基于虚拟阻抗的低压配电网拓扑识别方法

当前拓扑识别技术难以反映潮流特性对拓扑识别的影响,基于配电网现有量测数据,通过分析节点间的电气距离,提出了虚拟阻抗的概念。将节点间具备电气意义的且与电气距离成正相关的连续变量定义为虚拟阻抗,并提出了一种基于虚拟阻抗的低压配电网拓扑识别方法。首先,构建以节点间虚拟阻抗为因变量的多元线性回归方程。然后,通过岭回归计算每一个单相电表与关口电表构成的回归方程的虚拟阻抗,根据计算结果快速判别出拓扑关系异常的电气设备。最后,建立基于导数动态时间弯曲(derivative dynamic time warping,DDTW)距离的校验模型,重新构建得到电气设备的正确拓扑关系,实现低压配电网拓扑关系的修正。以实际的低压配电网台区样本数据为依据,验证了所提方法的有效性。

面向分布式能源能量交互画像的虚拟电厂信息流量预测方法

虚拟电厂的信息流能够表示分布式资源与电力系统交互的活跃程度,信息流的精准预测对了解虚拟电厂的运行特性进而提高系统的控制效率至关重要。然而,虚拟电厂涉及的交互主体较多,其能量特性既受资源个体随机性的影响,又与海量资源聚合后的整体特性息息相关。因此传统的预测模型难以有效拟合虚拟电厂的信息流,亟需提出一种面向虚拟电厂信息流预测的模型。文章提出一种基于长短期记忆网络和变分模态分解的短期混合预测模型。首先采用变分模式分解基于变分原理提取流量序列的本征模态分量;然后,利用长短期记忆网络分别对每个模态分量序列进行建模和预测,并创新性地引入注意力机制来筛选本征模态分量中的重要特征序列;最后,所有子预测算法被整合为一个完整的预测模型。仿真结果表明,相比传统方法,该模型可以有效地提高虚拟电厂信息流量预测的准确性。

基于VPP碳流计算的多目标多时间尺度优化调度

为研究虚拟电厂低碳经济运行策略,以虚拟电厂能流和碳流模型为基础,执行了多目标多时间尺度优化调度。首先,基于碳流走向建立虚拟电厂低碳经济运行的非线性多目标规划模型,并采用归一化法向约束法进行求解。然后,建立了基于动态矩阵控制算法的有限时域优化模型,对日前结果进行跟踪优化和反馈校正,以降低不确定性因素的影响。最后,仿真对比实验验证了所提调度策略能在保证碳流计算精度超过95%的前提下实现虚拟电厂低碳经济运行。

融合注意力机制与SAC算法的虚拟电厂多能流低碳调度

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为多能流互联的综合能源网络,已成为中国加速实现双碳目标的重要角色。但VPP内部资源协同低碳调度面临多能流的耦合程度紧密、传统碳交易模型参数主观性强、含高维动态参数的优化目标在线求解困难等问题。针对这些问题,文中提出一种融合注意力机制(attention mechanism,AM)与柔性动作评价(soft actor-critic,SAC)算法的VPP多能流低碳调度方法。首先,根据VPP的随机碳流特性,面向动态参数建立基于贝叶斯优化的改进阶梯型碳交易机制。接着,以经济效益和碳排放量为目标函数构建含氢VPP多能流解耦模型。然后,考虑到该模型具有高维非线性与权重参数实时更新的特征,利用融合AM的改进SAC深度强化学习算法在连续动作空间对模型进行求解。最后,对多能流调度结果进行仿真分析和对比实验,验证了文中方法的可行性及其相较于原SAC算法较高的决策准确性。

