基于多时间尺度的电力电子化电力系统稳定控制模型

以电力电子化电力系统多时间尺度稳定运行为研究目标,构建基于多时间尺度的电力电子化电力系统稳定控制模型.通过建立电力电子化电力系统变流器数学模型,获取全部电压信息,引入基于无功电压滚动优化的电压优化控制方法,从日前无功电压优化控制、日内无功电压优化控制两种角度设计优化控制策略,实现电力电子化电力系统在多时间尺度中稳定运行.研究显示,所构建模型的电力电子化电力系统稳定控制效果较好,在多种故障模式下可降低电力电子化电力系统网损.

电力电子化电力系统稳定的问题及挑战:以暂态稳定比较为例

随着电力电子技术的进步和环境保护对清洁能源的要求,以同步发电机为主的传统电力系统正向着多样化电力电子装备为主的电力系统转变,由此电力系统正面临着百年来未有之大变局.近年来,国内外不断报道出以电力电子装备为主的新能源基地和传统高压直流等机理不明的电力事故,严重威胁了电力系统安全稳定运行.针对上述问题,本文首先介绍传统电力系统暂态稳定分析的主要方法,接着分析了典型故障场景下简单电力电子化电力系统的动力学行为,并建立了同时包含电力电子设备与传统同步机的多机耦合系统模型,最后总结了电力电子化电力系统的非线性、多时标、复杂性的本质特点,归纳其暂态稳定的基本问题与挑战以及对未来研究方向的展望,希望引起复杂系统和统计物理背景的研究人员的广泛兴趣.

电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求,大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中,受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来,国内外电力系统中持续出现与电力电子装备相关的各种机理不明的振荡事故,表现为振荡频率范围较宽的多时间尺度时变动态问题,严重威胁电力电子化电力系统的安全稳定运行。该文从多样化电力电子装备原始特征出发,归纳电力电子化电力系统多时间尺度时变动态基本特性,并分别从小干扰建模和动态稳定分析归纳对不同理论方法的基本认识,随后从适用于电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定快速分析计算为根本目标,凝练基于线性周期时变理论小干扰建模和动态稳定直接分析的研究思路。

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。

“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。

基于虚拟电力系统稳定器的低频振荡抑制策略

基于虚拟同步发电机(VSG)控制的新能源机组虽可增强电网惯量及频率稳定性,但可能继承与同步机类似的低频振荡问题。针对该问题,首先基于单台VSG并网的线性化模型,构建了适用于VSG的Phillips-Heffron模型,借助阻尼转矩法挖掘了VSG低频振荡的诱发机理。进一步提出一种附加于VSG无功环节的虚拟电力系统稳定器(VPSS),并给出了控制结构及基于相位补偿法的参数设计过程。研究结果表明:VSG发生低频振荡是由于系统受扰后,虚拟功角的振荡信号经过虚拟励磁调节器对VSG机电振荡回路产生了负阻尼转矩。将所提VPSS接入系统可在几乎不影响振荡频率的前提下,实现0.1~3 Hz下VSG低频振荡的有效抑制。

高电力电子化系统风险协同防控及韧性提升技术

在新型电力系统发展过程中,电网“双高”特征日益凸显,各类逆变器并网后造成关键节点电压稳定性下降,导致大容量直流设备换相失败风险加剧,受端系统韧性在不同时间尺度上被削弱。同时,大量电力电子装置的低旋转惯量、弱抗扰动性和强耦合特性使得电网协同防控面临失效风险,电网重要节点断面故障后有序恢复困难,亟须开展高电力电子化系统风险协同防控及韧性提升技术研究。

考虑新能源随机性的新型电力系统图深度学习稳定指标概率分布评估模型

新型电力系统的新能源大规模随机性出力特点导致目前在线暂态稳定扫描结论面临失效风险,这一问题从元件建模精度、系统拓扑适应性和计算速度三个方面同时对现有方法提出挑战。因此提出了基于重概率化改进的置信带方法和图深度学习的稳定指标概率分布及置信带评估模型,通过图深度学习模型快速评估少量采样点,再由重概率化置信带方法扩增结果,利用标签共现知识引导时域仿真对准确率进行增强,最后使用置信带方法给出随机出力下的稳定概率分布和区间形式的评估结论。该方法优点在于利用了图深度学习的拓扑适应能力和快速计算特点,且不受元件建模精度限制,置信带计算结论具有可靠的理论背景,能够评估稳定概率分布。在IEEE-39和IEEE-300节点系统上的评估精度验证表明,所提方法能够高精度地预测指定方式暂态稳定指标,并给出可靠的概率评估结论。

