抽水蓄能机组新型变工况自适应模糊控制策略

针对抽水蓄能机组工况之间频繁转换、常规比例-积分-微分控制(proportional-integral-derivative control,PID)控制对不同工况变化下适应性弱及现有的新型控制方法难以应用于实时性要求较高的可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)调速系统中等问题,同时考虑到导数分量易引入高频测量噪声。结合模糊控制理论,创新地提出了一种以水头和功率作为模糊推理输入变量的新型自适应模糊PI控制器(innovative adaptive fuzzy PI,IAFPI)。首先结合所设计的控制器建立了基于弹性水击和对数投影曲线法的抽水蓄能调节系统精细化模型;然后利用多目标粒子群算法(multiple objective particle swarm optimization,MOPSO)优化该模型的控制参数;最后结合我国某实际抽水蓄能电站数据,分别与传统PI、传统模糊PI控制在不同负荷不同水头下进行对比仿真试验;验证所设计的新型自适应模糊PI控制器可有效提高机组对工况变化的自适应性。

基于复杂网络演化博弈的可再生能源技术扩散仿真分析

“双碳”目标下,风光等可再生能源逐步替代煤等传统化石能源是实现电力系统能源转型的必然趋势,开展可再生能源技术扩散研究是模拟分析这一趋势的重要手段。然而,现有可再生能源技术扩散研究多从总体层面关注宏观扩散模型,忽略了发电商群体内部微观复杂博弈过程及相互作用对宏观扩散影响的复杂性。针对该问题,该文基于系统科学与博弈论视角,以发电商群体社会关系构建复杂网络,以不完全信息有限理性特征开展演化博弈。从发电商个体发电策略更新到发电商群体关系演化的逻辑,由点到面地分析可再生能源技术扩散的动态演化过程。基于两种典型复杂网络场景开展仿真,剖析发电商群体关系、政策标准以及市场价格等众多因素对可再生能源技术扩散演化的影响。算例结果既可为政府引导可再生能源技术在发电企业扩散方面提供理论支撑,亦可为演化博弈理论在能源行业中的广泛应用提供有益的借鉴。

基于点估计仿射可调鲁棒优化的含储能电力系统实时调度

为应对大规模风电的接入,建立一种机组与储能联合参与自动发电控制的电力系统实时调度模型,并提出一种点估计仿射可调鲁棒优化来处理风电不确定性。不同于传统仿射可调鲁棒调度优化基准运行成本,点估计仿射可调鲁棒调度优化期望运行成本以提高系统经济性。提出利用确定性的点估计法来实现对期望运行成本的快速、精确评估。所提模型为一混合整数双线性约束问题,采用一种“预估-矫正”的凸化方法来求解该难题,预估阶段对储能的状态变量进行松弛,而矫正阶段直接对其状态变量进行矫正。最后,引入一种凸函数差优化进一步凸化2个阶段的双线性约束问题,以提高含储能实时调度的求解质量。在IEEE39、118以及300节点3个系统的仿真验证了所提模型及方法的有效性。

融合精细化气象因素与物理约束的深度学习模型在短期风电功率预测中的应用

现有基于深度学习方法的风电功率预测是一种以气象数据为输入的间接预测,其预测精度依赖于气象预报的准确率,然而现有气象预报资料普遍存在分辨率低,预报模式不稳定的问题。同时,深度学习模型完全依赖数据驱动,缺乏物理规律的指导,预测精度难以进一步提升。因此,提出一种精细化气象因素与物理深度学习相结合的方法。首先,通过降尺度与多模式集成技术,对数值天气预报数据进行处理,改善气象预报产品的低分辨率和准确率问题;其次,基于风电场尾流效应和功率曲线两种物理模型,一方面将物理模型嵌入神经网络损失函数作为正则化项,引入物理约束指导学习过程,以构建物理深度学习网络;另一方面,利用物理模型产生预训练样本,解决观测数据不足的情况,构建预训练模型,为后续有监督学习任务提供支持。最后,通过对某市近海风电场的实际数据进行仿真分析,验证了所提出方法的有效性和优越性。