基于电碳点对点交易的虚拟电厂联盟与配电网协同低碳运行策略研究

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)可以通过先进的控制技术对海量分散的分布式能源进行有效聚合,为实现低碳发展提供了有效途径。为促进VPP在碳减排方面的积极作用,提出了一种VPP联盟和配电网多主体协同优化框架。首先,基于碳排放流理论制定了电-碳综合定价方法,激励VPP低碳运行。其次,考虑多个VPP之间采用合作联盟的形式进行共享交易,构建一种基于纳什议价理论的多VPP电碳点对点(peer-to-peer,P2P)交易机制模型,实现资源共享的同时兼顾个体利益和联盟效益。在此基础上,建立一种基于电-碳综合价格引导VPP间电碳P2P交易的VPP联盟-配电网协同优化双层模型。上层模型是多VPP之间电碳P2P最优交易问题,采用自适应步长交替方向乘子法实现多VPP间的分布式求解。下层模型则是配电网的最优经济调度问题。最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性。

基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制研究

直流电源各模块之间的参数存在差异,导致模块化直流电源并联运行时存在环流问题。为解决该问题,研究了基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制。文章在模块化直流电源并联运行过程中检测模块间环流,设计一种纯阻性的虚拟阻抗,并加入直流电源并联系统控制结构。通过调整虚拟阻抗来抑制并联电源模块间环流,实现模块化直流电源并联均流控制。实验结果表明,设计方法下各并联直流电源模块之间负载电流的最大偏差仅0.58 A,可以实现良好的均流控制。

基于潮流追踪模块度的虚拟微电网分区规划

虚拟微电网是一种向着智能化方向升级传统配电网的新方法,现有的虚拟微电网分区研究大部分聚焦于自身拓扑结构,同时,分区过程较为独立且对于虚拟微电网安全性的考虑不足,更为合理的虚拟微电网分区方法对于提高系统稳定性有着巨大的意义。文中首先提出了虚拟微电网的双层分区规划框架,在分区规划与可控分布式电源配置同时进行的基础上,协调故障情况下的可削减负荷与可控分布式电源。随后,建立基于潮流追踪的模块度指标,该指标作为上层模型的主要目标函数的同时,还可以在一定程度上评估各分区的能源利用率。接着,在满足各类约束的基础上建立了与双层框架相对应的上层与下层数学模型。最后,在IEEE 33节点模型中对8种分区方案进行层层优化筛选,得到了两种在上下层模型中目标函数最优的方案,二者在区域内能源利用率和用户负荷削减体验方面各有优劣,验证了所提方法的正确性与有效性。

基于“三流分离−汇聚”的虚拟电厂架构设计

随着新能源渗透率的提高,其随机性、间歇性、波动性带来的电力电量平衡与频率稳定问题日益凸显。这些问题仅靠集中式的传统电厂难以应对,电力系统中灵活性资源也应该承担部分电力与电量平衡的责任。虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为分布式灵活性资源聚合调控的载体,可以整体参与市场化的电力市场交易和接受电网的调度,为电力系统实时平衡提供重要支撑。虚拟电厂的发展离不开大量灵活性资源基础、先进通信与调度控制技术、高效盈利模式与完善的市场政策。虚拟电厂的运营可归于能量网络的能量流动、信息网络的信息交互、价值网络的价值传递。为此,基于“能量-信息-价值”的3层网络体系,分析不同类别虚拟电厂的运行模式与控制方案,提出“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构设计思路,为虚拟电厂的设计、建设和运营提供有益的指导。

含高比例分布式能源的新型配电系统虚拟仿真实验平台

含高比例分布式能源的新型配电系统潮流计算分析具有前沿性强、内容抽象、学习难度大等特点,为了提升教学效果,增强电气工程专业学生对新型配电系统的理解与认识,设计并开发了含高比例分布式能源的新型配电系统虚拟仿真实验教学平台。基于该实验教学平台,初步设计开发了4个实验:①分析配电网拓扑结构,校验连通性;②对比分析不同分布式能源渗透率下配电网电压变化;③计算不同分布式能源渗透率下配电网络功率潮流分布;④考虑分布式能源和负荷出力波动性,计算配电网运行状态。通过本虚拟仿真实验教学平台的建设,显著提升了学生对新型配电系统潮流计算相关理论知识的理解和认识,教学效果明显。

