Stability Enhancement of Small-Scale Power Grid with Renewable Power Sources by Variable Speed Diesel Power Plant

This paper proposes a power control method to improve a stability of a small-scale power grid with renewable energy sources. In an isolated small- scale power grid such as an island, diesel power plant is main power source which has an environmental burden and expensive running cost due to high priced fossil fuel. Thus, expanding installation of the renewable energy sources such as a wind power is strongly desirable. Such fluctuating energy sources, however, harm power quality of the small-scale power grid, and in addition, conventional power plant in the small-scale power grid cannot, in general, stabilize the grid system with such fluctuating power sources. In this study, Variable Speed Doubly-Fed Induction Generator (VS-DFIG) is proposed to be in-stalled at a diesel power plant instead of a conventional Fixed Speed Synchronous Generator (FS-SG), because quick control of a power balance in the small-scale power grid can be achieved by using the inertial energy of VS-DFIG. In addition, utilization of a Battery Energy Storage System (BESS) is also considered to assist cooperatively the VS-DFIG control. As a result of the simulation analysis by using the proposed method, it is verified that frequency fluctuations due to renewable energy source can be effectively reduced by quick power control of the VS-DFIG compared to the conventional FS-SG, and further control ability can be obtained by utilizing BESS. Moreover, the transient stability of a small-scale power grid during a grid fault can also be enhanced.

基于交流储能的光伏柔直系统多时间尺度调压控制

由于光伏发电受光照强度等因素影响明显,导致其与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并网运行时功率不均衡,影响系统直流电压稳定性。该文针对光伏接入柔直系统的多时间尺度功率不平衡问题进行研究,提出光伏送电端交流侧储能方案及附加功率反馈环控制策略,协调消纳多时间尺度及交流故障场景下系统产生的不平衡功率。所搭建21电平35 k V光伏并网柔直模型的仿真结果表明,在光照强度突变至600 W/m2的情况下,采用附加功率反馈环控制策略时储能系统对直流电压波动的抑制水平可达11.9%,交流故障时其对直流电压波动的抑制水平可达23.7%,验证了该方案及控制策略的可行性。

虚拟电厂规模化灵活资源聚合调控框架研究与思考

在“云边协同+物联网”的背景下,为给虚拟电厂动态性能量化分析评估提供全面的资源结构基础和系统化的调控框架,在对现有和潜在虚拟电厂规模化灵活资源进行调研梳理和系统分析基础上,结合资源电网接入体系和电网可控性进行研究,形成了融合3类路径、适应多场景多情形的系统化虚拟电厂规模化灵活资源聚合调控框架。同时,依据该框架提出云边协同+物联网的虚拟电厂动态性能量化分析评估系统架构研究参考原则,探讨了虚拟电厂相关机制体制研究方向。

交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

基于动态格栅的湍流风实验模拟方法研究

开发一种基于动态格栅的湍流风实验模拟方法和装置,并通过调节格栅运动参数和来流风速,实现对湍流风特征参数的定量调控。实验分别研究罗斯贝数Ro、格栅雷诺数Re_(M)、格栅运动角加速度α、格栅运动周期长度T对湍流参数的影响规律。结果表明,湍流参数仅对罗斯贝数敏感,平均风速与湍流度均随罗斯贝数增加而增大,而湍流积分尺度则呈现先减小后增大的趋势。综合实验工况参数,得到湍流强度可调节范围为0.05~0.39,湍流积分尺度可调节范围为0.15~1.56 m,适用于缩尺比1∶20~1∶1200范围的风电机组模型实验。

