基于改进长短期记忆网络的电力系统暂态稳定评估方法研究

现代电力系统海量量测数据为电力系统暂态稳定评估提供可靠的数据基础,与此同时,数据信息挖掘成为研究焦点,暂态稳定分析中不平衡故障样本以及多特征电气量时间序列数据中所蕴藏的信息仍有待深入挖掘。为此,该文提出一种结合注意力机制的长短期记忆网络(long short term memory network with attention,LSTMA)方法,用以深入挖掘暂态稳定评估样本中所蕴藏的信息。在离线训练环节,以长短期记忆网络为基础分类器,引入Attention注意力机制引导模型学习样本中关键特征,并对损失函数进行改进,以此强化对不平衡样本的学习能力;在线应用环节,在目标域小样本条件下采用迁移学习方法更新成型的离线LSTMA模型,并对比不同迁移学习策略对模型性能影响,经过迁移学习建立的新运行点下的改进LSTMA模型评估精度有效提高,训练时间大幅减少,所得出的迁移学习策略确定方法有利于实际应用环节快速决策。研究在IEEE39节点和IEEE300节点系统上进行实验,验证了所提方法的有效性。

堆栈式集成学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制优化方法

针对暂态稳定预防控制在线计算的快速性要求和时域方程计算复杂性之间的矛盾,提出一种堆栈式集成学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制优化方法。首先,构建了基于堆栈式集成深度置信网络的暂态稳定评估器,用以代替暂态稳定判定所需的非线性微分代数方程求解过程;其次,将训练好的暂态稳定评估器作为暂态稳定约束判别器,嵌入帝企鹅启发式优化算法的迭代寻优过程中;最后,以预防控制代价最小为目标,建立集成学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制启发式优化算法,该算法实现了预防控制中暂态稳定约束的高效判断,提高了发电再调度预防控制决策水平。基于IEEE39节点系统对所提预防控制优化方法进行实验验证,结果表明,该方法在评估准确率和计算效率上都具有良好的效果。

面向电力系统的多能源云储能模式:基本概念与研究展望

储能是系统中重要的灵活性资源提供者,是未来新型电力系统中不可或缺的组成部分。为了推动储能的规模化应用进程,降低储能使用成本,云储能模式近年来已受到了学术界和工业界的广泛关注。但是,传统云储能模式主要关注对电力储能资源的整合与复用,由于当前电力储能的价格依旧相对高昂,电力储能资源复用所释放出的红利依然难以满足电力用户对“储能平价使用”的全部期待。为此,提出一种传统云储能模式的裂变形式——面向电力系统的多能源云储能模式,其将热力、燃气系统作为广义储能资源加入到云储能系统中去,既让云储能模式能够成为连接跨能源系统的桥梁,又进一步降低电力储能用户的储能使用成本,实现多方互利共赢。介绍了多能源云储能系统的基本运营模式、实现形式和核心优势,阐述了面向多能源云储能系统的研究框架,并对多能源云储能发展过程中需要重点关注的核心问题与技术进行了展望。

大规模风电场接入对电力系统调峰的影响

大规模风电基地的快速建设,使系统调峰成为电网运行的新难题之一。针对风电出力随机性强、运行方式复杂多变的特点,通过对规划年份时序负荷曲线与风电出力时序曲线的模拟,从一个新的角度分析了大规模风电对系统调峰的影响。还讨论了风电出力对系统峰谷差的影响机理,并引入评价指标体系,深入研究了大规模风电基地接入后系统等效负荷峰谷差的变化及分布规律。进一步分析了在各种外送模式以及系统调峰协调方式下,大规模风电基地对系统调峰的影响规律。以我国甘肃酒泉风电基地为对象进行分析和论证,并根据分析结果对甘肃电源规划与调度运行方式提出了建议。

