三峡梯级水电站汛末联合多目标蓄水调度研究

针对三峡梯级水电站汛末蓄水调度的复杂问题,以汛末蓄水、下游补水和梯级发电为目标,构建了梯级联合多目标蓄水调度模型,提出了两阶段约束法对模型目标进行降维处理,进而采用动态规划求解模型,并通过对不同来水过程的调度计算与方案比较。结果表明,随着三峡水库汛末蓄水位的抬高,梯级向下游补水能力逐渐减弱;若三峡水库汛末蓄水位相同,则梯级下游控制补水流量越大,梯级总发电量越大;若梯级下游控制补水流量相同,则汛末蓄水位越低,梯级发电量越大;下游控制补水流量越大,则梯级下泄流量越均匀,发电出力峰谷差越小,也越有利于下游通航安全。

基于水循环算法的梯级水电站短期优化调度

鉴于梯级水电站优化运行的高复杂度、强非线性、多约束等特点,构建了基于峰谷分时电价下的梯级水电站日最大发电效益模型。针对遗传算法(GA)等传统智能算法对复杂模型求解易陷入局部最优的问题,提出一种水循环算法(WCA)与水位廊道约束耦合、降低约束复杂度、规范寻优空间的方法,并以湖北某梯级短期优化调度为背景进行建模仿真,将计算结果分别与GA和粒子群算法(PSO)所得结果进行比较。实例研究表明,WCA计算的总效益在丰、平、枯典型日分别比GA和PSO计算值约高5.65%、3.15%、0.80%,迭代收敛速度更快,求解能力更强,为解决梯级水电站优化调度问题提供了新思路。

考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置

为改善水电站调节的灵活性和提升风电在中长期规划中的消纳比例,提出了一种考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置方法。采用风电品质分段思想,将风电出力分为确定部分和不确定部分,风电确定部分参与上层中长期电能市场交易,风、水、火发电商根据自身情况上报电量电价,以系统购电成本最小为目标建立中长期竞价出清模型,得到各发电商中标电量以及电价;风电不确定部分参与下层合约转让交易,分析电转气的能量转换和大规模储能特点对弃水、风电消纳的积极作用,考虑环境成本和发电商利益诉求,建立基于合约转让交易机制的水电站电转气优化配置模型。最后通过修改的IEEE 30节点算例分析进行验证,结果表明,所提模型能够有效提升风电中长期消纳能力,水电调节灵活性得到改善。

面向运行全过程的水电站技术供水系统优化模型研究

基于目前水电站技术供水系统模型不能实现一体化正常运行操作过程和故障连锁过程的现状,提出了面向水电站技术供水系统运行全过程的实用化仿真模型。首先对控制过程和动态过程进行解耦和优化,建立反映正常运行模式的基本设备模型。再利用故障连锁模式与正常运行模式的逻辑相似性将故障行为融合至正常行为,实现正常状态和故障状态一体化建模。最后由设备模型搭建系统模型,实现供水系统全过程的仿真。该模型物理概念清晰、计算简洁、通用性强,在多个水电站的仿真培训系统中得到了运用,并推广至整个辅机系统。研究成果为水电站技术供水系统优化设计提供参考。

基于Unity3D的水电站设备虚拟MTS研究

在工业中,交互式虚拟检修培训系统能够帮助检修人员快速地获取检修知识以达到高效培训的目的。为降低检修培训系统的编码难度,提出了一种编码优化方法以提升水电站设备交互式虚拟检修培训系统的开发效率。该方法基于虚拟现实技术并以零件、工具为基本交互单元。首先对基本交互单元建立了三维模型并赋予基本属性,随后对基本交互单元的运动仿真、交互操作进行编码。并且加入了新的零件组合体、背包机制以及约束机制,实现了交互式虚拟检修中对水电站设备拆解与安装的培训。最后借助Unity3D将该方法应用于水电站主进水系统进水球阀检修培训系统设计中,增强了检修培训的效果。

水电站全厂振动区及最优动力特性曲线研究

水电机组振动区的存在直接影响水电站厂内安全运行,研究考虑振动区的水电站最优动力特性曲线是实现水电站厂内经济运行的基础。首先在机组具有单振动区时利用组合数学推导出全厂振动区,分析表明水电站全厂振动区与水电站机组台数、机组振动区宽度及位置有关;然后根据全厂振动区通过引入惩罚函数求出水电站最优动力特性曲线。实例结果表明,水电站最优动力特性曲线考虑振动区时具有分段不光滑、不连续等特征,部分区域为避免机组运行在振动区发电流量有所增加。

