基于设备状态信息的电网设备运行效率评估模型

为提升电网设备运行效率评估的精准性及效率,设计基于设备状态信息的电网设备运行效率评估模型,以电网设备状态的描述、应用与测试量关系作为评估标准,依靠核心包、域包、记录包、电网设备包,组建电网设备状态信息模型,同时收集设备历史状态记录,构建状态信息数据库,利用数据包络算法进行电网设备权重相对效率评估,同时使用随机前线分析法确定设备产出情况,利用回归分析方法,调节和修正各种随机和外界环境因素,实现对电力系统设备的操作效率的精确评价。实验证明,所提方法评估结果准确,评估效率较好。

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。

含新能源电力系统状态估计研究现状和展望

随着新能源的并网,需要考虑新类型电源的特性对电力系统状态估计器进行进一步研究。综述了系统拓扑结构处理、系统可观测性方法;对新能源并网模型进行了详细分类和概述;按照新能源并网方式对含新能源电力系统状态估计方法进行分类和详细分析;在对传统不良数据检测和辨识研究现状进行总结的基础上,分析了新能源并网后不良数据检测与辨识所面临的困难,同时给出了可能的解决方法。最后对新能源并网建模、含新能源电力系统状态估计算法、含新能源不良数据检测与辨识中值得研究的方向进行了展望。

电网参数变化条件下的谐波状态分段估计方法

针对电网参数变化情况下谐波状态难以准确估计的问题,提出一种谐波状态分段估计方法。首先建立基于独立分量分析法的谐波状态分段估计模型,引入数据段重叠方法减少对历史谐波电流数据的需要,在使用重叠段的基础上,选用相关系数矩阵确定谐波电流次序,利用目标方程最小化法确定谐波电流幅值。接着利用历史谐波电压、电流数据进行统计实验,通过相关系数和方差两个指标确定合适的谐波数据分段长度,通过误差确定合适的重叠段长度,并给出电网参数变化的判据,最后通过二分法判定电网参数变化的数据区间,以实现在电网参数变化时修正估计结果。在34节点馈线系统上的仿真结果表明,所提出的谐波状态分段估计方法能够在电网参数和谐波源数目变化的条件下实现谐波状态的准确估计。

基于状态拓扑模型的电网安全稳定研究及展望

为应对跨区互联和智能化对电网安全稳定提出的挑战,急需构建融合电网状态和拓扑的直观分析模型。电网数学模型虽隐含了拓扑信息,但对各状态量耦合关系的表达缺乏简明的物理直观性;电网拓扑虽直观,但无法表征状态量之间的物理关系。为此,该文通过功角状态和拓扑映射,得到了电网的映射简明物理模型--映射弹性网;通过力学分析,得到电网功角安全性的定量分析方法和指标,并应用于电网结构安全性分析和安全经济综合优化中。展望未来,该模型及其改进模型,在大电网演化特征及安全性分析、可视化运行、在线稳控防线识别和区间功率振荡机理分析等方面,都将发挥实际作用。

适应城市配电网源网荷三重不对称的智能配电网运行仿真平台研究与应用

城市配电网源网荷三重强不对称性日益凸显,配电网粗放式经验型调度亟待解决,尤其是故障自愈和负荷转供路径选择缺乏有效依据,因此,在建立配电网常规元件及分布式电源的稳/暂态全三相模型的基础上,研究智能配电网相关的三相潮流、三相短路电流算法以及三相时域仿真算法,采用新型软件平台图模一体化开发方案开发适应城市配电网源网荷三重不对称的"智能配电网运行仿真平台",利用三相潮流计算获取网络状态、三相静态电压稳态仿真技术判断网络稳定性、时域仿真技术研究源网荷各种扰动下的暂态过程、基于边界条件和矩阵变换的节点电压短路计算模拟网络故障,为主动配电网的运行方式安排和故障处理提供风险预警和决策依据。最后,在南京河西新城建成的智能配电网精细化调度示范工程中进行了成功应用,验证了所提方法及研制系统的合理性、有效性。

极弱电网下直驱风电并网变流器小信号建模及稳定性运行策略分析

极弱电网下,直驱风电并网变流器各控制环路动态交互、满功率运行会改变并网点电压,导致不能稳定运行。对此,建立了考虑控制延时环节的全阶状态空间小信号模型,并采用特征值分析方法分析系统稳定性。研究表明系统稳定性随电网强度降低呈非线性变化,存在不连续稳定区间,且控制延时对不同振荡模式的阻尼比影响也呈非线性,部分阻尼比变大,部分阻尼比变小;同时,得到了参与电压、电流和锁相环之间交互作用的主导状态/控制变量,其参与度随电网强度减弱而加剧,进一步分析了各控制器参数对系统稳定性的影响规律,拉开控制带宽,避免频带交叠,将有助于提高系统稳定性;通过对比分析直驱风电系统在定交流电压控制和电压下垂控制下的适用性,发现定交流电压控制更适合极弱电网工况。通过MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。

钢铁企业自发电与外购国家电网电之间的经济利益

针对当前钢铁联合企业自产电和国家电网价格之间的关系,利用经济规划方法建立了基于自发电的最优经济运营模型.通过求解企业利润最大的目标函数,并讨论分析在国家电网峰、谷、平时电价企业的最优生产计划.最优结果显示,企业利润的高低主要与购入电力转售后的单位利润贡献率、自供电的单位利润率及其上网的售电量有关系.鼓励企业在谷价时尽量外购电,少发电;而在峰价时,尽量自发电,少外购电,富余的电上网销售.