考虑动态响应的虚拟发电厂频率-功率改进自适应下垂控制策略

虚拟发电厂为分布式发电的管理提供一个集成的平台,有助于分布式发电的并网运行。针对虚拟发电厂频率控制问题,基于自适应下垂频率控制策略,考虑虚拟发电厂频率响应的动态特性对基本自适应下垂频率控制策略进行改进。以全系统二次性能指标最小化,采用部分输出量或者部分状态量对潮流控制器的自适应下垂系数进行反馈,从而改进虚拟发电厂中潮流控制器下垂系数的自适应过程,实现虚拟发电厂频率控制的性能最优。仿真算例表明,通过对自适应下垂控制过程引入部分输出量或者部分状态量进行反馈,能够改善自适应下垂控制的效果,提升虚拟发电厂频率稳定性。

考虑风险与碳流动的多虚拟电厂优化运行方法

为提高复杂随机碳-电市场中虚拟电厂VPP(virtual power plant)的运行水平,提出考虑风险与碳流动的多虚拟电厂优化运行方法。首先,考虑到VPP内面临的多种不确定性因素,提出自适应多损失风险计算方法;然后,考虑碳-电交易的耦合性,建立考虑多损失风险与碳流动的多虚拟电厂优化运行模型;接着,针对VPP内各元件贡献投入水平难以量化的问题,引入综合修正因子构建改进的加权Shapley值虚拟电厂效益分配模型。算例分析结果表明,所提方法能够兼顾经济效益与环境效益,提高分配的公平合理性。

多换流器并联的交直流配电网潮流计算方法

针对多换流器并联的交直流配电网潮流计算展开研究,提出了基于虚拟主从策略的潮流计算方法。将多换流器并联的直流母线视为平衡节点,利用该节点上的功率平衡方程以及Udc=f(P)下垂特性方程,将首编号换流器定义为虚拟主换流器,推导得到其功率与其他换流器下垂特性曲线的关系式,实现该换流器功率与母线直流电压的求解;将其他换流器定位为虚拟从换流器,按照P=f(Udc)下垂曲线进行功率更新,解决了多换流器同时控制平衡节点电压的潮流计算难题。通过算例测试验证了所提算法的有效性和正确性。

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。

电网监控实时画面分布式并行绘制关键技术研究

为更有效支撑大型电网调控中心超大屏幕上电网实时画面的绘制,使大屏幕的超高分辨率得到完全利用,提高图形刷新效率,基于大屏幕通常的硬件支撑环境,提出了针对大范围拥有海量图形目标的实时监控画面分布式并行绘制的软件架构,并对其中主要模块的作用和模块间的通信方式进行了说明,对基于时间的同步绘制技术、鼠标键盘虚拟化技术、模型分割及共享等关键技术进行了重点的论述。基于该技术成果的人机系统应用到现场后,提高了大屏幕的刷新效率和图形显示清晰度,很好地支持了电网潮流图等拥有海量图形目标的实时画面显示,使大屏幕得到更加充分有效的运用。

基于改进匹配潮流技术的配电网虚拟量测

针对缺少冗余量测的配电网系统,为了简化状态估计方法、保证计算精度,优化配电网络状态,基于匹配潮流思想提出了配电网虚拟量测的概念,建立了以电压量测自适应抗差加权最小二乘为目标函数、以网络潮流匹配和功率失配量分配参数方程为约束条件的虚拟量测数学模型,给出了引入混沌优化、强引导机制的改进粒子群优化求解方法,并详细介绍了配电网虚拟量测的应用流程。采用IEEE8、IEEE33、IEEE69节点系统对该方法进行测试,结果表明,方法可在较少的迭代次数内获得较为准确的配电网状态,且不涉及量测变换、矩阵计算,具有良好的应用前景。

