基于近端策略优化算法的新能源电力系统安全约束经济调度方法

针对高比例新能源接入导致电力系统安全约束经济调度难以高效求解的问题,该文提出了一种基于近端策略优化算法的安全约束经济调度方法。首先,建立了新能源电力系统安全约束经济调度模型。在深度强化学习框架下,定义了该模型的马尔科夫奖励过程。设计了近端策略优化算法的奖励函数机制,引导智能体高效生成满足交流潮流以及N-1安全约束的调度计划。然后,设计了调度模型与近端策略优化算法的融合机制,建立了调度训练样本的生成与提取方法以及价值网络和策略网络的训练机制。最后,采用IEEE 30节点和IEEE 118节点2个标准测试系统,验证了本文提出方法的有效性和适应性。

基于深度置信网络的电网安全稳定控制系统故障诊断方法

安全稳定控制系统(安控系统)控制节点多、控制链条长,若因故障导致拒动或者误动,将给电网的运行造成严重危害。安控系统的故障诊断是电力系统安全稳定运行的基础。现有安控系统的故障诊断主要依赖于技术人员依据通信报文辅助判别异常原因,难以对安控系统各个环节故障进行实时诊断。为此,分析了安控系统故障的存在环节和产生原因,提取了安控系统故障特征量;建立了基于深度置信网络的安控系统故障诊断模型,提出了安控系统故障诊断方法;最后选取安控系统运行故障样本,验证了故障诊断方法的正确性。

基于变流器并网的新能源外送系统功率传输能力评估

光伏、风电等清洁能源广泛采用并网变流器接入电网,评估变流器并网新能源外送系统的功率传输能力,对于保证电网正常及紧急运行工况下的清洁能源持续、稳定外送具有重要意义。该文首先分析无功补偿前后变流器并网系统的功率传输特性,掌握变流器并网系统的安全稳定传输边界。接着,对新能源外送通道开展动态热容量评估,挖掘传输通道潜在传输能力以促进清洁能源消纳。然后,统筹考虑保证并网系统及外送通道安全稳定运行的各类型约束,确定新能源最大外送能力。最后,对算例测试系统中的新能源场站开展最大外送能力评估,算例研究表明:配合无功补偿并同时利用设备动态热容量,可以提升新能源外送能力;不同电网连接强度和运行工况下,限制清洁能源外送能力的主导因素不同,需依据主导因素确定外送功率,才能确保电网的安全稳定运行。

基于储能的电力系统安全调控方法

“双碳”目标下新型电力系统面临交直流系统故障耦合传播、频率与电压稳定风险上升等新的安全问题,引入储能参与安全调控的研究已逐渐成为热点。为了更有效地挖掘储能参与安全调控的能力,有必要对储能为电力系统提供安全支撑的场景、理论与技术方法进行梳理总结,并在此基础上探讨后续需要重点关注的问题及研究思路。从储能对电力系统静态安全、动态安全、交直流混联电力系统安全、主动安全技术、辅助服务市场5个方面进行总结,涉及储能与电网可靠性、储能与频率稳定性、储能与电压稳定性、储能与输电堵塞、储能与直流闭锁连锁跳闸防控等方面的研究进展,指出了关注储能备用荷电状态(state of charge,SOC)、储能与其他调控资源之间多时间尺度耦合研究的重要性,以及完善储能参与系统紧急安全调控服务市场机制的必要性,对促进储能参与新型电力系统安全调控的研究具有一定参考意义。

计及风电场的发输配电系统可靠性评估

考虑风速时序性和自相关性的特点,建立了风速的自回归移动平均(auto-regressive and moving average,ARMA)模型,并结合常规机组、线路和变压器等状态模型,建立了基于蒙特卡罗仿真方法的风电场可靠性模型,对含风电场的发输电组合系统进行可靠性评估,同时建立了发输电组合系统的多状态机组等值模型,将该等值模型与配电系统相结合,计算了平均停电频率和停电电量损失等配电网可靠性指标,通过分析和比较可靠性指标研究了风电场对配电系统可靠性的影响,结果表明风电机组的接入对提高电力系统可靠性具有一定的作用。

