高效、启停快、变负荷能力强等优势,碳排放量不到煤电的一半,是实现我国电力结构优化和碳减排的重要抓手,可作为电力系统调峰最佳灵活性电源,推动风、光等新能源规模发展。目前制约我国天然气发电发展的关键因素主要表现在国家政策不明朗、冬季供气局部紧张和经济性欠佳等方面,为此提出了加快天然气发展的对策建议:明确天然气发电在新型电力系统中的基荷供应和电力调峰的发展定位,提升新型电力系统安全性与灵活性;统筹天然气与新能源融合发展,打造“气风光水”一体化示范基地;加快天然气应急保障体系建设,确保供气安全;理顺气、电、碳相关价格与政策机制,为保障新型电力系统安全稳定运行提供支撑。

考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障评估

天然气机组的大规模引入使得电力系统和天然气系统耦合更为紧密,这也导致天然气系统运行方式会对电力系统的安全可靠运行带来重大影响。现阶段对电力系统连锁故障发生机理和模型构建等内容的研究已经开展较多。然而,传统的电力系统连锁故障研究仍集中于电力系统侧,忽略了与天然气系统耦合的因素。电-气耦合的背景下,天然气系统中发生的随机故障会导致天然气机组的输出功率减少,进而可能加剧电力系统的连锁故障。为此,提出了考虑天然气系统随机故障影响的电力系统连锁故障模型,将随机故障下天然气系统对电力系统的影响转换为天然气机组输出功率的变化,而后将其作为约束条件耦合到电力系统连锁故障模型中,以此来评估天然气系统随机故障对电力系统连锁故障的影响。最后,引入IEEE30节点和比利时20节点天然气系统组成的测试系统验证模型的有效性。

电力—天然气网络耦合系统研究综述

随着新能源装机比例的不断提升,燃气轮机平抑新能源波动性作用越发凸显,由此带来供电供气的一系列问题,越来越需要将电网和气网协同考虑。电转气技术将原来单向耦合的气—电混合系统转换为双向耦合。对涉及的天然气系统建模的普遍性、共通性问题进行了阐述,着重介绍了电力系统和天然气系统的协同优化研究,主要包括仅依靠燃气轮机作为能源接口的双网单向耦合系统研究进展和包含电转气的双网双向耦合优化研究情况。此外,对含电转气装置的电网和天然气网络耦合系统在国内外的实际工程应用情况进行概述,最后对今后双网耦合系统需要深入研究的问题进行了初步展望。

基于智能感知互联系统的电力高处安全作业保障技术研究

为解决当前电力系统高空和野外作业安全保障方面存在的问题,本研究提出了一套电力高处安全作业智能感知互联系统。该系统采用自适应扩频技术和自动跳频技术实现通信,利用2.4GHz无线网络实现点对多点通信。同时,结合单片机技术和智能感知技术,该系统能够在作业前进行风险预判、作业中进行实时监测,并及时整理作业经验。此外,通过无线定位技术与算法相结合,实现对作业人员运动轨迹的实时监测,以及对作业人员体征数据和作业通话记录的规范管理。通过研发和应用这一智能感知互联系统,可以提升电力高处安全作业的风险管控水平。

互联网通信技术在电力系统自动化保护中的应用

文章旨在研究互联网通信技术在电力系统自动化保护中的应用。通过分析互联网通信技术的特点和电力系统自动化保护的需求,探讨了互联网通信技术在自动化保护数据采集、数据传输以及自动化调控中的具体应用。为验证技术方案的可行性和有效性,开展综合性能测试,评估互联网通信技术在提高自动化保护速度、可靠性等方面的应用效果。研究结果表明,引入互联网通信技术后,电力系统自动化保护性能得到显著提升。

含储能的区域互联电力系统负荷频率预设性能控制

针对大规模新能源影响电力系统频率稳定的问题,对含储能的区域互联电力系统负荷频率控制进行了研究。首先,建立系统状态空间模型;然后,为了使区域控制偏差快速收敛至目标值,引入预设性能函数,采用预设性能控制的方法对跟踪误差进行转换,设计了具有预设性能的控制器;最后,将控制器的输出作为储能系统的参考信号,储能系统再输出相应的功率至区域互联电力系统中。基于两区域互联电力系统进行仿真验证,仿真结果表明:与模型预测控制策略相比,所提控制策略能够更为快速地将区域互联电力系统的频率偏差和区域控制偏差限制在稳定范围内,维持区域互联电力系统的稳定,改善系统调频效果。