交直流电力系统电压稳定性控制方法

交直流电力系统电压稳定性控制方法主要集中在单一的调节手段上进行定功率控制,导致电压区域不稳定,发生大规模波动,为此研究交直流电力系统电压稳定性控制方法。首先,通过对交直流电力系统的电压进行分区,揭示系统电压分布的特点和规律。电压分区后,构建储能单元的数学模型,针对直流配电网的惯性特性进行详细分析,确定电压稳定负荷裕度的计算方法,以评估系统的稳定性水平,最后,结合电压暂态稳定性控制输出,实现交直流电力系统电压稳定性控制。实验结果显示,与无功补偿方法和有功潮流优化方法相比,研究的交直流电力系统电压稳定性控制方法的交流子网的电压区域稳定,未发生大规模波动,具有实际的应用价值。

电力电子化不利于电力系统的小扰动稳定性

为了研究电力电子化电力系统的小扰动稳定性,基于电力电子化对电力系统的影响,以电压源换流器高压直流输电系统中的电力电子器件为例,推导高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流的惯性特征;为了验证该惯性特征对电力电子化电力系统小扰动稳定性的影响,利用特征值分析法,结合仿真工具,分别对传统的简单三机系统和IEEE14节点系统及其对应电力电子化电力系统的小扰动稳定性进行分析。结果表明,高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流具有惯性特征,电力系统的电力电子化不利于系统的小扰动稳定性。

结合噪声滤波的电力系统暂态稳定预测

为了解决电力系统实际运行过程中存在大量的输出噪声,提出了一种结合噪声滤波的电力系统暂态稳定预测框架。本框架基于最优样本选择(OSS)方法和覆盖距离(CD)结合生成的覆盖距离滤波器(CDF)进行噪声滤波,然后使用轻量级梯度提升机(LightGBM)模型进行电力系统暂态稳定预测。在仿真软件提供的23节点系统和美国南卡罗莱纳州500节点实际系统上进行的测试结果表明,所提出的电力系统暂态稳定预测框架能够有效过滤噪声,并具有较强的鲁棒性。

基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法

风电等新能源的大规模并网严重影响了电力系统的暂态稳定性。针对新能源电力系统暂态稳定问题,提出基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法。首先,构建新能源电力系统的线路稳定裕度和系统暂态稳定裕度指标,准确辨识系统暂态稳定性;然后,提出附加线路暂态能量控制的改进储能控制策略,更好提升系统暂态稳定性;最后,在New England10机39节点系统中进行仿真验证。算例分析表明,所提方法能准确辨识系统暂态稳定分布情况,有效改善新能源电力系统暂态稳定性。

面向直流受端新型电力系统暂态电压稳定的紧急控制策略

在直流受端新型电力系统中,新能源电源及直流的接入导致同步机开机减少,动态无功功率相对紧张,暂态电压失稳风险显著增大。为高效快速获取紧急控制策略,即直流电流控制方案,并使其适应不同的电网运行方式和故障场景,尤其是电网拓扑结构的变化,基于图卷积神经网络(GCN)对常规深度强化学习模型深度确定性决策梯度(DDPG)的网络结构进行改造,构建了GCN-DDPG融合模型。在此基础上,引入双评价网络机制和评价网络与动作网络非同步更新策略以提升算法效果。进一步地,在应用方面,基于GCN-DDPG融合模型构建紧急控制模型并将其下达至安控主站,安控主站将依据电网实际运行方式和故障等信息,对紧急控制策略进行在线量化计算,并发送至直流控保系统执行。最后,通过改造的IEEE 14节点系统验证所提方法的有效性和优越性。

基于环境激励的电力系统静态电压稳定在线评估

随着电网结构的日益复杂,传统的静态电压稳定分析难以满足速度和准确度的要求。为此,本文提出一种基于随机响应数据的静态电压稳定在线评估方法。首先,推导基于节点电压和线路无功功率的灵敏度指标,在深入分析环境激励下灵敏度指标特性的基础上,提出对灵敏度进行分类;然后,引入K均值异常检测算法处理异常的灵敏度数值,有效地改善了灵敏度估计的准确性;其次,采用加权平均值计算一段时间内的灵敏度,实时判断系统的静态电压稳定性。最后,在IEEE10机39节点系统上进行验证,结果表明所提方法能够准确监测电力系统静态电压的稳定性。

高比例电力电子电力系统过电压(一):定义、分类及相关要求

随着新能源发电设备的大量投运和大容量交直流输电工程的相继投产,我国已初步形成高比例电力电子电力系统的基本格局,以过电压为代表的安全问题日渐凸显。然而,高比例电力电子电力系统过电压起因众多、产生机理繁复,对新能源外送及直流输电能力构成了严重制约。为解决上述问题,该文从大电网安全稳定视角出发,首先明确电力系统过电压的基本概念及其分类,分析高比例电力电子电力系统中不同过电压的起因与波形特征。进一步围绕3个实际电网过电压问题较为突出的场景,分析不同场景下过电压产生的原因、各类设备的过电压耐受能力及限制因素,论述传统交流设备过电压及新型电力电子设备在过电压场景中可能存在的安全风险。最后,总结了高比例电力电子电力系统过电压的分析流程,并结合时域仿真算例进行论述说明。