一种开放式电力系统科研开发与测试平台的设计与实现

为满足科研开发与测试领域对数据支撑和应用集成平台的灵活性和可扩展性的高要求,采用自律分散系统模型和开放网关服务协议(open service gateway initiative,OSGi)规范,设计实现了一种开放式的电力系统科研开发与测试平台。首先,基于自律分散系统模型设计实现软件总体框架;接着,以3层Map为数据结构设计元数据,并设计数据变化触发的数据驱动机制;然后,根据电力数据流的分层特征设计分层解耦管理框架,提出以元数据为边界解耦系统功能并以数据驱动协调系统功能的应用集成方案。最后,以电网安全稳定离线自动分析、电网实时运行断面数据获取、电网弱连接识别和振荡源定位分析的开发集成测试为例,展示了该平台具有很好的灵活性和可扩展性。

自律分散的电力系统复合自动计算分析工具设计与实现

在现有电力系统计算分析软件的体系结构不够开放的限制条件下,从电力系统计算分析工作的特点出发,对计算分析进行层次划分,提炼复合自动计算分析工具设计的2个关键技术问题。基于自律分散系统模型和OSGi规范,设计功能流程和框架,解决上述2个关键技术问题,完成复合自动计算分析工具的标准化整体设计,为综合型的复合自动计算分析功能的实现提供一般方法。设计实现了以数据变化驱动的案例生成流程;以PSD电力系统计算分析软件为例,完成标准计算分析工具的调用设计;设计任务调度器,实现计算内核的管理和计算任务的调度;最后以特高压电网振荡解列故障样本筛选和电网安全稳定控制措施有效性自动校验为例,展示了复合自动计算分析工具总体设计的可行性和实用效果。

电力系统机电振荡的非线性现象

大型互联电力系统受大、小扰动后,其机电振荡对系统稳定性构成了严重威胁。基于机电振荡的一般性数学描述和线性特征分析法,定义了动态周期、动态衰减速度和非线性度,用于表征非线性系统的机电振荡。在单振荡模式情况下,研讨电力系统非线性特性对响应轨迹的形态和周期的影响,并据此讨论了电力系统的超低频振荡现象;另外,分析了非线性机电振荡的衰减特征,阐明了线性化系统与非线性系统响应在形态和性态上的异同。

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。

高比例清洁能源并网的跨国互联电力系统多时间尺度储能容量优化规划

高比例清洁能源并网对电力系统的灵活调节能力提出了更高要求。储能是构成系统灵活调节能力的关键要素,系统对储能的需求与系统的灵活性稀缺程度紧密相关,而单纯依靠储能来提供系统所需灵活性将造成电力系统投资成本极大增加、设备利用率降低等问题。储能与互联电网、清洁能源布局协同规划并发挥彼此间的互补效益是提升未来清洁电力系统安全经济性的重要途径。该文从技术经济性的角度出发,考虑多种灵活性资源协同参与的跨国互联电力系统优化规划与运行。首先基于已有研究对各类灵活性资源建模,将年度8760h全景时序运行模拟纳入优化模型,然后提出了面向高比例清洁能源电力系统、考虑多种灵活性资源参与的规划模型并基于东北亚跨国互联电网进行实证分析,量化评估了电网互联、清洁能源布局对储能优化配置的影响,给出了基于不同灵活性资源规划模型的2035—2050年东北亚地区规划结果。算例表明,通过电网互联与多区域风电、光伏清洁能源协同规划可有效减少各区域内储能装机、降低系统的度电成本。算例还进行了储能装机容量、系统度电成本与线路互联容量间的灵敏度分析。

分布式固体氧化物燃料电池发电系统发展现状与展望

能源是工业的粮食、国民经济的命脉。构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系,加速发展新型电力系统是我国实现“双碳”目标的关键举措。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)分布式发电系统凭借高发电效率、低温室气体排放以及安全可靠的系统保障脱颖而出,展现了下一代新型电力系统广阔发展前景,是世界主要发达国家大力发展和推广的新型分布式发电技术。该文从技术、结构、系统、应用等多个层面对以SOFC为代表的新型电力系统进行梳理;并对综合煤气化燃料电池联合发电技术(integrated gasification fuel cell,IGFC)进行介绍和碳减排分析;最后,针对分布式燃料电池发电系统的发展提出建议与展望。