兼顾激励相容的水电富集电网中长期电力市场交易模型

针对我国水电富集地区梯级电站上下游中标电量与发电水量不匹配导致弃水和违约等问题,借鉴巴西电力市场中长期交易模式,提出兼顾激励相容的水电富集电网中长期交易模型。该模型以个体发电效益最大和电网侧购电成本最小作为激励相容的双重目标。首先以最小出力最大为目标对水电站群进行优化调度,所得各水电站每月发电量定义为其该月保证电量,并将保证电量拆分成基础电量、省内电量和西电东送电量。然后建立各级市场交易方法,基础电量按相似来水频率的历年平均电价收购,省内电量参与两轮拍卖,西电东送电量按剩余电量比重排序依次收购,采用强化学习确定各发电商份额和电价。最后利用改进的电量再分配机制对联盟内各水电站实发电量进行再分配。云南省5个流域52座电站群实例结果表明,所提模型能有效缓解当前梯级上下游电站弃水和违约等问题,促进了水电市场合理竞争和水资源充分利用。

基于双闭环电压控制静止同步补偿器在双馈风电场并网中参数设置及运行特性分析

静止同步补偿器(STATCOM)在柔性功率潮流控制及双馈风电场并网运行中得到广泛分析与讨论,而其双闭环电压控制策略的分析直接影响风电场并网运行特性。建立了基于电压源变流器(VSC)的静止同步补偿器通过耦合变压器与电网相连的电路模型,推导了双闭环电压控制环节的数学模型,分析了控制环节参数设置对于并网运行特性的影响。以标准三机九节点系统作为等效测试电网建立了双馈风电场并网模型,实例中以控制环节参数设置验证了衰减系数与电压设定值与无功控制的对应关系,以负荷投切小扰动为例分析了投入装置可以改善系统受扰动时的电能质量,并且通过不同类型的故障仿真验证了即使电力系统发生了最严重的三相短路故障,STATCOM也能快速补偿无功功率,有效提高系统的暂态稳定性。

基于深度强化学习的变电站倒闸操作序列生成方法

针对当前智能电网操作票系统通用性差、智能化程度不足等问题,提出一种基于深度强化学习的变电站倒闸操作序列生成方法。首先,采用知识图谱技术建立变电站知识图谱模型,利用知识图谱路径搜索确定操作空间,结合变电站运行规则对任务设备运行状态进行推理更新;然后,构建求解倒闸操作序列的强化学习模型;最后,应用DDQN深度强化学习算法求解倒闸操作序列。测试结果表明,该方法适用于不同的操作任务,能够根据操作任务自动生成符合倒闸操作逻辑的操作序列,无需建立复杂的规则库,通用性较强。

电力市场多时间尺度决策的抽蓄电站容量优化配置

针对抽蓄电站市场定位不明确和投资回报难以保障的问题,提出一种电力市场多时间尺度决策的抽蓄电站容量优化配置方法。上层以抽蓄电站投资回报率最大为目标建立容量规划模型;下层模拟抽蓄电站参与市场,在第1阶段中长期市场中,风力发电、光伏发电计及风险约束租赁一定容量的抽蓄,组成风−蓄、光−蓄联盟,与火电共同向电网报量报价,建立以电网购电成本最小为目标的统一出清模型;第2阶段现货市场中,考虑中长期市场出清约束,抽蓄电站利用租赁后剩余容量参与电能量市场和辅助服务市场,建立以电网购电成本和辅助服务费用之和最小为目标的出清模型。将中长期市场和现货市场的出清结果反馈给上层,进一步优化抽蓄电站容量配置。算例分析表明所提模型能够有效促进风电和光伏的消纳,充分利用抽蓄电站的灵活性资源,提升其盈利能力。

《变电站继电保护运行与维护》研究生课程建设的探索

《变电站继电保护运行与维护》是一门新开设的电气工程专业研究生专业选修课程,对培养学生独立从事工程的应用能力和分析问题、解决实际问题的创新能力具有重要作用。结合研究生课程教学实践,对课程建设的教学内容和教学方式进行探索,为更好地发挥专业课程学习在电气工程专业研究生培养中的作用提供经验。

复杂遮荫下基于改进GWO的光伏多峰MPPT控制

光伏阵列在复杂遮荫环境下的P-U曲线呈现多个峰值导致最大功率跟踪(MPPT)算法失效,为此提出双层控制模型,在上层模型中将Levy飞行和多项式变异策略嵌入灰狼算法,构建Levy-变异灰狼优化算法(LPGWO)搜索全局最大功率点;在下层模型中采用扰动观察法对最大功率点进行局部跟踪,进而有效降低复杂遮荫环境下的功率振荡。仿真结果表明,在多峰MPPT控制中,所提模型具有跟踪速度快、收敛精度高、整体功率振荡小等特点,能有效提升复杂遮荫环境下光伏阵列的最大功率跟踪效率和精度。

水轮机调节系统的动态滑模控制

针对水轮机调节系统在滑模控制中的抖振问题,研究基于滑模控制方法设计了水轮机调节系统的动态滑模控制器。首先建立了考虑超长引水隧洞的水轮机调节系统的数学模型,并设计了动态滑模控制器;然后通过粒子群和灰狼混合优化算法(PSOGWO)对设计的控制器参数进行了优化;最后采用设计的动态滑模控制器对水轮机调节系统进行了正弦和阶跃的轨迹追踪试验,用于评估不同控制器的优越性和有效性。仿真结果表明,设计的动态滑模控制器不仅提高了水轮机调节系统的控制性能并减少了轨迹追踪的收敛时间,而且能够显著减小滑模控制的抖振效应和轨迹追踪的误差。