考虑电力中长期及现货市场衔接的月内融合交易模式及统一限价研究

在电力市场“中长期+现货”背景下,针对电力中长期与现货衔接问题,探寻高比例新能源入市下月内融合交易市场边界,研究统一限价对社会福利与曲线分解的影响,分析月内融合交易模式对市场衔接的作用。首先,考虑市场中存在的问题,探讨可行的解决方式。其次基于市场预测,构建市场主体的报价与目标函数,结合不平衡电量,构建社会福利最大化市场出清模型,采用A-NSGA-Ⅲ算法进行求解,得到市场出清情况与对应的最优限价范围。最后通过算例验证了统一限价与细分时段的优势,给出了统一限价设定的市场化途径,同时保证了市场主体利益与市场活力,表明了统一限价模式下月内融合交易市场有利于市场主体灵活交易,促进了中长期与现货市场的衔接。

连续小波变换和具有注意力机制的深度残差收缩网络在低压串联电弧故障检测中的应用

当室内配电系统发生串联电弧故障时,电弧燃烧温度可高达数千摄氏度,从而导致电气火灾的发生。而低压配电网中负载类型复杂,利用一般的电流信号时频分析,很难对串联电弧故障进行有效识别。针对这一问题,文章利用深度学习强大的计算机视觉能力,提出了一种基于注意力机制和深度残差收缩网络(attention mechanism and deep residual shrinkage network,Attention-DRSN)的故障检测方法。首先,使用连续小波变换提取电流信号特征信息,并转化为图像特征。其次,对提取到的图像特征进行数据增强和灰度化处理,并利用主成分分析方法(principal component analysis,PCA)对特征图像进行了重构。最后,构建了Attention-DRSN电弧故障检测模型,并采用K-折交叉验证方法对数据集进行划分,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,该检测方法对串联电弧故障具有较高的检测精度,平均检测准确率为98.52%,对未来电弧故障检测装置设计具有重要的借鉴意义。

架空导线单相触树接地故障的放电引燃机制研究

近年来世界范围内因电气故障引发森林火灾的案例时有发生,严重威胁到民众的生命财产安全。该文针对架空导线单相触树引燃植被的事故,分析了高压电场作用下植被的引燃机制,并建立树线接触模拟试验平台,得到植被引燃过程中典型的物理特征和电气特征。结果表明:1)放电引燃过程可分为4个典型的阶段并和泄漏电流的变化相对应;2)电流持续导通时间和初始电流是决定引燃能否发生和发展的关键;3)接触部位和炭化通道上的电弧能促进火焰的发展,并导致植被绝缘能力进一步下降;4)引燃过程中存在“炭化效应”和“烹饪效应”的博弈,这种竞争导致电气信号在时域发生变化;5)炭化通道呈典型的电树枝状,树枝中的导电通道集中于表皮和主干的交界面处。从试验结果可知,高压电场下的植被引燃有阶段性发展的特点,分析放电引燃的机制,准确提取并识别植被燃烧各阶段特征,将有助于改善故障检测技术。

高海拔山区铁路牵引供电系统——问题、挑战与对策思考

我国西部高海拔山区铁路部分区段面临沿线缺乏有力电网支撑,外部电源系统极端薄弱,途径复杂大坡道高原山区,建设难度大。高海拔山区铁路对牵引供电系统的技术要求非常特殊,对外部电网接入方案、牵引变电所供电能力、电源备用方式、长大坡道电分相处理方案等诸多方面提出了极为特殊的要求。该文从输电网–牵引变电所协同规划、长大坡道对牵引供电系统电压抬升影响、客货混跑下牵引供电系统谐波稳定性问题3个方面,分别剖析高海拔山区铁路牵引供电系统安全运行所面临的难题。然后,通过梳理总结已有文献研究,依次从考虑列车负荷和风光新能源不确定性的输电网随机规划方法、长大坡道下牵引负荷准确模拟与电压抬升机理分析、电力机车–牵引网系统宽频带谐波稳定性分析与振荡抑制措施3个角度对上述问题进行初步分析,同时给出了可能的解决方案,为高海拔山区铁路安全运行研究提供了借鉴。

