Coordinated and uncoordinated design of LFO damping controllers with IPFC and PSS using ICA and SFLA

A single machine-infinite-bus(SMIB) system including the interline power flow controllers(IPFCs) and the power system stabilizer(PSS) controller is addressed. The linearized system model is considered for investigating the interactions among IPFC and PSS controllers. To improve the stability of whole system again different disturbances, a lead-lag controller is considered to produce supplementary signal. The proposed supplementary controller is implemented to improve the damping of the power system low frequency oscillations(LFOs). Imperialist optimization algorithm(ICA) and shuffled frog leaping algorithm(SFLA) are implemented to search for optimal supplementary controllers and PSS parameters. Moreover, singular value decomposition(SVD) method is utilized to select the most effective damping control signal of IPFC lead-lag controllers. To evaluate the system performance, different operating conditions are considered. Reponses of system in five modes including uncoordinated and coordinated modes of IPFC and PSS using ICA and SFLA are studied and compared. Considering the results, response of system without controller shows the highest overshoot and the longest settling time for rotor angel at the different operating conditions. In this mode of system, rotor speed has the highest overshoot. Rotor angel in the system with only PSS includes lower overshoot and oscillation than system without controller. When PSS is only implemented, rotor speed deviation has the longest settling time. Rotor speed deviation in the uncoordinated mode of IPFC and PSS shows lower overshoot than system with only PSS and without controller. It is noticeable that in this mode, rotor angel has higher overshoot than system with only PSS. The superiority of the suggested ICA-based coordinated controllers is obvious compared with SFLA-based coordinated controllers and other system modes. Responses of coordinated PSS and IPFC SFLA-based supplementary controllers include higher peak amplitude and longer settling time compared with coordinated IPFC and PSS ICA-based controllers. This comparison shows that overshoots, undershoots and the settling times are reduced considerably in coordinated mode of IPFC based controller and PSS using ICA. Analysis of the system performance shows that the proposed method has excellent response to different faults in power system.

大规模风电并网后江苏电网柔直换流站与UPFC的有功功率协调控制方法

随着“双碳”战略的提出与实施,我国将着力建设以新能源为主的新型电力系统。然而,风电等新能源大规模并网将给具有交直流混联特征的新型电力系统带来威胁与挑战。通过以十四五规划末期的江苏电网为例进行分析,发现在大规模风电并网背景下,江苏电网中部分“南北向”500 kV交流输电线路N-1后负载过重的问题亟待解决。为此,基于综合灵敏度计算方法,提出了一种综合利用柔直换流站和统一潮流控制器的有功功率协调控制方法,用于改善系统潮流分布并消除潜在的线路过载。最后,以江苏电网为例进行了仿真分析,对苏州500 kV统一潮流控制器、白鹤滩-江苏直流和某规划中三端柔直换流站进行了有功协调控制。结果表明,所提协调控制方法应用于江苏电网时可有效解决交流输电通道N-1后负载过重问题,且相比于典型最优化方法在计算速度上具有优势。

含混合型潮流控制器的风电并网系统潮流优化

混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)可以有效解决风电并网系统中存在的支路潮流过载问题,且相较于统一潮流控制器成本更低。针对现有的HPFC潮流优化研究尚未计及支路潮流最大值约束和风电不确定性的问题,提出一种基于场景削减的含HPFC风电并网系统最优潮流模型。首先,建立HPFC的功率注入模型,并推导了注入功率表达式;其次,采用K均值算法削减风电、负荷概率场景,通过CH(+)指标选择最优场景集合;最后,建立兼顾发电机运行成本、系统网络损耗、正常运行及N-1故障下的支路负载率的多目标优化模型,采用多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法进行求解,利用模糊满意度函数在Pareto解集中筛选出折衷解。在MATLAB中仿真验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以计及风电不确定性,保证电网在不同场景下的安全经济运行。