大规模水能富集电网短期多目标嵌套多能互补运行方式研究

在“双碳”的背景下,亟需深入研究如何促进多能互补系统内不同能源之间的协同作用,促进能源深度融合。针对这一问题,在考虑水能富集地区大规模电网不同断面输送电任务的情况下,提出一种区分内外层,逐层递进优化并尽可能消纳风光清洁能源,且兼顾全网源荷匹配程度的多目标嵌套多能互补模型,两层均采用混合整数线性规划算法(MILP)进行求解。内层立足于断面角度,以通道利用率最大化为目标,将水风光打捆进行互补优化,使其出力最大化,尽可能占满通道。外层立足于全网角度,以源荷匹配最大化为目标,采用全网水风光电源联合调节后的剩余负荷波动最小来表达源荷匹配目标,使剩余负荷平稳。本文以西南某水能富集地区大规模电网为研究对象,包含304座水电站,12个断面,选取夏秋丰水期和冬春枯水期风光峰谷差最大日、风光平均发电日共4个典型日进行模拟计算,得到电网丰水期平均通道利用率约为80%,枯水期平均通道利用率约为40%,丰枯期内全网剩余负荷波动率均小于5%。得出以下结论:在夏秋丰水期,水风光系统可为电网提供更多电能,在冬春枯水期,水风光系统出力过程更为稳定。在风光出力平稳时期可为电网提供更多电能,同时使得电网运行更为稳定。本次研究成果对大规模水能富集地区电网多能互补优化调度运行提供参考。

我国绿电规模化交易主要影响因素分析及政策建议

我国光伏发电和风电处于快速发展阶段,如何鼓励绿色电力消费,成为近期电力行业发展的一个重要方向。自2021年我国绿电交易开始以来进展迅速,在交易量和交易机制方面都有明显进展。2023年前三季度,完成绿电结算电量352×108k W·h、绿证391万张。尽管绿电交易快速上升,但其占市场交易量的比重仍然较低,2023年1~6月绿电交易仅占全国总交易量的1%。未来绿电将占据电力消费的主要部分,成为未来电力系统发展的主要特征。绿电交易近期要解决的主要是一些显性问题,如跨省交易困难导致绿电交易量受限、更低价格的绿电无法扩大应用空间等,而绿电供应途径及高可靠度供电机制将成为未来需要面对的主要问题。近期推进大规模绿电交易是可行的,我国已出台各项政策,要求加大绿电交易,扩展省间交易,推进现货交易。电网调度侧需要尽快强化技术措施,适应波动性强的可再生电力的纳入,确保高可靠度供电。长期来看,需要明确未来新型电力系统的架构,以长期发展目标来确定现在的规划,一个明确的长期发展格局,对当前的电力系统建设至关重要。纳入现货交易是进一步扩大绿电交易的有效手段,需尽快构建24h及低于小时级的供电预测和电价预测信息体系,为现货交易提供技术支持。

暂态电压稳定薄弱区域辨识的Louvain分区算法

针对大电网暂态电压稳定整体研究过于复杂的问题,提出一种暂态电压稳定薄弱区域辨识方法。首先,引入节点间电气距离计算模块度,运用Louvain算法对电网进行分区;然后,考虑线路负载率与线路开断对节点电压的影响,利用熵值法构建关键线路辨识指标筛选出关键线路,将关键线路三相短路故障作为预想故障集;最后,利用基于暂态电压稳定判据构建的节点暂态电压稳定评价指标,评价出暂态电压薄弱的区域。通过广东电网仿真结果验证所提方法的有效性。

基于改进YoloV4的电网变压器油液渗漏检测方法

及时发现电网变压器油液渗漏问题对于电网的安全与稳定运行尤为重要;传统电网变压器油液渗漏检测主要依赖于人工定期巡检,但人工巡检无法实现全天候监测,具有滞后性;当前主流目标检测模型应用于电网变压器油液渗漏检测时,存在检测速度较慢、准确率低和鲁棒性较差等问题,无法满足实际应用;为此提出一种改进YoloV4的变压器油液渗漏检测方法;首先,通过引入Mobile-ViT作为模型的骨干结构,利用卷积和Transformer结构有效提取目标的局部和全局信息特征,降低计算量;其次,提出多尺度特征融合层,旨在实现局部和全局信息的多尺度特征融合,增强上下文语义表达,用以更好地实现电网变压器油液渗漏检测;实验结果表明,该方法在电网变压器油液渗漏数据集上检测精度达到了95.3%,检测速度达到了50.6 fps;相较于原生YoloV4方法检测精度提高了2.6%,检测速度提升了2.6 fps;经实际应用,该方法部署在边缘设备上推理速度也达到了43 fps,满足了实际工程的需求。