双碳目标下新型电力系统风险评述:特征、指标及评估方法

“碳达峰·碳中和”目标下,中国将建立以风、光等新能源为主体的新型电力系统。随着能源结构和系统形态的改变,电力系统供需双侧的不确定性将显著增强,供需失配等系统风险将愈发突出。准确评估系统风险水平对新型电力系统的规划和运行都具有重要意义。文中分析了新型电力系统的典型风险特征,论述了一套适用于新型电力系统的风险评估理论体系。首先,梳理了描述系统风险的三级风险指标体系,涵盖了供需失配的上行和下行风险以及碳排放相关的风险;然后,总结了体现新型电力系统风险特征的风险评估方法,在状态产生环节刻画多源风险因素,在状态分析环节计算多级风险指标;最后,探讨了与风险评估有机融合的系统薄弱环节辨识方法,为风险预控提供量化决策依据。

主动配电网储能应用新形态:虚拟配电变压器与馈线

虚拟配电变压器与虚拟配电馈线将传统配电变压器、配电馈线分别与可控型电力电子变换电路及串并联储能单元有机结合,是探索储能融合发展新场景、构建清洁低碳和安全高效的配电网、实现分布式可再生能源多区域高比例消纳的重要手段。以配电网设备“功能虚拟化”为核心思想,文中对虚拟配电变压器与虚拟配电馈线的概念进行了定义,并阐述了其功能架构。在此基础上,总结国内外相关研究现状及工程实践情况,探讨了虚拟配电变压器与虚拟配电馈线的关键技术,并对未来的研究方向进行了展望,希望对虚拟配电变压器与虚拟配电馈线未来的研究和应用提供有益的参考。

架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性及故障定位应用

针对架空配电线路电弧接地故障点定位难题,该文研究架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性,探索基于电磁辐射信号的电弧故障定位方法的可行性。通过10 k V配网真型故障模拟试验平台,分析接地电弧电磁辐射的时域与频域特性及传播衰减规律,结果表明:电弧电流的电磁辐射特征频段为20~30 MHz,该特征频段不会受到中性点接地方式、电弧接地介质与线路结构参数的显著影响,且特征频段内辐射信号在传播过程中衰减较慢。在此基础上,设计一种小型化三角形单极子–环形组合平面天线,工作频率为20~500 MHz。利用自制天线开展小型电弧故障定位实验,为后续配网电弧故障定位的应用研究提供基础。

海水淡化厂与区域水-能耦合系统的协同调度

海水淡化厂具有能量密集、运行灵活的特点,是理想的电力需求响应资源。然而,现有关于淡化厂与电网协同运行的研究大多关注电网和淡化厂的一体化调度、无法适应双方自主决策的工程场景,对淡化厂运行约束的刻画也比较粗糙。该文研究反渗透淡化厂与区域水-能耦合系统(waterenergy nexus,WEN)的协同运行方法。首先,考虑淡化厂的生产流程、调节特性和运行约束,分别建立传统及新能源淡化厂的水-能管理模型;其次,在保障两类淡化厂和区域WEN自主决策和信息隐私的条件下,提出以双方调度计划互动为载体的“激励型”和“价格型”两种协同运行机制及调度模型,并提出基于二阶锥松弛和McCormick包络的求解方法。用算例验证所提协同运行机制、调度模型及求解方法的有效性。

面向季节性短时高峰负荷的虚拟配电馈线功能架构及协同配置

传统线路增容方式面对季节性短时高峰负荷时存在线路整体利用率低、紧急功率支撑能力差等问题。因此,文中以功能虚拟化为核心,研究了传统配电馈线与储能元件融合的虚拟配电馈线功能架构,利用双端储能元件搭建虚拟电能传输通道,以应对季节性短时高峰负荷、延缓传统线路增容改造工程,并在非高峰时期提供紧急功率支撑和辅助服务功能,提高储能元件整体利用率。为充分挖掘虚拟配电馈线的灵活传输和紧急功率支撑潜力,提出了配电网线路增容优化配置模型,在保证经济性和满足高峰负荷需求的前提下,优化虚拟配电馈线储能配置。算例研究表明,虚拟配电馈线能够有效延缓传统线路增容改造工程、应对季节性短时高峰负荷;对于线路负荷增长较稳定、线路长度较长和设计延缓增容年限较短的配电区域,虚拟配电馈线的优势更加凸显。