提升惯量响应与转速恢复的风储协调惯量控制方法

为提升风–储联合运行场站的动态频率支撑能力,并针对当前控制方法不能兼顾惯量响应强度与快速转速恢复、频率二次跌落抑制的问题,提出了一种提升惯量响应与转速恢复的风储协调惯量控制方法。在风机控制侧,根据储能可调功率及风机转速运行约束制定风机惯量控制策略,以最大化提取转子动能,增强风机惯量响应能力。在风机转速恢复阶段,由储能可调功率完全补偿风机功率下调量,加快风机转速恢复、抑制系统频率二次跌落;在储能控制侧,通过判断各风机运行阶段,提出基于差异化时序确定储能输出功率的控制策略。算例验证表明,所提方法在显著增强风机惯量响应能力条件下,能加快转子转速恢复,并有效抑制系统频率二次跌落。

考虑送端短路比约束的高比例新能源直流送出系统优化运行研究

高压直流输电已经成为新能源跨区消纳的主要送出方式,而直流故障后的送端暂态过电压问题易造成风机脱网,对系统安全稳定运行构成严重威胁。对此,针对暂态过电压影响因素,以短路比作为送端系统电压支撑强度,通过戴维南等值定理和叠加原理,推导出送端火电机组和新能源机组出力与换流站短路电流的关系,进而得出不同运行方式下的送端短路比计算方法,从而通过新能源机组并网点脱网阈值确定电压支撑强度对应的短路比约束。针对含储能的新能源送出系统,以系统运行成本和弃电成本最小为目标,考虑送端电网的电压支撑能力,建立了考虑送端短路比约束的发电和直流输电功率的协同调度优化运行模型,并用内点法求解。最后,分别通过采2区28节点系统和2区236节点系统进行验证验证,结果表明所建模型能够综合考虑系统经济性和安全性给出发电机组出力计划和直流输电计划曲线,提高了新能源消纳率。

H桥分时复用方法及其在电力电子变压器中的应用

能源互联网中,电力电子变压器(powerelectronic converter,PET)因功率变换级数较多,体积庞大,成本高昂,且效率不佳。为此,提出了一种有助于减少PET级数的H桥分时复用方法。首先,阐明了分时复用方法的基本原理,定义了单载波周期的工作模式,分析了变压器原边的电流特征;其次,介绍了实用的谐振式开环工作模式切换方法,理论推导了电流脉冲与谐振角度的对应关系;通过样机实验验证了所提高频变压器间歇功率传输与模式切换方法;最后,基于分时复用方法构建了新型PET,并使用电力电子仿真软件PLECS真验证了基本功能。相关方法为优化PET的拓扑与控制提供了新思路。

配电网接地故障自适应融合抑制方法

现有的配电网接地故障柔性抑制方法受对地参数测量精度、负荷变化、接地故障电阻以及线路阻抗压降的影响较大。因此,提出了一种适应参数和负荷变化的配电网接地故障融合抑制方法,即在分析接地故障电流分布规律基础上,提出一种基于故障相电流调控的接地故障电流抑制方法。通过调控使得故障相电流与故障相负荷电流相等,实现故障点电流抑制,并提出了负荷电流的实时提取方法,该方法无需测量对地参数且可适应负荷变化。另外,根据单相接地故障的电流和电压抑制方法的适用范围,提出了电流、电压并行双闭环控制方法,同时抑制接地故障电流和电压,以适应接地故障电阻和线路阻抗压降的影响。仿真与实验结果证明了所提方法的有效性和优势。