基于因果序图的氢能一体化电站运行过程建模及能量流控制策略

为解决大规模的“间歇性电源”接入造成的电能供需不平衡的问题,该文提出氢能一体化电站及其运行过程中电-氢-电能量流控制策略。首先,根据一体化电站电-氢-电能量转换特点,基于因果序图(COG)建立了面向控制的制储氢发电一体化电站运行动态模型,该模型能够清晰地反映一体化电站不同物理量之间的关系,实现一体化电站运行过程的表征;其次,在所建模型基础上基于自然因果关系原理设计了一体化电站运行过程的功率流和氢气流控制策略,该策略对于刚性关系过程采用反转模型控制,减少了误差反馈耗时,增强了控制器性能;最后,在基于RT-Lab的硬件在环仿真平台上进行了测试,分析了一体化电站不同物理量之间的变化关系。与比例-积分-微分(PID)控制和自抗扰控制(ADRC)方法的对比结果表明,所提控制策略在响应速度、收敛精度和运行效率上优于传统方法,可以更有效地实现氢能一体化电站运行过程的能量流管理。

基于PSASP的IPFC功率注入模型研究

线间潮流控制器(IPFC)能实现不同线路间功率的定向、定量交互,解决电网潮流分布不均的问题,具有较好的应用前景。然而,目前用于大电网分析计算的主流软件中均未开发IPFC模型,导致难以对其控制潜力及应用前景进行评估。文中研究了电力系统综合程序(PSASP)下的IPFC建模方法。首先,采用功率注入法推导了IPFC装置的数学表达式。在此基础上,基于PSASP软件的用户自定义(UD)功能,搭建了IPFC的稳态控制模型,并给出了IPFC的潮流计算原理和实现方法,完成了PSASP潮流程序和用户自定义模型之间的交互迭代。仿真算例验证了文中所建模型的有效性和准确性。

Damping forced oscillations in power system via interline power flow controller with additional repetitive control

With the continuous expansion of power systems and the application of power electronic equipment, forced oscillation has become one of the key problems in terms of system safety and stability. In this paper, an interline power flow controller (IPFC) is used as a power suppression carrier and its mechanism is analyzed using the linearized state-space method to improve the system damping ratio. It is shown that although the IPFC can suppress forced oscillation with well-designed parameters, its capability of improving the system damping ratio is limited. Thus, combined with the repetitive control method, an additional repetitive controller (ARC) is proposed to further dampen the forced power oscillation. The ARC control scheme is characterized by outstanding tracking performance to a system steady reference value, and the main IPFC controller with the ARC can provide higher damping, and further reduce the amplitude of oscillations to zero compared with a supplementary damping controller (SDC). Simulation results show that the IPFC with an ARC can not only greatly reduce the oscillation amplitude, but also actively output the compensation power according to the reference value of the ARC tracking system.

计及风电不确定性的含线间潮流控制器的电力系统经济调度

线间潮流控制器(IPFC)拥有强大的潮流调控能力,可为解决大规模新能源接入背景下的潮流调控问题提供全新的解决方案。该文提出一种计及风电出力不确定性的含IPFC电力系统安全约束经济调度方法,首先基于MARKOV链生成风电出力场景,构建相应概率风险指标以描述系统安全性,并给出了兼顾经济性与安全性的优化目标函数;然后,在充分考虑双回线结构IPFC控制特性的情况下建立了故障前后电力系统的等式/不等式约束;最后,针对所建立的强非线性安全约束经济调度优化模型,设计了基于粒子群算法的计算构架并实现了模型的求解。基于江苏电网的算例分析表明,利用该文方法获得的策略比基于传统方法获得的策略能更好地满足潮流安全约束,且准确地计及了IPFC的控制特性,具有较高的应用价值。

基于ESI数据库的电网侧领域研究前沿分析

当前我国已经进入电力发展的新时期,分布式能源的大量接入对电网规划、运行、控制和电能质量产生了重要影响。准确识别电网侧领域前沿技术及其发展方向,有助于该领域亟需的关键核心技术布局策划的开展,有助于新型电力系统科技决策。以Essentialscience indicators数据库中的研究前沿所包含的高被引论文为基础,通过数据检索、专家判读等方法筛选出与电网侧领域相关的研究前沿23个,通过人工聚类形成电网侧领域10个研究方向。选取综合能源系统弹性研究、微电网智能运行调度系统和新型电力系统潮流控制技术研究方向进行了重点分析解读,对电网领域前沿技术研究现状和发展趋势进行了研判,挖掘了高质量、高影响的学术成果,展示了各前沿方向顶级的研究机构、专家团队遴选结果。