VSG型的UPFC容量优化及控制策略

具备虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)调节能力的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以为电网提供额外的惯性和阻尼,提高UPFC在新能源输发电领域的竞争力。然而不匹配的换流器输出电压偏移角会增加设备制造成本和额外功率损耗。阐述了VSG型的统一潮流控制器系统,在讨论电压偏移角的大小对UPFC视在功率以及设计参数的影响后,分析了3种典型的电压偏移角控制方案的参数设计。提出了最小容量的参数设计方案以及在上述参数指标限制下以最小功率为目标的偏移角控制策略,并利用数学统计软件(statistical product and service solutions,SPSS)将离线计算得到的偏移角与电压峰值、频率的关系拟合成数学函数,达到简化实时运算的目的;设计了VSG型UPFC的额外储能环节容量参数。最后将提出的参数优化设计以及电压偏移角控制策略与3种典型的电压偏移角算法比较,证明了提出的方法可以进一步优化UPFC设计参数并降低视在功率。

交直流混合微电网虚拟APF的研究

针对各种非线性负荷接入混合微电网导致交流母线电能质量恶化、交直流混合微电网电能需要双向流动的问题,提出一种虚拟APF拓扑结构及其控制策略。通过采用瞬时功率理论,设计了恒功率控制系统。依据交直流混合电力系统功率需求,控制虚拟APF灵活工作在有源电力滤波、整流和并网逆变三种工作模式。在实现直流微网与电力系统之间功率双向流动的基础上,对交直流混合微电网系统中谐波进行治理,提高了接口变流器的利用率,降低了系统运行成本。仿真验证了所提虚拟APF拓扑结构及其控制策略的正确性及可行性。

支路潮流越限控制的虚拟支路法

为解决支路潮流越限问题,提出了支路潮流越限控制的虚拟支路法。通过对潮流越限支路并联虚拟支路法,使原潮流越限支路的电流降低到目标电流水平。虚拟支路导纳参数由目标分流系数、潮流越限支路导纳及戴维南等效阻抗共同确定。基于置换定理,将虚拟支路用含参数的虚拟功率源置换,将虚拟支路的切除问题转化为虚拟支路两端点注入功率的增长问题。根据支路视在功率对节点功率的灵敏度,逐步计算最小代价的控制方案。IEEE算例仿真显示该方法可将越限支路电流降低到目标电流水平,验证了其可行性和有效性。

基于直流潮流和虚拟母线的多控制节点防连锁过载跳闸策略

为消除因潮流转移导致的线路连锁过载,提出一种基于直流潮流和虚拟母线的多控制节点防连锁过载跳闸策略。利用直流潮流模型中的GSDF和GGDF计算平衡机的灵敏度,将平衡机参与到紧急控制中,并根据GSDF和GGDF的应用特点,对不同类型的控制节点组选择不同的灵敏度参数。利用图论将电网拓扑图划分为多个广义潮流转移区域,证明区域外节点和区域连接割点对区域内线路有相同的GSDF,将区域外节点与其相应的区域连接割点等效为虚拟母线,使计算范围从全网简化到过载线路所属的广义潮流转移区域。当利用综合灵敏度选择的控制节点组会使部分过载线路过载程度加重时,采用多控制节点法可有效避免过载线路功率增加。利用反向等量调整法和往返功率预测法,并考虑正常线路冗余量约束计算功率调整量,有效避免了潮流校验,提高了紧急控制速度。在IEEE39节点系统中对该方法的可靠性和优越性进行了验证。

应用改进序分量法的主动配电网不平衡潮流计算

为适应主动配电网快速仿真计算的要求,提出一种基于序分量法的三相不平衡潮流的并行计算方法。该方法首先基于补偿法建立主动配电网中各元件序分量模型:针对各种分布式电源(distributed generation,DG),分别建立PQ、PV不同类型节点的序分量模型;针对非全相线路,提出基于虚拟线路法的一体化序分量建模方法,简化了对非全相线路的处理;针对不平衡负荷,计及了其在实际配网中类型和接线方式,推导其序分量模型,提高了计算的精确性。然后将不平衡配网分解为无耦合关系的正、负、零3个序分量网络和补偿注入元,3个序网络采用并行计算,从而降低了计算规模,节省了存储空间,大大提高了计算速度。最后通过算例验证该算法的准确性和快速性。