GIS多频振动信号产生机理及实验研究

当前国内外对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)的异常振动,尤其是引发振动的激励源、多频振动产生机理等问题缺少实质性研究进展。首先,建立受力模型,研究引发GIS振动的激励源,得到引发分箱型GIS振动的力源值,并指出正常运行状态,三相母线间电动力是主频振动的主要激励源。触头接触不良将导致触头斥力合力增大,地脚螺栓松动将导致系统固有频率的变化,影响非线性振动响应频谱特征;然后,将GIS按照薄壁圆柱壳进行研究,计算GIS壳体多阶固有频率,建立有效的非线性振动方程,首次利用解析方法揭示非线性GIS系统多频振动信号的产生机理;最后,研制成功振动信号采集系统,在550 k VGIS产品上设置典型机械缺陷,经实验验证,系统激发出的振动响应幅值极值点及频率与理论分析结果一致。论文的研究成果可为GIS机械缺陷的检测及诊断提供一定的支持和参考。

大型电力变压器安全运行与主动保护技术探索

现有变压器内部故障防护方法仍有不足,大型电力变压器爆燃事故时有发生。针对变压器轻微缺陷发展为严重缺陷、最终发生电弧击穿的全过程,文中提出构建大型电力变压器安全运行三级防线:第一级为轻微缺陷的检测和预警,文中分析了各类缺陷检测方法的现状,并初步提出了基于多点温度的热缺陷辨识方法;第二级为严重放电缺陷阶段的主动保护,在发生贯穿性电弧故障之前动作跳闸,文中通过放电试验研究了严重放电缺陷的脉冲电流、特高频及声信号特征,提出了基于多参量的变压器主动保护方案和新型轻瓦斯保护方案;第三级针对电弧故障提升传统变压器保护技术的灵敏性和快速性,为此文中提出了估算变压器主磁链的铁芯饱和判别技术,构建了基于漏磁幅值及对称性差异的匝间故障高灵敏度保护方案。文中对变压器主动保护技术的探索和所提出的三级防线故障防护体系对于提升变压器安全运行水平具有重要意义。

基于自适应滑模观测器的新能源汽车驱动系统电流传感器微小故障诊断

为及时准确地检测出新能源汽车永磁同步电机驱动系统电流传感器微小故障,该文提出一种基于自适应滑模观测器的微小故障诊断方法。该方法首先构建含有电流传感器微小故障的驱动系统混合逻辑动态模型,其次利用状态增广和非奇异坐标变换对电流传感器微小故障进行故障重构,然后设计收敛速度快且能够抑制高频抖振的自适应滑模观测器以精确估计系统重构状态,最后采用系统重构状态实际值与观测值残差作为检测变量并利用范数设计自适应阈值。该文提出的方法不仅能诊断微小故障和显著故障,而且可以检测从微小故障演变为显著故障乃至失灵的整个过程,准确性高、鲁棒性强。实验结果验证了所提诊断方法的准确性和鲁棒性。

基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法

分布式电源(distributed generation,DG)大量接入使配电网继电保护面临严峻挑战。单相接地故障发生概率大,但故障信息十分微弱,特别是在DG多样化故障输出特性的影响下,有源配电网单相故障定位的准确性常难以保证。为此,提出了一种基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法。分析了配电网单相接地故障下DG的输出特性,建立了在不同故障位置下有源配电网的正序增广网络,构建了故障位置关于馈线出口以及DG输出电流的函数,建立了配电网单相接地故障位置模型,利用不同故障位置下短路电流矢量占比系数的差异性构建了新的故障定位判据。通过将单相接地故障定位问题转化为故障位置模型系数的求解问题,提高了故障定位的准确性和实用性。理论和仿真分析表明,在不同故障位置、不同过渡电阻下均能准确定位单相接地故障,具有原理清晰、故障特征量采集便捷、灵敏性和可靠性高的优点。

考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗建模方法

海上风电经柔直并网系统的阻抗模型是其稳定分析的基础。然而,现有阻抗建模方法忽略海上风电与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)间的阻抗耦合,可能导致系统稳定性判定失准。为此,该文提出一种考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗精确计算方法。首先,采用谐波状态空间理论(harmonic state-space,HSS)建立MMC与风电机组的序阻抗模型;在此基础上,分析风电机组与MMC两者交流端口电压、电流与阻抗的相互耦合机理,以获得风电机组与MMC交流等效阻抗;最后,提出风电机组与MMC阻抗耦合度指标,以量化分析不同控制环节对风电机组与MMC的耦合程度的影响。在MATLAB/Simulink搭建海上风电经柔直送出系统仿真模型验证该文所建模型的精确性及阻抗耦合度的对系统稳定性的影响,并通过RT-Lab硬件在环实验证明该文所建模型在系统稳定性分析中有效性。