基于PEF-PinSVM的含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定裕度评估

为精准掌握含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定性,提出一种改进弹球损失支持向量机的评估方法。首先,结合系统特征与投影能量函数指标相关理论建立电力系统暂态稳定裕度的原始特征集,随后借助最大相关最小冗余特征选择法,筛选出衡量并网电力系统电压暂态稳定裕度的特征子集,以表征可再生能源并网对电力系统电压暂态稳定裕度的影响;其次,采用分位数方法将系统划分为稳定类与不稳定类,并将电压暂态稳定裕度分类问题转换为在PEF-PinSVM中寻找最优分位数距离问题,减小可再生能源并网波动性与不确定性对系统电压暂态稳定裕度评估的影响;最后,以IEEE-39节点系统进行算例仿真,发现含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定裕度评估准确率会伴随可再生能源渗透率的增加而提升。

基于自由矩阵积分不等式方法的电力系统时滞相关稳定性分析

研究了电力系统时滞相关鲁棒稳定性问题。首先,建立了考虑系统时滞的电力系统模型;然后,通过构造时滞乘积增广型Lyapunov-Krasovskii泛函,并应用自由矩阵积分不等式方法,对泛函导数进行界定,得到了低保守性的稳定新判据;最后,通过单机无穷大系统、4机11节点系统和典型二阶系统验证了所提方法的有效性。

基于双塔Transformer的电力系统暂态稳定评估

基于数据驱动的方法在电力系统暂态稳定评估的效率和精度提升上已经取得了一些研究成果。然而电力系统暂态过程中涉及多维度时序特征的变化,常规算法对特征的提取能力不足且缺乏可解释性,难以反映系统暂态过程中的动态行为。因此,构建了一个具有双塔结构的Transformer模型,以Transformer编码器作为特征提取器,考虑同一时刻不同维度的特征以及每一维度特征在不同时间步对系统暂态稳定的影响,并将其分别作为双塔结构Transformer模型的输入,训练和学习各特征通道和时间步对系统暂态稳定性的影响。通过融合机制,建立了由系统特征到系统稳定性的端到端的映射模型,实现了暂态稳定高精度的评估,并通过注意力热图可视化解释模型的决策过程。最后,在IEEE-39节点系统验证了所提方法的有效性。

考虑铁路牵引负荷接入的电力系统小干扰稳定性分析

随着电气化铁路的飞速发展,电气化铁路牵引负荷已成为中国电力系统中最大的单体负荷,但其负荷特性对电力系统小干扰稳定性的影响尚不明晰。为此,首先建立电气化铁路牵引负荷等效数学模型,并基于此构建考虑牵引负荷接入的电力系统小干扰模型;其次利用特征值分析方法,分析牵引负荷机车速度、机车数量以及牵引负荷接入位置和占比对电力系统小干扰稳定性的影响;最后通过特征值根轨迹寻找同步发电机励磁参数的调节范围,并分析牵引负荷接入前、后和不同牵引负荷参数对电力系统励磁参数调节范围的影响。研究结果表明:牵引负荷接入后电力系统小干扰稳定性降低,系统励磁参数调节范围收缩,系统稳定裕度降低。

基于PMU梯度动态偏差的新型电力系统快速稳定性

在能源转型和科技进步双重推动下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备正成为电力系统发展重要趋势和关键特征.新型电力系统动态行为随之发生重大变化,传统小干扰稳定性分析方法满足使用需要,在应对运行工况快速变化场合时尚存在亟需解决问题.提出基于同步相量测量装置(PMU)数据梯度动态偏差李雅普诺夫直接分析法对新型电力系统小干扰稳定性进行分析,利用PMU数据矩阵降维得到低维矩阵,代入含双馈异步风力发电机组的电力系统矩阵模型,求解李雅普诺夫方程式得到对角矩阵,通过判定矩阵正定性对系统稳定性作出判断.利用求解后得到的对角矩阵计算相应状态变量动态偏差值,对相应状态变量曲线使用梯度下降法迭代计算该曲线极值点数值,时间加权计算整个振荡过程时间加权动态偏差量,为阻尼稳定控制器配置位置提供指导.利用含风力发电新英格兰10机39节点系统仿真验证方法可以达到改善系统小干扰稳定性以及对新型电力系统快速稳定性分析的有效性.