基于模糊延时反馈的互联电力系统混沌控制方法

为提高现有方法对电力系统振荡混沌的控制效果,基于模糊延时反馈,设计一种互联电力系统混沌控制方法。先构建互联电力系统数学模型,再设计基于模糊延时反馈的混沌控制器;以信号差值微分及信号延时差值为控制器的输入,避免求取反馈增益;利用粒子群算法优化控制器参数,并通过优化的控制器对互联电力系统的混沌进行控制。搭建一个混合输电系统作为实验互联电力系统,通过该系统测试所提方法的应用性能。测试结果表明,设计方法的混沌控制性能良好,证明该方法是一种具有抗干扰性能的控制方法。

混合攻击下基于容积卡尔曼滤波的多区域互联电力系统的检测与防御

以多区域互联电力系统为研究对象,对混合攻击下多区域互联电力系统的检测与防御进行研究。首先,建立多区域互联电力系统的数学模型,分析多区域互联电力系统遭受网络攻击的位置及其类型,建立虚假数据注入攻击和拒绝服务攻击模型,接着根据是否收到数据包诊断拒绝服务攻击,并用最新接收的数据对丢失的数据进行补偿,实现拒绝服务攻击的防御;然后,基于容积卡尔曼滤波算法检测虚假数据注入攻击,并采用指数平滑法对虚假数据注入攻击进行防御;最后,以两区域互联电力系统为例进行仿真实验。仿真结果表明:所设计的控制算法能有效克服混合攻击对系统造成的不良影响,实现电力系统功率平衡和频率稳定。

电力—天然气耦合系统建模与规划运行研究综述

随着燃气机组的广泛应用和电转气技术的快速发展,电力系统与天然气系统之间的互动日益密切,电力-天然气耦合系统是在该背景下形成的用于描述两个能源系统紧密耦合的系统形式。该耦合系统除了具有两个能源系统分别的运行特性和安全约束外,还因系统间的耦合互动产生了新的特点和约束,亟需新的分析和控制方法,近年来已经获得了国内外众多专家学者的关注和深入研究。文章从电力-天然气耦合系统的建模仿真、优化规划、运行分析(优化调度、安全评估)的角度对当前的主要研究成果进行了综述,同时总结了目前国内外学者对耦合市场的探索,最终对当前研究的不足和未来的研究方向进行了探讨。

电力及天然气系统中的产消者能量-备用协同优化

为解决产消者在配电网实际优化中存在的灵活性不确定的问题。提出鲁棒虚拟电池模型描述产消者灵活性,并将管理完善的产消者应用于电力天然气系统,提出多种备用资源在分布式多能源系统中的能量-备用协同优化模型。考虑到发电机组提供的备用容量很难满足大规模风电接入和事故导致的调度需求,设计了包含发电机组、储能设备、可中断负荷、产消者的备用计划,并考虑了预测误差和事故情况下备用容量传输能力的限制条件。为保护不同能源系统隐私性,采用改进的分布式交替方向乘子法求解。最后设计24节点电力系统和6节点天然气系统验证所提模型的可行性,尤其验证了高渗透率的产消者能有效提升系统经济性。

时变时滞多区域互联电力系统滑模负荷频率控制方法

开放式通信网络在互联电力系统中的普遍使用,使原来专用通道的恒定时滞变成了时变时滞。时变时滞恶化了负荷频率控制(LFC)的动态性能,导致系统频率不稳定,因此提出了一种用于时变时滞多区域互联电力系统的滑模LFC方法,并基于Lyapunov泛函进行了稳定性分析。首先,Caputo型分数阶Lyapunov泛函被引入到稳定性分析,通过调整函数积分的上限,减少了稳定性分析的保守性;然后,结合Lyapunov理论和积分不等式,得到线性矩阵不等式描述的时变时滞电力系统的稳定性条件;最后,通过仿真,验证了所提出的控制策略对LFC动态性能的影响,及对负载扰动和风机功率波动的鲁棒性。

能源互联网下新能源电力系统中的储能技术研究

在能源互联网背景下,文章简要分析了能源互联网与新能源电力系统的协同性,强调两者在提升能源利用效率和系统稳定性方面的关键作用,重点分析了新能源电力系统中的储能技术,针对储能系统的优化配置与控制策略进行了深入研究,并对储能技术的实际效果进行了评估,以期推动能源互联网下新能源电力系统储能技术的发展。

能源互联网背景下数据中心与电力系统协同优化研究

保障电力系统的安全稳定运行一直以来是电力行业关注的重点问题。基于新时期电力行业不断发展的背景,以电力系统为主要研究对象,从电力系统运行能耗的角度出发,探究在能源互联网背景下,通过数据中心对电力系统运行能耗进行约束和规范,以促进数据中心和电力系统协同优化发展,实现配电网的优化调度,提升电力系统的运行稳定性和安全性。