基于Gabor变换的电网调度自动化设备运行状态监控技术

提出基于Gabor变换的电网调度自动化设备运行状态监控技术。该方法从电网调度自动化设备的大规模数据库技术和自动化电网调度技术入手,分别采集2项技术在电网调度自动化设备运行中存储和调度的状态信息,并将状态信息与Gabor变换结合,消除状态信息携带的干扰噪声,通过将优化后的状态信息输入以模糊神经网络与电网调度自动化设备健康评估体系为基础建立的设备运行状态监控模型中,实现电网调度自动化设备运行状态监控。实验结果表明,所提方法能够迅速监控电网调度自动化设备运行故障状态,监控功率与实际功率一致,监控精确度高。

省级电网抽水蓄能电站需求规模规划研究

合理规划建设抽水蓄能电站,可为新能源大规模接入电力系统安全稳定运行提供支撑,有利于新能源大规模、高比例、高质量发展,对构建新型电力系统、促进能源绿色低碳转型意义重大。各省电网抽水蓄能电站规划合理规模是科学有序建设抽水蓄能电站的控制性指标,在规划、前期设计、项目核准等阶段,均需依据该指标。研究制定合理需求规模是有序推动抽水蓄能发展的关键工作。为此,在大量规划实践工作基础上,总结提出了省级电网抽水蓄能合理规模论证的方法,并以规划水平年2030年某省电网为研究对象,结合负荷预测成果及电源、电网发展规划,拟定不同的电源规划方案,建立了电力系统运行模型,以满足电力系统需求、建设运行总费用现值最低为目标,研究提出该省份2030年电网的抽水蓄能电站合理装机规模约为20230~21430 MW。

大规模风电并网后电力系统有功功率调度模型

为了保证大规模风电并网后电力系统能够稳定运行,解决现有有功功率调度模型存在的调度效果不佳、调度成本高的问题,对电力系统有功功率调度模型进行了优化设计。选取大规模风电功率场景作为有功功率的调度范围,在该场景内模拟风电并网过程,分析并网后对电力系统产生的影响。根据功率时序特征的提取结果和电力系统潮流计算结果,预测电力系统的有功功率值。通过功率分配、调度量计算、约束条件设置等步骤,完成大规模风电并网后电力系统的有功功率调度。通过实例应用分析实验得出结论:与传统调度模型相比,应用设计调度模型得到的有功功率输出结果更接近期望值,且调度成本降低了2.7万元。

新能源光伏发电站大规模并网频率主动控制研究

随着全球能源结构的转型和可持续发展的需求,新能源光伏发电站的大规模并网已经成为电力系统发展的重要趋势。然而,光伏发电站的并网运行也带来了一系列的技术挑战,其中频率主动控制是一个关键问题。为此,从建立大规模光伏发电阵列、构建不同阴影模式下光伏阵列电路模型、并网频率主动控制等三方面,深入研究了新能源光伏发电站大规模并网频率主动控制方法,以期推动光伏发电的发展和应用,促进能源结构的转型和可持续发展。

智能电网环境下光伏发电系统的优化运行策略

针对智能电网环境下光伏发电系统运行的不确定性问题,提出一种多时间尺度优化策略。该策略在多目标优化的框架下,综合考虑经济性、可靠性、环境效益等因素,构建基于模糊逻辑控制的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)模型、基于随机优化的经济调度模型以及基于生命周期评估的环境影响模型。通过在实验平台上的对比分析,验证所提策略在提高光伏发电系统发电效率、降低运行成本、减少碳排放方面的有效性,为大规模光伏接入智能电网提供理论参考和实践指导。

基于多源量测信息的数据质量诊断方法研究与分析

电网调控系统服务范围的扩大使得电力调度数据出现爆炸式增长,量测数据不一致、准确性低等数据质量问题日益突出,如何快速有效地实现多级电网调控量测数据质量诊断与评估成为亟待解决的难题。围绕多级电网调控运行管理业务需求,首先提出考虑长时间尺度功率平衡及多源关联分析的调控量测数据校验算法,实现功率不平衡、多源不一致等异常数据的快速研判;其次提出基于模糊层次分析法的量测数据质量评估方法,构建基于Spark的电网调控多源量测数据质量综合评估系统,为大电网数据价值深度挖掘和调控精益管理提供技术支撑。

