电力系统扩展黑启动方案动态综合评估

大停电后恢复初期阶段的扩展黑启动策略为恢复控制提供了新的思路,不同方案的恢复效果评估是扩展黑启动决策的重要问题。本文提出一种扩展黑启动方案的动态综合评估方法。首先建立了动态综合评估的决策制定框架,构建了评估指标体系。然后采用主客观相结合的组合赋权法得到不同时段指标的综合权重,利用线性加权模型对每一时段内指标集结分别实施静态评估。再次通过基于时间度的非线性熵值规划法求解各时段的最优时间权重,以时序加权平均算子和时序几何平均算子组成的混合算子模型对所有时段的评价值再次集结,从而得到方案的最终评估结果。新英格兰39节点系统方案的算例分析结果验证了所提方法的有效性。

电力系统扩展黑启动方案的后效性研究

大停电后恢复初期阶段的扩展黑启动策略为恢复控制提供了新的思路,针对扩展黑启动方案的后效性研究,将后续网架重构过程离散为次序进行的多个时步,建立了计及后续重构过程中机组启动与负荷恢复交替与协调的多目标网架重构优化模型。结合采用分层序列法、改进细菌觅食算法和最短路径法,从网架重构整体最优的角度求解每一时步的待恢复机组、负荷及相应的恢复路径,进而得到网架重构最优方案;在此基础上,建立了反映重构过程多输入多输出要素的指标集,以超效率数据包络分析模型评估后续网架重构的相对效率,以此效率表征扩展黑启动方案的后效性。基于新英格兰10机39节点系统的扩展黑启动方案算例分析验证了本文方法的有效性与正确性。

用改进的Hilbert-Huang变换辨识电力系统低频振荡

针对Hilbert-Huang变换(HHT)在辨识电力系统低频振荡模态时易出现的模态混叠问题,提出了利用改进HHT辨识密频电力系统低频振荡模态参数的方法。首先通过Fourier变换确定每个模态频率的大致范围;然后在利用经验模态分解(EMD)求取每个模态时,根据所求得的模态频率的密集程度,或引入屏蔽信号,或通过滤波处理的方式,以分离频率相近的模态;最后通过对每个模态的瞬时幅值和频率进行线性最小二乘拟合,得到每个模态的模态参数。利用传统的HHT和改进的HHT分别对理想信号、仿真信号以及实际录波信号进行了分析,分析结果表明该方法能够准确辨识出低频振荡的特征参数,适用于密频电力系统低频振荡的辨识。

基于需求侧用户响应分析的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

在低碳经济的背景下,为充分发挥供需双侧的互动潜力,提出一种考虑综合需求响应(IDR)和碳交易的电-气-热综合能源系统(EGH-IES)双层低碳经济调度模型。首先,提出考虑多能负荷自身特性、耦合特性和反弹效应的IDR模型和用户权衡经济效益、响应方式和用能偏好的综合效益模型。基于此,建立上层模型为引入奖惩阶梯型碳交易机制的EGHIES低碳经济调度,下层模型为IDR策略的双层优化调度模型。然后,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件、对偶定理和线性化方法将双层模型转换为混合整数线性规划问题进行求解。最后,算例分析表明,综合考虑碳交易和多元负荷特性能促进供需双侧的联合优化,充分发挥EGH-IES的经济低碳性。

基于电力电子变压器的电池储能并网系统及其自抗扰控制

为提高基于单相H桥整流器和隔离双向DC-DC变换器(IBDC)的电力电子变压器–电池储能系统(PET-BESS)在功率翻转时直流电压及网侧功率的动态响应,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的前后级解耦控制策略。前级整流器采用直流电压外环、并网电流内环的被动功率控制,自抗扰控制器可将后级IBDC传输功率对其动态耦合当作扰动进行补偿;后级IBDC采用主动定功率控制,便于实现对蓄电池能量的调度和管理。此外,论文还给出了PET-BESS三相大规模储能应用时的模块化拓展形式及相应的载波移相(CPS)、均衡调制策略。仿真结果表明,所提出的PET-BESS及控制策略在功率翻转时可实现较好的动态特性;模块化扩展时采用载波移相及相应均衡策略可实现交流电压良好多电平波形及各模块均衡的要求。

含冷、热、电、气的园区综合能源系统选址定容规划案例分析

为实现含冷、热、电、气的园区综合能源系统的多能互补优势和能量梯级利用,以某园区综合能源系统项目实例为基础,从资源评估、负荷预测、综合能源系统建模、优化算法求解、区域供能站和管网规划原则等方面进行详细的案例分析。构建上层网损最小,下层全寿命周期内经济性最优的双层选址定容规划模型,通过改进粒子群算法进行优化求解,得到近景和远景区域供能站和各能源管网的最优选址定容方案,并结合项目数据验证了其合理性。将综合能源规划方案和传统分供规划方案进行对比,结果表明前者具有更好的经济性和节能性,可为园区级综合能源系统规划项目提供参考和思路。