Adaptive fractional integral terminal sliding mode power control of UPFC in DFIG wind farm penetrated multimachine power system

With an aim to improve the transient stability of a DFIG wind farm penetrated multimachine power system(MPN),an adaptive fractional integral terminal sliding mode power control(AFITSMPC)strategy has been proposed for the unified power flow controller(UPFC),which is compensating the MPN.The proposed AFITSMPC controls the dq-axis series injected voltage,which controls the admittance model(AM)of the UPFC.As a result the power output of the DFIG stabilizes which helps in maintaining the equilibrium between the electrical and mechanical power of the nearby generators.Subsequently the rotor angular deviation of the respective generators gets recovered,which significantly stabilizes the MPN.The proposed AFITSMPC for the admittance model of the UPFC has been validated in a DFIG wind farm penetrated 2 area 4 machine power system in the MATLAB environment.The robustness and efficacy of the proposed control strategy of the UPFC,in contrast to the conventional PI control is vindicated under a number of intrinsic operating conditions,and the results analyzed are satisfactory.

同相牵引供电系统的补偿原理及再生制动特性

由平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)组合构成的同相牵引供电系统可解决负序电流、谐波电流、无功电流的补偿及电分相方面存在的问题,分析了该供电系统的补偿原理,比较了牵引和再生制动状态同相牵引供电系统对电力系统供电质量的影响,指出制动状态下IPFC可在不改变控制策略的情况下将能量平衡地回馈到三相电网,节约电能。仿真结果验证了同相牵引供电方案的正确性。

新型同相牵引供电系统方案

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功,以及相邻供电区段分相绝缘器引起的列车速度和牵引力损失等问题,将YN,vd平衡变压器和综合潮流控制器(IPFC)有机结合,构成新型同相牵引供电系统。该系统基本消除了三相不平衡,并使谐波含量尽可能好,从根本上解决了铁道部门与电力部门的主要矛盾。取消电分相环节,顺应了客运高速化、货运重载化的时代趋势。讨论了同相供电系统的结构、平衡变压器的性能,并分析了IPFC的结构、平衡变换原理以及控制策略。仿真结果验证了该方案的可行性。

时间序列数据库在地区电网调控一体化系统中的应用

本文在分析地区电网调控一体化系统特点的基础上,提出了在系统中引入时间序列数据库的设计方案,将Oracle数据库与国产时间序列数据库结合使用,解决了关系型数据库在系统使用中存储和访问效率等方面的问题。介绍了所开发的时间序列数据库服务及其主要功能应用,如实时曲线、事故反演、历史潮流、可视化调度等。

统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用

大规模风电并网改变了原来电网的潮流分布、线路传输功率以及电网故障时的暂态特性。将统一潮流控制器(UPFC)应用于异步风电机组并网的环形输电网络模型中,研究UPFC改善风电并网的性能。通过设计UPFC并联侧的双闭环反馈控制,设置风电输出线路三相短路故障来研究UPFC提高风电场低电压穿越能力。再建立UPFC串联侧有功与无功的独立控制系统,向输电线路输出补偿电压,研究其优化风电并网系统的潮流分布能力。在Matlab/Simulink软件中建立模型,仿真结果表明基于UPFC强大的无功补偿能力与潮流控制能力,UPFC能够显著提高风电并网的低电压穿越能力和优化潮流分布。

同相供电系统的改进型电流检测方法

基于YNvd平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)相结合构成的同相供电系统,在机车运行状态改变时进行了仿真分析。当同相供电系统采用传统型电流检测方法,在机车由牵引状态转变为电气制动状态时,由于传统型电流检测方法的缺陷性,IPFC直流侧电容电压会急剧上升。而基于Fryze功率定义的改进型电流检测方法则可以避免该问题,另外改进型电流检测方法可应用于部分补偿模式。仿真结果证明了改进型电流检测方法的可行性。

