面向主动配电网的安全多智能体深度强化学习电压优化控制

针对主动配电网电压优化控制中模型不确定性和通信代价大的问题,提出了一种基于灵敏度矩阵安全的多智能体深度强化学习(SMS-MADRL)算法。该算法利用安全深度强化学习,应对主动配电网的固有不确定性,并采用多智能体结构实现通信代价较小的分布式控制。首先,将电压优化控制问题描述为受约束的马尔可夫博弈(CMG);然后,对无功功率进行适当修改,通过分析节点电压的变化得到灵敏度矩阵,进而与主动配电网环境进行交互,训练出若干可以独立给出最优无功功率指令的智能体。与现有多智能体深度强化学习算法相比,该算法的优点在于给智能体的动作网络增添了基于灵敏度矩阵的安全层,在智能体的训练和执行阶段保证了主动配电网的电压安全性。在IEEE 33节点系统上的仿真结果表明:所提出的算法不仅能够满足电压约束,而且相较于多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法,网络损耗减少了4.18%,控制代价减少了70.5%。该研究可为主动配电网的电压优化控制提供理论基础。

含实时电流补偿的开关磁阻式机电作动器自适应PI控制

针对传统控制算法难以克服开关磁阻电机的非线性并有效抑制转向叶片的负载扰动,因而无法对开关磁阻式机电作动器进行快速高精度位置跟踪控制的问题,提出了一种含实时电流补偿的自适应PI控制器。首先,通过负载观测器对作用于转向叶片上的空气动力负载进行实时估算,进而转化为电流环的实时补偿电流来抑制负载扰动的影响;然后,基于开关磁阻电机的转矩电流特性拟合曲线与实时电流反馈值对转速环PI参数进行自适应最优调节,从而削弱了开关磁阻电机的非线性,增强了机电作动器的转速调节性能;最后,通过引入位置前馈环节,有效提高了机电作动器的响应速度和位置跟踪精度。仿真和实验结果表明:相较于传统PI控制器、自适应PI控制器和含前馈环节的自适应PI控制器,所提控制器将开关磁阻式机电作动器的响应速度分别提高了49.3%、44.4%和30%,位置跟踪精度分别提高了54.8%、49.2%和2.9%,从而使得机电作动器具备更强的位置跟踪性能。

面向智能变电站的输电线路综合故障定位方法研究

针对智能变电站条件下,因采样速率过低导致行波测距无法应用的问题,提出了一种面向智能变电站的输电线路工频综合故障定位方法。所提方法可以在现有各种单端工频测距方法中,选择出测距精度最高的方法,从而给出准确的故障位置信息。目前现有的各种工频测距方法的测距精度会受到电源、对端系统阻抗以及过渡电阻等参数的综合影响,在不同的故障条件下,各方法的测距精度会有不同的表现。首先获取输电线路发生故障时的大量训练样本,应用粗糙集理论对训练样本进行属性约简,找出测距精度与故障条件之间的内在关系。在系统发生故障时,应用KNN算法在多种工频测距方法中找到测距结果最准确的方法,计算故障距离。ATP仿真结果及RTDS仿真实验显示,所提方法可以成功避开误差较大的方法,选择实际精度最优的方法,有效提高测距精度。

地磁暴条件下电网连锁故障风险评估

地磁扰动会在高压电网中诱发产生地磁感应电流(GIC),使得电力变压器等发生相继故障,从而导致电力系统崩溃或者引起大停电事故,研究地磁暴条件下电网连锁故障风险评估能够为预防其引起的电网事故提供重要参考。对地磁暴条件下电网连锁故障的机理进行了分析,提出了地磁暴条件下电网连锁故障风险评估流程,该流程可以识别各个地磁暴条件下电网的薄弱环节;利用系统的负荷削减量来评估连锁故障各个阶段对系统的危害,同时利用给定地磁暴条件下该薄弱环节导致电力系统崩溃所削减的临界负荷量来评估其对电力系统的危害。利用IEEE-RTS79系统对于所提出的流程进行验证,验证结果表明所提出流程的可行性和有效性,所得结果可以为量化和防范地磁暴电网风险提供参考。