考虑高比例新能源消纳和火电机组调峰补偿的电力现货市场交易机制设计

针对新能源参与市场竞争和保障性消纳的矛盾,设计高比例新能源电力系统现货市场交易机制。首先,考虑到新能源的市场性消纳,对电力现货市场现有出清机制进行改进,在新能源和火电机组共同参与市场竞价的交易环境下建立出现弃风弃光时触发的发电替代模型,调动火电机组调峰能力,由新能源替代火电进行发电;其次,提出激励相容的结算机制,由新增消纳空间的新能源给予火电机组调峰补偿;最后,对不同调度场景进行仿真计算,结果表明所提机制能够在电力现货市场中实现调峰资源的供需匹配,促进新能源市场化消纳的同时补偿火电机组调峰费用,保证市场主体竞争公平、收益合理。

光储发电系统的虚拟轴系耦合与同步控制

储能装置可利用虚拟惯量控制技术为系统提供动态稳定支撑,但其与同步发电机组间的耦合关系仍需讨论。为了提高暂态能量传递效率,改善其同步并网友好性,首先建立光储发电系统的VSG模型,分析静止储能与旋转动能间的能量转化关系,阐述混合储能的虚拟惯量定义。其次,通过分析虚拟同步控制下的光储发电系统的功率传递,建立其与同步机间的虚拟轴系耦合关系,并利用哈密顿能量函数,获得提升光储发电系统暂态能量传递效率的必要条件,进而改进VSG控制策略。最后,搭建含光伏高渗透区域电网仿真系统进行验证。结果表明:所提控制同时具备频率支撑和抑制功率振荡功能,可显著提升光储系统的并网友好性。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。

基于前K最短路径的输电断面搜索新算法

过载支路切除引起的潮流转移是导致连锁过载跳闸的重要原因。本文分析了过载支路切除后的潮流转移特征,引入了潮流转移系数(FTF)的概念,并给出了输电断面新的定义。根据潮流转移的路径特征,给出了一种快速搜索输电断面的新算法。该算法通过把实时的电力网络转化成拓扑图,基于动态规划理论,通过在一个以过载支路为中心的拓扑子图内快速搜索出过载支路两端点间的前K条最短路径,并最终找出受潮流转移影响较大的输电断面,把对整个系统的安全性分析缩小到一个输电断面内,极大地减少了进一步分析的工作量,有利于防止连锁过载跳闸的发生。中国电科院CEPRI36节点系统的仿真结果验证了该算法的有效性。

永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制

风电机组若具备常规发电机组对系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性。本文首先分析了电网扰动时引起永磁直驱风电机组全功率变流器直流侧电压波动的原因,并提出了抑制直流电压波动的解决方案,以保证风电机组在稳定运行的前提下能快速对电网提供功率支持。其次,分别分析了永磁直驱风电机组通过有功、无功调节增加系统阻尼的原理,并进一步提出了风电机组基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略。最后,通过对含30%风电装机容量的三机系统的仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提控制策略的协调控制下,不仅能够提高永磁直驱风电机组的故障穿越能力,并可使系统功率振荡迅速衰减,改善系统的阻尼特性。

灵活虚拟同步机主要控制参数对系统频率稳定性的影响分析

基于虚拟同步机（VSG）控制的换流器可以模拟出同步发电机的惯性,虚拟惯量可在一定范围内灵活调整是其区别于传统同步发电机的重要优势。然而,灵活虚拟同步机（FVSG）控制参数的变化会对系统频率稳定性造成严重影响,探究主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律对其大小选择具有重要意义。首先给出了固定惯性时间常数下的虚拟同步机控制策略,构建了VSG的控制框架;其次,研究了3种典型的FVSG控制方法,并对其进行了对比分析;最后,针对基于指数惯量的灵活虚拟同步发电机控制技术,通过构建小信号模型、灵敏度计算及根轨迹分析的方法,揭示了主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律,为控制参数的选择提供了依据。

基于电气外特性的光伏发电系统模型等效方法

光伏发电系统模型复杂,仿真计算时需要多次迭代,不适用于大量光伏电源接入电网的仿真分析与计算,为此本文提出了一种基于电气外特性的光伏发电系统模型等效方法。通过基于对光伏发电系统的稳态和暂态外特性的分析,将动态模型等效转换为一个具有二阶动态电路特性的受控电压源模型。该动态等效模型只需要利用光照强度、温度以及故障信息作为输入量,以获得故障前后的稳态输出电流,并在确定其动态电路的相关参数后完成整个模型的建立,故后续仿真计算时不再需要迭代。基于Matlab/Simulink平台搭建了光伏发电系统并网仿真模型,仿真结果表明,采用该等效模型在保证计算精度的前提下,可以有效提高仿真效率,具有良好的工程实用价值。