计及线间潮流控制器的电力系统潮流优化

随着电力电子技术的发展,FACTS设备得到了广泛应用。近年来,UPFC在我国得以应用,为电网潮流分布不均的输电瓶颈问题提供了新的解决思路。IPFC是一种较UPFC更为强大的FACTS装置,其不仅能像UPFC一样控制目标线路潮流,还能实现不同线路间功率的定向、定量交互,均衡输电通道潮流。然而,已有文献在对含IPFC电力系统的潮流优化研究中,并未充分计及实际电力系统及IPFC潮流调控域的各方面约束。该文首先基于附加虚拟节点法建立了IPFC的稳态模型,然后在考虑IPFC实际控制能力的情况下,获取实际系统中的IPFC潮流调控域,最终,提出一种计及IPFC潮流调控域的兼顾电力系统经济性与安全性的含IPFC电力系统多目标潮流优化方法。仿真算例验证了所述模型的有效性与准确性。

采用居民温控负荷控制的微网联络线功率波动平滑方法

风、光等可再生能源的输出具有间歇性、随机性等特点,会对电网造成不利影响。目前大多利用高成本的电储能系统抑制可再生能源功率波动,因此提出一种利用居民温控负荷控制技术的微网联络线功率平滑算法。采用简化1阶等值热力学参数(equivalent thermal parameter,ETP)模型来描述热泵热力学动态,在通信系统双向可靠的前提下,该功率平滑算法采用状态队列(state-queueing,SQ)模型控制热泵负荷开关状态。在社区级并网微网中,对1000个家用电热泵设备进行仿真控制,结果表明热泵响应可以有效跟随平滑目标;通过对可再生能源渗透率、外部环境温度、热泵工作温度上下界等因素的灵敏度分析,可以看出不同因素对控制结果的影响。该方法为广义储能系统在微网中的应用提供了新的技术途径。

同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析

针对电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题,讨论了采用Scott平衡变压器与综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电系统。提出IPFC直流侧电压PI均值前馈控制策略,可准确控制变压器副边电流幅值均衡,实现系统负序的完全补偿。为改善传统控制方法谐波含量高、直流侧电压波动大的不足,提出直流侧电流均值前馈控制策略。所提方法使系统具有良好的动态特性、稳定性及较小的稳态误差,且在牵引和再生制动工况下均适用。仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。

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。

基于钒电池储能系统的风电场并网功率平抑控制

为平抑风电场输出功率波动,选择在风电场并网母线位置配置钒电池储能系统。采用双向AC/DC变流器作为钒电池储能系统的功率调节器并推导出其在d-q坐标系下的暂态数学模型。针对此数学模型强耦合、非线性等不利于控制器设计的特点,采用状态反馈精确线性化方法,将其转化为线性形式,再采用变结构原理中的变指数趋近律方法设计系统的闭环控制器。仿真结果表明,当风速快速变化时,钒电池储能系统能够通过快速充放电平抑风电场输出波动;而且与PI控制相比,变结构控制可使系统的动态性能更好。此外,钒电池储能系统具有有功和无功功率可以独立调节的特点,可实现风电功率的解耦控制。

一种改善同相牵引供电系统直流侧电压及补偿容量的方案

针对电气化铁道同相牵引供电系统直流侧电压过高、补偿容量过大的问题,讨论了综合潮流控制器(IPFC)的改进方案。就牵引供电Vv接线、Scott接线和YN,d11接线3种形式,提出同相供电统一改进方案,即根据牵引和再生制动不同工况分别调整IPFC交流侧电抗属性及大小。对直流侧电压和核准容量的分析表明,改进方案可有效降低直流侧电压并减小设备补偿容量。改进后3种接线形式的核准容量都为负载的有功功率,且以Vv接线直流侧电压为最低,YN,d11接线为最高;而Scott接线可简化β侧的电抗设计。通过对Vv接线的仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。