光伏并网逆变有限状态模型预测直接功率控制

针对并网逆变器传统直接功率控制存在开关频率不固定、输出滤波器复杂和采样频率高等问题,在构建光伏并网逆变器有限状态直接功率控制的预测模型的基础上,提出一种光伏并网逆变器的有限状态模型预测直接功率控制方法。对系统输出有功和无功进行预测,根据代价函数,选择使输出功率脉动最小的电压矢量并作用于下一采样周期。此外,对系统进行一拍延时补偿,并实现功率的动态调节。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

联接弱交流电网MMC-HVDC系统的直流功率传输能力提升方法

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)由于具备自换相能力,尤其适用于向弱交流电网供电。交流系统强度降低时,会制约系统的直流功率传输能力,甚至导致系统失稳。针对联接弱交流电网时MMC-HVDC系统功率传输受限的问题,建立了状态空间与直流阻抗模型,从时域、频域两方面研究了交流系统强度对直流功率传输能力的影响,明确了弱交流电网工况下功率传输受限的原因。基于参与因子定位结果,提出了在定直流电压控制环节引入直流电流反馈的功率传输能力提升方法,从时域、频域两方面对控制策略的提升作用进行了机理分析,并定量得出了控制参数的可行域及功率传输能力的最大提升水平。该方法在避免稳态误差的前提下,有效提升了MMC-HVDC系统的直流功率传输能力。

考虑天气影响的配电信息物理系统可靠性评估

电力与通信深度融合是配电网发展的趋势,而天气又是影响配电网可靠性最主要的要素之一,研究评估考虑天气影响的配电信息物理系统可靠性很有必要。首先,选取对电力元件故障和通信元件故障影响最大的天气要素,并对天气要素进行区间划分,构建适合分析电力元件故障和通信元件故障的天气状态模型;其次,结合配电网历史故障数据和历史天气数据,构建以天气状态为变量的电力元件故障概率模型和通信元件故障概率模型;接着,针对通信元件故障使得监视和控制失效而造成的后果评估,给出配电网失负荷量化分析方法;然后,综合考虑电力元件和通信元件故障,提出基于蒙特卡洛方法的配电网信息物理系统可靠性评方法;最后,在改进的IEEE 33节点测试系统进行仿真测试,验证了所提算法的可行性和有效性。

电网调控实时数据平台体系架构及关键技术研究与应用

一体化运行的互联大电网对现有调度自动化系统实时数据的全局性和实时性等提出了新的挑战,文中提出了电网调控实时数据平台体系架构和建设目标原则。在此基础上,研究了电网模型在线同步、分布式数据汇集与处理、大规模并行状态估计、实时数据统一服务等关键技术,实现了基于模型自动同步免维护下的全网实时数据单点采集、全网共享。研发的电网调控实时数据平台在国分调控中心试点建设,应用结果表明,所提技术方案提高了实时数据汇集的全局性、实时性和运维效率,能够为电网分析决策应用提供全面、实时、准确的全网实时数据和状态估计数据断面。

弱电网下双馈风电机组混合功率同步控制策略及稳定性分析

随着高比例新能源规模的不断扩大,新能源发电单元并网点的“弱”特性已初步呈现。弱电网下双馈风电机组中锁相环与电网阻抗耦合交互而引发的并网稳定性问题也日益凸显。为提升弱电网下双馈风电机组的并网稳定性,论文提出一种机–网侧变流器混合功率同步的双馈机组控制策略。混合功率同步运行中无需锁相环实现同步,其中,机侧变流器利用电机定子输出功率实现定子功率同步;网侧变流器利用直流电容上的功率偏差实现直流功率同步。针对所提控制策略,建立双馈发电系统的全维状态空间模型,分析电网阻抗及控制参数对系统稳定性的影响。进一步对比表明,混合功率同步控制比机侧功率同步–网侧锁相同步控制策略在弱电网下更具有稳定性优势。最后通过硬件在环实验平台验证所提控制策略及稳定性分析的正确性。

基于电量裕度的中长期电量安全校核方法

中长期交易电量日益增多,电网可调节裕度减少,因此有必要进行中长期电量安全校核。首先构建电量裕度求解模型,并考虑安全约束必发电量和未来态电网模型,计算机组、断面等关键主体的电量极限。然后通过关联系数矩阵实现中长期电量校核及调整。最后以实际省级电网作为算例,验证所提出模型方法的有效性。通过电力计算、电量校核的方式,为中长期双边交易和电网安全调度运行提供一种技术分析手段。