抽水蓄能电站球阀自激振系统参数辨识与特性研究

为了研究抽水蓄能电站球阀自激振动以维护设备正常运行,提出了球阀自激振动建模与分析框架。首先通过水锤波在压力管道中的传播特性和柔性阀门漏水特性基于特征线法建立了自激振动系统的综合仿真模型;其次基于粒子群优化算法对不确定的模型参数进行优化,以提高监测数据与仿真结果的一致性;最后基于优化模型设计了4种对比方案对自激振动特性进行分析。结果表明:初始扰动越大,自激振动增长速度也就越快;当不同管道中的水锤波速一致时,不同管道长度组合对自激振动会产生较大影响;分叉管道的长度和直径分别影响自激振动的频率与增长速度;双柔性阀门系统会进一步增大自激振动的增长速度。

隔离开关动作过程特快速暂态电磁干扰变化特征及变化规律分析

隔离开关开合操作时产生的特快速暂态过电压/过电流可能会严重威胁电网的可靠性,但目前尚缺乏对隔离开关特快速暂态过程的电磁干扰变化特征及变化规律的研究。文中以隔离开关分合容性小电流试验的暂态电压、电流数据为基础,提取了对应的宏脉冲波形和单脉冲波形的特征数据,通过概率密度函数拟合以及样本累积经验分布的KS检验对暂态波形特征数据进行了全面的统计分析。结果表明,分、合闸操作的宏波形持续时间概率密度分别服从GEV、inverse Gaussian分布;VFTO、VFTC单脉冲的最大峰值分别为50 kV、370 A,上升时间分别在ns级和μs级,单脉冲间隔时间为ms级;分、合闸单脉冲次数呈现为正态分布。研究结果可为开关类强电磁骚扰标准试验源的研制及系统级电磁兼容试验标准的制定提供科学依据。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

基于改进AHP及云模型的水轮机调节系统状态评价

针对水轮机调节系统综合评价不够全面,无法综合反映系统多指标、多层次的复杂性问题,提出了基于模糊层次分析法(AHP)-决策与实验室评估法(DEMATEL)-云模型的水轮机调节系统综合评价模型。首先建立基于主要设备和相关工况的多层次指标体系,采用模糊AHP计算评价指标的初始权重;通过DEMATEL法计算评价指标的相互影响与参照关系,绘制出指标因果关系图,并结合初始权重计算评价指标的综合权重;引入云模型得到评价指标各等级的隶属度矩阵。最后将权重结果与隶属度结合,得到系统综合评价等级。算例分析表明,该方法可高效快捷地对水轮机调节系统运行状态进行客观评价,为状态检修提供参考依据。

基于电磁场—流场—温度场耦合分析的电缆支架温升计算及实验验证

随着大长度大截面的电力电缆在隧道的普及,电缆支架因涡流损耗造成的线损、以及发热产生温升形变等问题也日益严重。文中采用有限元数值计算方法,以110 kV单相电缆及其钢支架为研究对象,进行了电磁场—流场—温度场耦合计算。将电磁场计算得到的涡流损耗作为温度场计算的热源载荷,同时考虑空气自然对流的散热方式,从而计算出电缆支架的温度分布。最后进行电缆支架温升实验,将仿真得到数据和实验数据进行对比,验证电缆支架温升计算的准确性和有效性。

含潮汐电站的海岛微网多目标优化调度

潮汐能是一种蕴藏量巨大的可再生能源,且潮汐能发电具有周期性和可预见性。然而现有海岛供电方案中少有考虑海岛自身拥有这一良好的天然条件。提出了一种以潮汐发电为主,配合风电场、抽水蓄能电站以及柴油发电机组的孤网海岛供电方案。对潮汐电站、风电场、抽水蓄能电站以及柴油机组分别建模,考虑各自的运行状况和约束条件以及负荷需求,提出了海岛微网多能互补的优化调度的方案。通过对比多个不同的典型场景,验证了该方案及优化调度模型的可行性和有效性。

基于小波支持向量机特征分类的日径流组合预测——以宜昌三峡水库为例

河流径流预测作为水库调度和发电的重要前提,其预测精度直接影响水利工程的综合效益。基于径流历史数据,针对其波动和随机性提出一种小波分析-支持向量机(SVM)特征分类组合预测模型。该模型首先利用小波分解提取原始径流序列的高低频能量谱作为SVM样本标记,并对原始序列进行特征分类,分为"平稳型"和"突变型"序列,对应不同类型序列的小波近似信号和细节信号分别采用自回归和滑动平均模型(ARMA)和BP神经网络模型进行预测,再重构各序列预测结果。最后采用平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)、希尔不等式系数(TIC)作为模型评价指标。结果表明:在3个评价指标下,所提模型都优于ARMA和BP神经网络模型,并具有更好预测稳定性。