基于GIC无功损耗严重度指标的电网地磁暴易损区识别方法

首先分析了电网在不同感应地电场强度和方向条件下各变电站无功损耗的变化规律,定义了变电站地磁感应电流(GIC)无功损耗严重度指标,指标本身仅对实际的无功损耗做归一化处理,未改变各变电站之间无功损耗大小的相对关系。基于该指标提出了给定系统中易受地磁暴灾害区域的识别方法,可以为地磁暴影响下的电网规划和系统调度人员的操作提供依据。最后以750 kV规划电网为例,验证了所提指标和方法的可行性。

基于在线稳定分析的电网调控运行安全风险管控策略

针对电力调控机构常规风险管控体系难以满足日趋复杂的电网运行形势的现状,提出一种基于在线稳定分析的电网运行安全风险管控方案。介绍了电网运行安全风险管控的专业理念,形成了以在线稳定分析为中心,协调开展电网承载能力分析、在线稳定校验、重大检修天窗期核定、与定量化事故预案编制的技术路线。在此基础上,构建了以"一个核心、四大应用"为特点的电网运行安全风险管控的新方法。该方法有效推动了常规经验型、粗放式电网运行安全风险管控体系向智能化、科学型转变,提高了电网调控机构对于风险的预防管理与应急处置能力。

海上风电低频输电系统低频侧不对称故障控制策略

低频海底电缆发生不对称故障时存在模块化多电平矩阵换流器(M3C)功率器件电流越限、非故障相过电压风险,严重影响海上风电低频输电系统(LFTS)的安全运行。针对上述问题,在充分发挥M3C高可控性的基础上,提出了一种适用于海底电缆不对称故障的控制策略:根据故障严重程度动态调整M3C低频侧电压,防止非故障相过电压;各子换流器通过抑制负序电流限制短路电流上升,保护功率器件免受过电流危害;计及控制策略的影响,通过建立系统故障等值模型进行故障分析。在PSCAD/EMTDC中搭建了海上风电LFTS模型,仿真结果验证了所提控制策略和故障分析方法的有效性,其能够实现低频侧不对称故障下系统的稳定运行。

利用电压暂态量的电压时间型馈线自动化反向合闸闭锁策略改进措施

针对电压时间型馈线自动化中基于残压工频量幅值的反向合闸闭锁判据在相间接地或三相短路低过渡电阻故障下存在失效的问题,提出了利用线电压暂态量有效值提高反向合闸闭锁判据灵敏度的措施。定义了衡量反向合闸闭锁灵敏度的残压检测系数,指出了现有判据的盲区。分析并确定了线电压暂态量有效值计算数据窗,确立了以电压互感器的精工电压作为阀值的实用化策略。PSCAD仿真和实验验证了所提策略的可行性。改进措施可减少因联络开关转供导致的对侧变电站停电次数且无需加装一次设备,所以造价低且易于工程实现。

能源转型下新能源电力系统概率风险评估

当前我国正处在能源转型的关键时期,在碳达峰和碳中和背景下,高比例新能源接入带来的不确定性使得确定性的风险评估已经无法保障电力系统的安全可靠运行。概率风险评估是评估高度不确定性系统风险的有效工具,其旨在突破确定性风险评估基于风险长期平均数字特征无法对高概率低损失和低概率高损失事件进行区分的局限。本文首先阐述了新能源电力系统概率风险评估的迫切性,然后对其进行了概述,包括概率风险评估的含义、应用现状以及新能源电力系统概率风险评估的特点,继而在风险评估研究现状的基础上,从风险建模、评估、分析和决策4个层面论述了新能源出力模型和故障模式、概率风险评估核心算法和计算效率、多层次概率指标体系和薄弱环节识别方法、运行方式安排和设备备用规划决策等方面的关键问题。未来亟需从新能源出力与负荷之间的时空相关性以及新能源的相依故障模式、概率风险全分布评估的算法和全面提高计算效率的方法、基于分割多目标风险分析理论建立面向不同风险类型的多层次指标及薄弱环节识别体系、在优化模型的目标函数或者约束条件中计及概率风险指标的决策方法等方向展开研究。