考虑指标分级的安全稳定控制系统在线状态评估方法

目前我国电力系统正逐步形成特高压交直流混联电网格局,为确保电网安全运行,各个厂站配套建立了电网安全稳定控制系统(稳控系统),现实情况下稳控系统长期处于不间断运行,评估各部件模块是否仍然满足工作要求,保证稳控系统运行状态良好就成了一大重点。本文建立了分模块分级的稳控系统状态评估指标体系和提出了基于隶属度加权计算的稳控系统状态评估方法;针对稳控系统指标分级和劣化情况分类,提出了多类别隶属度计算方法;考虑劣化度对在线评估权重的影响,提出了基于熵值法和劣化度的综合权重计算方法。算例分析表明本文所提方法具有有效性和可行性,为稳控系统的检修决策提供参考和依据,保障了稳控系统的安全可靠运行。

基于改进极模变换的柔性直流输电系统断线故障分析与辨识

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故障下的等效电路。然后,通过改进极模变换矩阵推导其在不同故障类型下的复合模量等值网络,分析不同断线故障的模量特征;在此基础上,利用2模和0模电流的变化量构建断线故障类型识别的相平面,实现断线故障的分类;同时,提出基于1模电流变化量的区内外断线故障辨识流程。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,验证了所提保护方法的快速性和可靠性。

计及交直流谐波传递的MMC-BTB系统阻抗特性分析及环流配合策略

基于模块化多电平换流器的背靠背系统(back-to-back system based on modular multilevel converter,MMC-BTB)中换流器间控制交互密切,导致振荡事故频发。现有研究中忽略谐波传递的单端模型无法准确刻画MMC-BTB阻抗特性,也较少从振荡抑制层面考虑两换流器间的协同配合。为此,该文考虑MMC-BTB中换流器间谐波传递与衰减机理,依据多种环流控制方式的阻抗等价性提出一种基于环流协调控制的振荡抑制策略。首先,基于等效电路定性分析谐波的流通路径,并定量推导MMC-BTB的双端模型;然后,沿谐波路径对两侧环流控制的交互机理开展分析,证明其对改善MMC-BTB阻抗特性的关键作用,并提出环流控制的协调配合与参数优化策略;最终,通过Matlab/Simulink仿真验证理论分析与所提策略的正确性。

基于碳绿证市场机制的多区域电力系统低碳调度模型

传统能源资源的有限性和供应安全问题促使人们转向能源互联和低碳电力的研究方向。综合能源系统(IES)逐渐成为实现能源协调和节能减排的关键手段。为了管理碳排放和促进可持续能源的利用,文章提出了一种基于碳绿色证书联合市场的多区域综合能源系统调度模型。监管部门对碳排放量进行分配调整,可分别在碳交易系统和绿证市场系统两个渠道进行交换。评估了在IES中引入碳绿色证书市场机制的可行性,并提出了绿色证书联合市场框架。采用组合双拍卖(CDA)机制进行竞价,确定绿色证书的最佳价格,建立了供热网络和天然气网络的优化模型,并将其与IES的约束相结合,确保系统的稳定运行。该模型分析了碳交易系统、绿证市场系统以及天然气价格的变化对系统运行成本的影响。仿真实验结果表明,该模型能够显著提高IES效益并降低碳排放。

含新能源发电接入的电力系统低频振荡阻尼控制研究综述

电力系统低频振荡是现代电网发展进程中一个亟待解决的问题,随着以风电和光伏为主的新能源发电渗透率越来越高,传统阻尼控制手段将难以独立应对电力系统运行特性出现的新变化。为充分发掘新能源发电在参与阻尼低频振荡方面的潜力,需要对新能源的阻尼控制展开研究。该文整理了无阻尼控制新能源发电对低频振荡的影响的研究现状,概述了当前各类阻尼控制器的阻尼控制原理,然后分控制器设计和控制结构设计两大部分对新能源阻尼控制的研究现状做了归纳和总结。在设计控制器之前,首先需要解决控制器的安装位置、控制输入–输出的选择和配对等控制结构问题,工程经验、留数法和几何测度法等是较常采用的控制结构设计方法。相比电力系统稳定器、高压直流输电系统和柔性交流输电系统等传统阻尼装置,新能源阻尼控制器对鲁棒性和自适应性的要求更为严苛,因此该文着重对最优控制、自适应控制、鲁棒控制和模糊逻辑控制等先进控制进行了介绍。