广域闭环控制系统时延的分层预测补偿

电力系统广域闭环控制的反馈信号及控制信号均通过网络传输,控制网络的时延很可能恶化控制效果甚至导致系统不稳定。为此,对广域闭环控制系统依据功能进行分层并分析闭环时延的产生,进而提出一种分层预测补偿方法,该方法将时延补偿与闭环控制系统的实现相结合,使用预测方法为控制策略提供近似的实时数据,使时延的影响与闭环控制策略隔离以保证控制效果。详述该预测方法的特点,并以自回归算法为实例阐述了其实现方法。搭建了RTDS硬件在环测试平台,并分别以实测时延和随机时延进行测试。结果表明,所提出的分层预测补偿方法能有效补偿固定的或随机分布性的闭环时延,减小了时延对控制性能的影响。

广域闭环控制系统时延的测量及建模(一):通信时延及操作时延

由2篇论文组成的系列文章旨在研究广域闭环控制系统(wide-area closed-loop control system,WACS)中时延的测量方法及其特性建模。该文作为系列文章的第1篇,研究WACS中的时延产生,将WACS时延归为通信时延和操作时延两大类并分别研究。针对通信时延,提出一种线性估计模型,继而实测并分析贵州电网广域测量系统的通信时延,验证该线性估计模型的正确性。针对操作时延,分析实验室条件下WACS设备的操作时延,提出基于RTDS硬件在环平台的波形对比测量法,并用此方法实测WACS硬件在环系统中的操作时延。分析结果表明,实验室条件下操作时延可以用正态分布拟合其分布特性。该文对时延的分析及测试结果是研究WACS闭环时延的重要基础。

采用熔融盐蓄热的非补燃压缩空气储能发电系统性能

提出一种采用熔融盐蓄热的非补燃压缩空气储能发电系统,通过将熔融盐储热与压缩空气储能相结合,实现电能的大规模存储和高效转换。利用熔融盐作为蓄热介质,将低谷电、弃风电、弃光电等电能转换为高品位热能存储,同时利用压缩机将空气压缩至高压,存储在储气装置中,发电时利用熔融盐储存的热能加热高压空气驱动涡轮机发电。完成了系统的流程设计,采用热力学基本原理分析了系统的运行特性,探索影响系统储能效率的关键因素,分析了涡轮机进口温度、涡轮机进口压力等参数对压缩机功耗、储气室容积、储能密度、储能效率等系统性能的影响。研究结果表明通过提高储热温度和涡轮机进口压力,可以显著提高系统的储能效率。该系统可以广泛消纳大规模的波动性电能,为大规模储能提供了一种新的技术途径。该研究结果可以为压缩空气储能以及新能源消纳提供参考。

电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,增加了功率传动的灵活性,避免了发电机故障冲击转矩对齿轮箱的破坏。为了研究该类机组的运行控制方法和功率传输效率等问题,该文设计并搭建一套30 kW电磁耦合调速风电机组模拟实验平台,通过实验验证了所提出电磁耦合调速风电机组的启动、并网、不同风况下稳态运行、脱网及停机等各阶段控制策略的有效性。测量了电磁耦合调速装置在不同运行工况下的功率传输效率。

广域闭环控制系统时延的测量及建模(二):闭环时延

由2篇论文组成的系列论文旨在研究广域闭环控制系统(wide-area closed-loop control system,WACS)中时延的特性。在系列论文第1篇的研究基础上,首先提出估计实际WACS中闭环时延的方法,综合考虑通信时延与操作时延,提出正态分布模型以估计实际系统中的闭环时延分布,并给出确定正态分布模型参数的方法。然后介绍在实际WACS中实测闭环时延的时标对比法。最后,在专用通道与非专用通道的条件下,实测贵州电网WACS中的闭环时延,并将实测结果与使用正态分布模型的估计结果进行对比分析,验证了所提出的正态分布估计模型。该文对时延的分析及测试结果对广域闭环控制的研究及应用具有参考价值。