基于旋转不变信号参数估计技术与模式搜索算法的异步电动机转子故障检测新方法

提出一种基于旋转不变信号参数估计技术(Estimation of signal parameters via rotational invariance technique,ESPRIT)与模式搜索算法(Pattern search algorithm,PSA)的异步电动机转子故障检测新方法。模拟形成转子故障情况下的定子电流信号并以之检验ESPRIT性能。结果表明:即使对于短时信号,ESPRIT仍具备高频率分辨力,可以准确估计定子电流各个分量的频率;但对其幅值、初相角的估计欠缺准确性、稳定性。随后,采用PSA确定各个频率分量的幅值、初相角。对一台异步电动机完成了转子故障检测试验,结果表明:基于ESPRIT与PSA的异步电动机转子故障检测方法是切实可行的,并且因仅需短时信号即可达到高频率分辨力而适用于负荷波动情况。

提高含光伏发电系统的配电网供电电压质量的研究

针对配电网中突出存在的电压暂降与电压不平衡的电压质量问题,以光伏发电系统（photovoltaicgeneration system,PVGS）最大程度提高并网点（point of common coupling,PCC）供电质量为目标,提出配电网不同工况与PVGS不同出力下,有功功率、无功功率优化分配的补偿方案,重点讨论PVGS容量、有功出力、系统容量、线路阻抗、最大电流限制因素对并网点电压的影响,对比分析采用不同电压质量补偿方案,PVGS对配电网电压的改善效果。最后通过仿真和实验,采用正负序dq同步旋转坐标下的有功无功解耦独立控制算法验证所提方法的有效性。

风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

风电并网系统引入虚拟惯量后,应综合分析风电机组安全和电网动态稳定,完善附加控制的友好并网功能,提升其推广应用价值。首先建立了含虚拟惯量风电并网系统的状态方程。其次,采用小信号分析理论,并设计非线性扩张干扰观测器,为惯量控制附加动态响应补偿信号,完善其动态稳定支持功能。通过积分流形方法,对风电机组轴系模型降阶,进一步分析虚拟惯量控制对风机轴系振荡模式的影响,并建立轴系暂态能量函数,为轴系稳定控制提供参数设计范围。最后,基于RTLAB数模混合仿真平台,建立含高渗透风电并网系统,结果表明虚拟惯量在互联系统功角摆动及风机轴系振荡中的稳定控制功能得到显著改善。

基于无源性与自抗扰控制的双馈风力发电系统研究

从能量角度出发,提出一种基于无源性控制(PBC)与自抗扰控制(ADRC)相结合的双馈感应发电机(DFIG)高性能非线性控制方法。建立了DFIG的PBC模型,并证明了其无源性,设计了电流内环PBC控制器,推导出转子电压控制量。基于ADRC原理,以由风机最大风能捕获确定的DFIG给定转速及实际转速作为输入信号,以电磁转矩给定值作为输出信号,设计了ADRC转速外环调节器。该方法在有效实现DFIG最大风能捕获同时,保证了DFIG转速、定子电流及转子电流的准确快速跟踪,实现了有功功率、无功功率独立运行;ADRC调节器能够根据系统实际情况为给定转速合理地安排过渡过程,转速、定子电流与转子电流超调量得到了显著降低,此外能够实时估计出系统所受扰动并及时进行补偿,提高了系统鲁棒性。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。

VSG系统直流电压快速稳定的控制策略研究

为了提高电压跌落发生器在逆变侧模拟电网跌落故障时整流侧的响应速度,根据PWM整流器模型本身具有的非线性特性,利用部分反馈线性化的方法设计了VSG整流侧的电流内环控制器,电压外环控制则采用抗扰动能力强的变速积分PI控制器。针对VSG的逆变侧,根据三相电压矢量关系图,设计了一种简单且易于实现平衡跌落与部分不平衡跌落故障的开环控制器。仿真及实验对比结果表明,所提控制策略能够提高VSG系统在电压跌落时的动态响应速度,保证直流母线电压的快速稳定调节,具有显著的优越性。

基于广义基波功率的新型变压器主保护方案

在分析正常变压器回路方程特点的基础上,提出了基于广义基波功率和回路方程差值的新型变压器主保护方案。理论上变压器正常时广义基波功率和回路方程差值均等于零,内部绕组故障时广义基波功率有很大的数值,引线上故障时回路方程差值有很大的数值,因此新方案可以反映变压器保护范围内的任何故障,且无需额外的励磁涌流识别判据。新型保护方案无需计算变压器各侧绕组的电阻和漏电感,只需利用变压器铭牌参数即可实现,易于应用。实验数据分析结果表明新方案能可靠地防止励磁涌流造成误动,内部故障时有很高的灵敏度,在性能上有很大的提高。

基于端部漏磁特征频率的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断实验研究

为避免汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障可能带来的恶性故障和严重经济损失,本文研究了通过端部漏磁通在线检测转子绕组匝间短路故障的方法。文中分析了汽轮发电机的静止不对称对径向主磁场的致畸作用,部分磁通沿转轴、端盖和轴承等部件形成端部闭合回路。匝间短路故障后发电机气隙磁动势中出现了新的谐波成分,端部漏磁通产生对应的故障特征分量。为了证实研究结论,在MJF—30—6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路故障模拟实验,在不同短路程度下分析了发电机端部漏磁通变化规律。结果表明:短路程度越严重,特征分量总有效值增大越明显,与理论预期基本吻合。研究结论为在线检测汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障提供了新的解决思路。