不平衡电网下并网逆变器功率模型预测控制

当电网电压不平衡时,并网逆变器侧有功/无功功率波动、并网电流谐波显著增加。为解决该问题,提出一种新型的模型预测功率直接控制策略MPDPC(model predictive direct power control)。在该控制策略中,采用电网电流、电网电压及其1/4周期延迟信号和电容电压差搭建功率模型;然后选择功率模型预测控制中最优的开关状态,有效地消除了逆变器输出有功功率2倍频脉动,电流谐波,实现给定有功功率和无功功率的精确跟踪。仿真和实验结果表明,该方法能消除电流谐波,实现三相电流基本平衡。

综合能源系统潮流分析模型与方法的研究综述

多能流潮流分析是研究综合能源系统(IES)状态估计、安全分析与优化控制的重要基础工作。为方便以潮流分析方法研究电、气、热(冷)等能源间的相互转化与耦合联供,综合分析了IES潮流分析的2个主要研究方向,其一为在某确定工况下根据已知参数计算系统的运行状态,包括稳态和动态潮流;其二为在前者基础上考虑系统不确定性参数对系统运行影响的不确定性潮流,并主要以概率潮流解法进行讨论,指出目前多能流混合潮流的研究进展与解耦方法与局限性,总结了最优潮流的求解方式和应用现状。结果表明,目前多能流稳态计算已较为成熟;动态潮流模型多以差分法求解,但准确度和求解效率仍有待提高;不确定性潮流对数据要求较高,无法兼顾计算精度和效率;最优潮流研究多集中于单一目标优化,较少涉及多目标并考虑不确定因素约束的复杂模型。最后,提出目前混合能源潮流计算在模型约束和算法难度等方面的局限性与未来发展前景。

储能电池一次调频无模型自适应控制策略

为发挥储能电池对电网调频特性的改善功能,针对储能电池参与电网一次调频进行了深入研究。首先建立含储能电池的高渗透率新能源区域电网的频率特性模型,并对其进行幅频特性分析,结果表明储能的加入可以有效提高电网的频率稳定性;为保证储能电池荷电状态(state of charge,SOC)的保持效果、电网调频需求以及储能电池的精确数学模型无法确定因素,提出一种考虑电池SOC,基于储能系统输入输出数据驱动的无模型自适应的储能控制策略,并给出相应的调频效果和SOC保持效果指标;最后在Matlab/Simulink搭建典型高渗透率新能源区域电网调频模型进行仿真。结果表明,所提策略能提高电网的抗干扰及自适应能力;与其他传统控制策略比较,所提策略在阶跃负荷扰动情况下,调频效果指标较佳;在长时负荷扰动(连续)情况下,所提策略的SOC指标最优,调频效果指标最佳。仿真结果验证了所提策略的可行性及优势。本文采用数据驱动研究方法,并没有采用传统的模型法,摆脱了对受控系统数学模型的高度依赖,有助于推动储能电池参与电网调频的更高效应用,为加速双碳目标提供更多思路。

基于模型预测控制的离网电氢耦合系统功率调控

能源低碳化转型是目前能源改革必由之路,而氢能在能源去碳化进程中扮演着越来越重要的地位,由风、光与氢能构成的离网电氢耦合典型低碳能源系统,具有显著低碳、绿色的特点。针对离网风光发电不稳定及供能系统低碳化需求问题,该文提出基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的离网电氢耦合系统功率调控方法。氢作为能源低碳化变革中重要能源载体,为风电光伏离网供能系统提供主要的中间稳定环节。该文构建典型离网电氢耦合能源供给系统架构,其中氢储能系统包括碱性电解槽-储氢罐-质子交换膜燃料电池,建立电氢耦合系统线性离散状态空间模型,基于具有较好在线优化动态控制性能的MPC方法,对系统进行功率平衡优化调控。通过典型日算例仿真分析,验证所提系统架构的合理性及系统功率调控的鲁棒性与有效性。

基于同步速坐标系下的双馈感应电机建模及电网电压跌落分析

对广泛应用于风力发电的双馈电机在同步速旋转坐标系下进行状态空间建模,分析了电压跌落对双馈电机的影响。进而引出计及定子磁链暂态变化的控制实现,并以此在MATLAB/Simulink中,对完整双馈风机模型进行了电网电压跌落(跌落深度p=0.9)模拟。仿真结果显示,所建立的双馈电机模型及相应的机侧、网侧变流器控制模型能模拟电压跌落工况运行,满足理论预期,从而实现了为后续转矩震荡优化控制搭建研究和试验平台的目的。

集中式光伏电站汇集系统故障分析与保护方案

为解决现有集中式光伏电站阶段式电流保护存在的拒动或误动问题,文中建立了集中式光伏电站升压入网仿真模型,结合逆变器的控制目标及光伏自身的输出特性,推导光伏侧提供的稳态短路电流解析表达式。在此基础上,逐一分析架空线路、汇集电缆、集电线路发生故障时,传统故障分析与保护方案的适应性。针对架空线路故障时原后备保护不足的问题,提出下游汇集站侧距离保护代替原阶段式电流保护的方案;对现有保护方案难以区分集电线路故障与汇集电缆故障的问题,提出基于熔断器配合的反时限保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提保护方案对常见故障类型均能可靠动作。