弱电网下有源中点钳位型逆变器同步调制及宽频域控制策略分析

在弱电网条件下,并网逆变器锁相环、电压环和电流环频带划分以及调制策略引起的振荡问题,影响着并网系统安全稳定的运行。为提高并网的稳定性,提出有源中点钳位型逆变器同步载波层叠调制技术以平衡内外管的电压应力、降低开关损耗和谐波,实时监测电流畸变率滞环切换控制模式以增强系统的稳定性。首先,采用三电平有源中点钳位型逆变器作为并网接口单元,优化了调制策略并分析了其谐波特性;接着,基于阻抗分析法建立阻抗模型,详细分析了锁相、电压和电流环频带分布规律及三者相互作用诱发并网系统失稳的机理;最后,通过实验验证了有源中点钳位型(active neutralpointclamp,ANPC)并网逆变器电流源控制模式和电压源控制模式根据谐波含量自适应切换控制策略,可以提高并网稳定性。有助于解决可再生能源大规模消纳的难题,对实现碳中和的目标和能源安全具有重要意义。

考虑最佳VFTO抑制效果的螺旋管式阻尼母线电感特性研究

为解决螺旋管式阻尼母线(下简称阻尼母线)的设计问题,文章开展阻尼母线最佳抑制效果与阻尼母线电阻与电感的配合关系研究,通过对特快速暂态过压(very fast transient overvoltage,VFTO)幅值和波前陡度抑制效果的分析,得到最佳抑制效果时电阻、电感参数的配合范围。因电感值决定了母线的加工方式,故重点讨论了电感的计算方法和影响电感大小的因素。分析高频和低频条件下螺旋管式阻尼母线磁链铰链情况的基础上,得到了采用场计算法来计算电感的具体实现方法。文章对特快速暂态过电流(very fast transient current,VFTC)波形进行拟合,并将其作为电感计算的激励。为得到频率、材料、匝距、匝数等因素对阻尼母线电感特性的影响,计算不同影响因素下阻尼母线的电感,采用最小二乘法对高频电感计算的离散结果进行拟合,并确定550kV电压等级最佳VFTO抑制效果下阻尼母线电感的取值范围。完成上述工作后,以550kV气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)中加装的阻尼母线为例,对电阻和电感的匹配原则进行验证,分析了加装阻尼母线后VFTO的抑制效果,结果表明:R与L进行最佳参数配合条件下,可将VFTO的幅值从1.417降到0.8pu,波前陡度降低6kV/ns左右,击穿次数从11次降低到8次。

发电机组低励限制稳定裕度实测评估方法

针对目前现场投运机组励磁系统低励限制环节(under excitation limiter,UEL)控制参数几乎均采用默认定值且偏保守、同时对其稳定裕度缺少量化评估手段问题,文章提出一种基于现场测试的低励限制动作期间发电机组稳定裕度评估的实用化方法。该方法通过扫频获取现场UEL动作期间的闭环控制系统频域特性,结合发电机组励磁调节系统模型,求出其开环系统奈奎斯特曲线,根据曲线穿越实轴点与(-1,j0)位置关系评估UEL环节动作期间系统稳定裕度,指导现场UEL控制参数整定与优化。在实验室环境下,分别对采用竞比型和叠加型UEL接入电压控制主环2种原理的实际励磁调节器装置进行闭环测试,验证了测试方案与评估方法的可行性与有效性,丰富了现场UEL环节稳定性能试验手段。

计及后备保护优化级数的改进阻抗修正反时限过流保护整定方法

提出了一种计及后备保护优化级数的改进阻抗修正反时限过流保护整定方法。首先,对常规的阻抗修正反时限过流保护算法进行改进,通过增加后备保护优化级数提升其远后备保护的动作速度;其次,针对优化后的阻抗修正反时限过流保护算法整定复杂且存在失配风险的问题,以优化后的阻抗修正反时限过流主保护和后备保护总动作时间最小为目标函数,以保护选择性、灵敏性要求为约束条件,建立反时限保护参数优化整定数学模型,并引入量子遗传算法进行求解。理论分析和基于PSCAD的仿真结果表明,所提基于量子遗传算法的改进阻抗修正反时限过流保护优化整定方法能够有效提升保护的选择性和速动性。