一种采用2级反向传播神经网络的输电线路故障测距方法

针对输电线路的故障测距中过渡电阻及电气量测量误差影响测距精度的问题,提出了一种采用2级反向传播(BP)神经网络的输电线路故障测距方法。通过分析双端电气量随过渡电阻的变化情况,确定了双端电气量变化规律的区域特性,提出了基于过渡电阻分区后在不同区域分别进行精确定位的研究思路。利用第1级网络对双端电气量进行数据融合,将故障场景分为低阻故障和高阻故障,再利用第2级网络中的低阻故障测距网络和高阻故障测距网络分别对低阻故障和高阻故障的双端电气量进行数据融合,计算出精确的故障位置。对训练方法进行改进,在测量电气量中加入高斯白噪声信号来模拟含互感器误差的样本,将无误差样本和含误差样本组成的重复样本对作为训练样本,使训练后的BP神经网络对随机测量误差具备一定的适应能力。电磁暂态仿真结果表明:所提方法不受过渡电阻影响,在高阻故障情况下测距结果的最大误差仍然低于1%,且对随机误差具有较好的适应性,在输入电气量存在一定测量误差的情况下测距结果的最大误差低于2.5%,具有良好的应用前景。

一种基于模糊控制的混合式配电变压器的控制策略

混合配电变压器(HDT)具有丰富的电压、电流调控功能。为了更好地实现HDT直流母线电压控制,将模糊控制(FLC)引入到传统比例-积分(PI)控制器中。通过选取适当的隶属度函数,构建相应的专家数据库,利用重心法解模糊,提出一种基于FLC的HDT直流母线电压控制策略,从而有效地提高了直流母线电压控制系统的暂态性能。在Matlab/Simulink中针对上电阶段、电网电压波动以及负载功率突变时的控制过程进行仿真分析,仿真结果验证了所设计的FLC控制的正确性和可行性。

计及生产流程和电压与频率稳定性的孤立电网灾后恢复策略

用于工业园区、油气开发等的孤立电力系统广泛存在,其组网脆弱、灾后完全停产等问题严重影响了系统生产、运行效率。针对孤立电网的灾后恢复策略开展了研究。以海上油气开发为例建立了系统生产全流程模型,提出了负荷恢复度的概念并建立了产量与各类负荷关系的多元函数。针对孤立电网负荷恢复过程的电压与频率暂态稳定性进行了分析,将分析结果以构建约束条件的方式纳入优化模型。提出了用于确定负荷恢复顺序的系统灾后恢复模型并应用贪心算法进行求解。算例结果验证了所提出的模型及方法的有效性。

计及地磁暴影响的电力系统事故链仿真模型

地磁暴影响下地磁感应电流(GIC)流过变压器中性点,引起变压器无功损耗增加,在强地磁暴环境中,系统的无功补偿装置可能过载,母线电压下降,可能引发连锁故障,继而导致大停电事故。对比事故链各环节特点和因磁暴导致的电力系统停电事故的发展规律,使用事故链模型来仿真实现地磁暴条件下的电网停电过程。基于自组织临界理论和非故障线路的安全稳定裕度来确定连锁故障的传播路径。结合IEEE-RTS79系统参数,估算各母线的地理位置,借助PowerWorld仿真软件,以该系统为例,研究结果验证了所提事故链模型可以反映给定电网条件下,地磁暴参数对电力系统事故链集与薄弱环节辨识的影响,研究结果可为量化和防治磁暴电网灾害提供依据。

特约专栏主编寄语

“碳达峰、碳中和”是我国的重大战略决策,为实现这一目标,党中央、国务院及相关部委提出要推动构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系,形成适合中国国情、适应高比例可再生能源发展的新型电力系统。如何应对新型电力系统的运行与控制问题,是电力系统深度脱碳面临的重大挑战。

考虑条件风险价值的电-气综合能源系统风险厌恶机组组合研究

为应对新能源不确定性带来的综合能源系统运行风险,选择合理的机组组合策略平衡综合能源系统的运行风险与运行费用,建立风险厌恶电-气综合能源系统机组组合模型。在电-气综合能源系统的机组组合中引入条件风险价值,分别描述电力系统和天然气系统的负荷损失风险,分析电力系统与天然气系统的运行风险和两系统间的相互影响。利用分段线性化技术对天然气流量方程进行线性化,通过Benders分解算法将模型分解为机组组合主问题、分场景子问题和天然气负荷损失风险校验问题,对所提模型进行高效求解。算例仿真结果表明,所提模型与传统模型相比可以有效减少小概率极端场景的电力负荷损失,算例中最严重场景负荷损失从34.62 MW减少到9.59 MW。所提模型可以协调电力负荷损失风险和天然气负荷损失风险,为电-气综合能源系统的协调调度提供参考。