新型电力系统“源-网-荷-储”多元灵活性提升方法与路径

以高比例新能源为主体的新型电力系统在局部时段灵活性严重不足,需要挖掘各类资源的灵活性以提高电力系统多时间尺度可调节能力。探讨了不同时间尺度的灵活性供需平衡特性;总结了面向新型电力系统“源-网-荷-储”各环节的灵活性提升方法,突出各类资源的灵活性互补效果;分析了不同类型电力市场的交易机制相互配合衔接对提高电力系统多时间尺度灵活性的作用,可以联合提高灵活性资源的跨时空配置效率,有效释放电力系统多时间尺度灵活性。

大型集中式光伏发电站的电压稳定性与调节策略

随着可再生能源的快速发展,大型集中式光伏发电站在全球范围内得到了广泛应用。然而,由于光伏发电的间歇性和波动性,其接入电网后可能会引发电压稳定性问题。本研究聚焦于解决大型集中式光伏发电站接入电网后可能出现的电压波动和稳定性问题。通过深入分析光伏发电的间歇性特点、系统阻抗特性以及光伏逆变器的控制策略等因素,提出了一系列针对性的优化策略,包括升级调节设备以提高响应速度和调节精度,优化调节策略与算法以更好地应对电网的动态变化,以及展望未来技术发展趋势,如智能化技术和基于大数据的电压控制方法,以期提高光伏发电系统的稳定性和可靠性,推动可再生能源在电力系统中的更广泛应用。

基于深度学习的智能电网违章识别算法研究

针对智能电网基建施工现场违章识别中安全帽检测在复杂场景下检测精度低的问题,提出了一种基于YOLOv7改进的安全帽佩戴检测方法,首先在模型主干网络中引入MCA,获取更多不同感受野下的特征信息,增强网络对感兴趣区域的关注能力并提升对小目标的识别能力,其次利用检测目标类圆特性,设计使用BCR代替BBR对目标进行学习,以减少图像背景信息干扰,提升密集目标识别率,最后针对检测圆提出基于cIoU的动态焦点Focal-cWIoU损失函数,动态调整几何惩罚项,降低低质量样本的影响,提升模型的检测精度,试验结果表明,该方法的检测时间和精度均满足电力基建现场各种复杂施工场景的要求。

计及台风的含高渗透率风电大电网多时间尺度防御调度策略

为解决我国沿海地区大规模风电接入电网场景下对台风灾害鲁棒性不足的问题,提出一种计及台风的含高渗透率风电大电网多时间尺度防御调度策略。首先,根据台风气象数据建立台风灾害下可调度风电资源评估模型及典型电网元件故障率模型,生成台风灾害下电网故障场景;其次,考虑台风场景下风电出力及故障情景,提出电网失负荷和电网风险指标量化的电网故障损失及概率,分析电网的风险成本;进一步,根据响应速度及能量时移特性对电网的多源调度资源进行分类,以电网风险成本及运行成本之和最低为目标函数构建多源电网多时间尺度防御调度模型,并应用改进海鸥算法对模型进行求解。最后,通过IEEE-39节点算例结果表明,所提出的防御调度策略能协调源-荷的灵活资源,提高电网面对台风灾害的鲁棒性。

基于哈尔小波配点法的虚拟同步化电网动态仿真方法

虚拟同步化电网中多元设备间惯量差异明显、多尺度特征突出,传统动态仿真方法对多尺度特性的适应性存在不足。该文提出一种基于哈尔小波配点法的仿真方法用于虚拟同步化电网系统的动态仿真。首先揭示虚拟同步化电网系统的多尺度特征,分析传统仿真方法在多尺度系统仿真中的局限性。然后,介绍小波配点法的基本原理,建立基于哈尔小波表征的虚拟同步化电网多尺度模型,通过构造积分步内的插值配点,提出基于小波配点法的仿真求解方法。而后,详细分析该方法的时间复杂度和误差累积特性,为了提升仿真效率,进一步提出多层次自适应与多区间自适应的仿真策略,构建了优化的哈尔小波配点法动态仿真计算流程。最后,基于不同规模虚拟同步化电网算例,将哈尔小波配点法与传统商用仿真算法进行对比分析。结果表明,所提方法准确可靠,具备高阶精度、快速仿真能力,可以实现多尺度虚拟同步化电网的大步长仿真。