考虑空间耦合的农业园区能源互联网静态安全分析

空间耦合是农业园区能源互联网的重要特征之一,会导致光伏发电和农业生产之间形成一种争光现象,这对设施农业环境和园区能源系统的协同安全提出了挑战。针对上述挑战,该文首先构建一种考虑空间耦合与能源耦合交互影响的农业能源互联网模型,以此来刻画设施农业环境与能源系统运行状态之间的相互影响。其次考虑能源系统运行和农业生产的双重约束,给出能源安全指标、农业安全指标以及安全分析流程。最后以某个实际电–热耦合多能流系统为仿真对象,分析空间耦合度对园区能源系统安全运行的影响,给出特定环境下空间耦合度的安全边界值。

基于IGDT的地区型电热气市场分层迭代交易研究

作为推动能源革命的重要市场手段,能源互联地区分布交易需根据地区多能源交易的特点,考虑可再生能源出力与负荷预测偏差风险来制定有效的市场策略,优化地区型多能源市场交易的灵活性与鲁棒性。首先,建立了完全竞争环境下各参与者基于自身交易意愿,以效能最大化为目标制定报价报量、市场统一出清的地区电热气市场交易双层优化模型。其次,提出了上下层交互迭代博弈优化方法,通过参与者迭代博弈优化交易策略与市场迭代出清,提高参与者的交易灵活性并实现其效能最大化;通过市场能源供需关系与迭代效能变化情况来优化报价作为已知值,避免双层嵌套多子目标优化模型的非线性复杂求解。此外,为减小可再生能源出力与负荷预测偏差对参与者效能与市场交易的影响,基于信息间隙理论(information gap decision theory,IGDT)方法,在保证参与者最低效能条件下最大化预测偏差,求得的交易策略具有强鲁棒性。算例结果表明,分层交互迭代博弈机制能够实现地区电热气交易市场均衡,最大化参与者的效能与社会福利,具有较好的灵活性与经济性;通过IGDT方法,针对参与者可接受的不同效能偏差,最大化参与者所能承受的随机变量不确定度,使得交易决策具有较好的鲁棒性和可执行性。

考虑光伏产消用户无功辅助服务的配电网优化调度

分布式光伏产消用户大量接入配电网,其并网逆变器无功功率控制的灵活性,使得产消用户的无功功率可作为良好的资源参与配电网无功电压优化。为此,在考虑产消用户提供无功辅助服务能力的基础上,提出了一种含产消用户群配电网双层优化模型。上层以配电网为主体,产消用户群为从体,建立“网–群”优化模型,主体针对自身经济效益制定有功及无功电价,引导从体优化有功和无功出力;下层以产消用户群为甲方,产消用户为乙方,计及有功和无功的耦合特性,甲方在设计合约条目中考虑乙方提供无功辅助服务的能力,基于合约理论建立“群–户”合约模型,激励乙方调动自身资源参与无功合约交易。通过搭建IEEE33节点系统进行算例分析,结果表明,所提方法能够充分挖掘产消用户的无功资源,实现资源优化配置,保障“网–群–户”各主体利益。

基于改进Goog Le Net的小电流接地系统故障选线方法

针对传统小电流接地系统故障选线方法准确率低、鲁棒性弱的问题,文章提出一种基于改进GoogLeNet的小电流接地选线方法。首先,利用小波变换将零序电流信号映射为二维时频图,制备小电流接地数据集;然后,在GoogLeNet网络基础上通过迁移学习共享已训练模型权重来提高原网络检测精度;其次,在原网络全连接层前通过引入Batch-Normalization模块加快网络收敛速度,最终构建了GoogLeNet-69小电流接地故障选线网络;最后,为了验证所提出算法的优势,在未考虑噪声情况和考虑噪声情况下,将本文算法与4种经典选线方法进行比较。实验结果表明,相比于对比算法,本文算法检测精度最高,当信噪比为15dB时,所提出算法的选线精度可以达到96.3%,具有较强的抗噪能力。