基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制

分布式电源大多通过电力电子接口并入电网,大量分布式电源并入电网给传统电网的频率稳定带来严峻的挑战。虚拟同步发电机因具有传统同步发电机自主调频的功能受到广泛关注。分析了虚拟同步发电机的一次和二次调频过程,针对孤岛运行负荷变化时,传统调节方式的有差性以及二次调频控制参数选取困难、调节速度和精度不理想的问题,提出了基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制方法,根据调速器控制方程及功频曲线调整了调速器结构,自动调整虚拟同步发电机调频系数,可快速地实现频率无差控制。MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。

适于分布式发电装置接入测试的功率硬件在环接口装置及其控制策略

基于功率硬件在环仿真方法(或称数字物理混合仿真方法),为分布式发电装置接入配电网及微电网的运行工况,设计了一种硬件在环测试接口装置。根据配电网及微电网常见的电能质量问题(如频率偏差、供电三相不对称及谐波等),提出了一种三相四线制的接口装置硬件结构设计,并开发了基于准比例谐振控制的接口策略,以消除接口放大过程中引入的放大幅值误差。以配电网及微电网中可能出现的频率波动、电压三相不对称以及电压含谐波为研究算例,对所提出的接口装置和控制策略进行了仿真验证,证明了该装置和控制策略的有效性及准确性。

发电机附加励磁控制在增加四川电网外送容量中的应用

四川网内某些严重故障将导致川渝区间低频振荡,影响交流特高压的稳定运行,限制了川渝断面的输送容量。针对此问题,利用辨识方法得到被控电力系统针对某个模式的降阶模型,然后根据该降阶模型设计了发电机附加励磁控制器,该控制器以川渝联络线功率为反馈信号,通过反馈控制降低联络线功率振荡的幅度,减轻四川网内故障对交流特高压的冲击,从而提高川渝断面的输送容量。华中—华北电网仿真算例表明了所设计的控制器的有效性。该控制器可增加川渝断面输送功率达640 MW,对延时也有很好的适应性。

基于多回路理论的交流励磁电机定子绕组内部故障仿真与实验研究

交流励磁电机能实现变速恒频发电,适用于变速抽水蓄能机组,研究其内部故障特点与传统直流励磁同步电机的区别具有理论意义与实用价值。该文应用多回路理论分析交流励磁电机的定子绕组内部故障,首先建立交流励磁电机的多回路数学模型,实现对故障的暂态仿真;在12kW交流励磁样机上进行单机空载和单机带电阻负载2种不同工况下,不同短路类型的定子绕组内部故障实验,实验和仿真的对比验证数学模型的正确性。根据仿真和实验分析交流励磁样机定子绕组内部故障时的特征,即定子侧不产生新的频率分量,而转子绕组中出现反转基波磁场引起的负序电流。该文的研究为交流励磁电机内部故障主保护方案的设计奠定了理论基础。

改善独立微网频率动态特性的虚拟同步发电机模型预测控制

随着分布式能源在独立微网内的渗透率不断升高,系统惯量水平逐渐降低。虚拟同步发电机(VSG)由于能够模拟惯量,对系统频率的动态变化具有一定的阻尼作用,已逐步应用于微网中。针对新能源出力波动或负荷投切等导致微网内瞬时功率失衡,进而引起系统频率振荡甚至超过安全约束的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的VSG控制方法。建立了以频率变化率为约束,以频率偏差和VSG出力加权值为优化目标的预测模型。设计了根据系统频率及VSG输出电压—电流等物理量,利用预测模型计算所需功率增量,并据此改变VSG输入功率设定值的整体控制策略。同时,给出了预测模型的求解算法,并对算法收敛性进行分析,为关键参数的选取提供了依据。通过独立微网内负荷投切和分布式电源出力波动等典型工况下的仿真,验证了所提控制策略的正确性和有效性。