面向清洁能源消纳的流域型风光水多能互补基地协同优化调度模式与机制

针对面向清洁能源消纳的流域型风光水多能互补基地(WMCB)协同优化调度所面临的清洁能源时空多尺度相关性分析、大规模多类型清洁能源多能互补、高效消纳和安全管控的问题,归纳了优化调度模式和机制的相关研究并提出了未来的发展方向。首先分析了WMCB的发展现状,总结了其协同优化调度亟需解决的瓶颈问题。进而从时空多尺度互补特性、协同优化调度模式和机制方面,对WMCB的研究现状进行了梳理。最后探索了WMCB协同优化调度相关问题的解决思路,以期推动WMCB的建设和发展,从而推进大规模清洁能源的互补开发和高效消纳。

基于时域有限积分技术的四级串联快脉冲直线型变压器驱动源电磁特性

快脉冲直线型变压器驱动源(FLTD)感应腔内部结构和媒质分布复杂,支路放电时快速上升沿脉冲将使空间离散更为繁密,导致计算量剧增。该文利用时域有限积分理论首次研究4级串联共用、独立腔体结构MA级FLTD在支路放电时的电磁场分布规律。使用场路耦合将电路中电容元件的放电电流作为激励耦合至三维场模型,使用非均匀网格对FLTD初级感应腔内的关键部件剖分网格进行加密处理,使用表面阻抗边界条件描述良导体以降低求解自由度数量,使用基于等效原理的区域分解算法将4级串联FLTD划分为24个不同的求解子区域。结果表明,时域有限积分技术可有效分析FLTD初级腔体内脉冲放电瞬态过程,两种感应腔结构的输出性能和电磁场分布基本一致,4级串联共用腔体结构FLTD设计方案可行。

基于小波变换与逻辑斯蒂回归的混合式配电变压器故障辨识

混合式配电变压器(HDT)在智能配电网中能够代替传统配电变压器实现无功功率补偿、谐波治理和电压调节等功能。为了区分当HDT发生故障的时候,是变压器内部故障还是电力电子故障,该文首先通过仿真得到HDT不同故障工况下的大量一次侧、二次侧、三次侧、四次侧电流特征量数据,然后借助小波变换理论,对得到的数据进行四层离散小波变换,从中抽取小波域下数据的归一化能量、归一化能量矩和样本熵作为电流特征量数据的特征值。利用机器学习的方法,构建逻辑斯蒂回归分类器,将特征值组成的特征矩阵作为分类器的输入、训练模型,得到受试者工作特征(ROC)曲线和混淆矩阵表现很好的分类器模型。最后多次随机抽取数据,统计训练得到的机器学习模型的HDT故障识别的准确率均在90%左右。

基于支持向量机的发/输电系统快速蒙特卡洛可靠性评估方法

提出了一种基于支持向量机的发/输电系统快速蒙特卡洛可靠性评估方法。首先,遍历系统所有元件的故障并计算相应的最小切负荷量,得到用于训练机器学习模型的样本数据。然后,采用支持向量机作为挖掘系统元件故障与最小切负荷之间非线性映射关系的机器学习算法,训练得到不同故障下最小切负荷的估计模型。最后,将该模型与蒙特卡洛模拟法结合,随机采样元件状态,针对每个状态,由训练得到的估计模型直接给出最小切负荷量,从而实现发/输电系统可靠性的快速评估。将所提方法应用于发输电系统可靠性标准测试算例IEEE RTS 79,验证了其有效性和准确性。

基于改进单相dq0电压检测的混合式配电变压器负载电压控制投切策略

混合式配电变压器(HDT)负载电压补偿回路需要根据配电网的电压状况进行投入与切除。因为现有的电压突升突降的检测算法的局限性,该文提出一种改进的dq0变换检测算法。具体而言,通过求导法对每相电压构造虚拟三相电压,然后对三组虚拟三相电压进行dq0变换。最后通过简单的逻辑判断,实现电网中常见的三相电压跌落、三相电压突升、单相电压突降等状况的检测。该算法的优势在于,只需加入时间常数较小的滤波器滤除高次谐波,有效避免了传统检测算法中滤波器时间常数较大带来的延时,从而提高了检测的实时性与准确性。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,根据检测信号进行负载电压补偿回路的投入与切除,从而验证了改进检测算法的正确性。