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文献检索:
  • 模块化多电平换流器的拓扑和工业应用综述
  • 模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在高压大功率系统领域已展现出极其重要的工程应用前景。首先介绍了典型MMC的电路拓扑和工作原理,然后分别从子模块级拓扑和系统级拓扑2个方面,系统回顾了MMC拓扑的国内外最近研究进展,总结了MMC在柔性直流输电、电力传动、高压直流功率变换、电能质量问题治理等工业领域的工程应用现状。在此基础上指出MMC今后亟待研究的关键问题。相关研究结果表明,MMC在电力系统中具有广泛的应用前景,是未来中高压大功率系统的重要发展方向之一。
  • 模块化多电平变流器子模块故障容错控制策略
  • 随着模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电领域的应用日渐增多,其故障下的运行控制问题显得越来越重要。为解决上述问题,比较了现有的几种容错运行方案,以保证并网电流不变为出发点,基于载波移相调制方法的特点提出了一种仅对子模块故障相作子模块对称切除的容错方案,该方法可减少子模块的切除数量,且通过对故障相的载波进行重构可避免中性点的偏移,同时通过对故障相子模块电容电压的调节保证了环流主要成分在故障前后不发生变化,依然以直流分量与二倍频分量为主,使得采用传统比例谐振(proportional resonant,PR)控制方式的环流抑制器在子模块故障前后可具有通用性,在保证并网电流质量的同时近一步减小了子模块故障下容错控制器设计的复杂性,实现简单。最后通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性。
  • 模块化多电平子模块冗余与带故障运行策略
  • 对模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的原理进行了介绍,并分析了子模块故障的原因及危害。针对传统方案结构复杂、计算量大的缺点,将冗余备用与选择性循环映射相结合,提出了一种新型的冗余备用子模块故障处理方案。该方案引入虚拟子模块的概念,将热备用子模块也投入循环映射中,降低了排序算法的计算量,提高了备用子模块的投入速度。针对没有热备用子模块情况下的子模块故障问题,提出了缺电平带故障运行策略和线电压恒定带故障运行策略,这两种方案能够在单个子模块故障发生后继续保障系统的持续稳定运行。在五电平MMC实验平台上,对新型的冗余备用子模块故障处理方案以及两种带故障运行策略进行了实验验证,结果证明了上述方案的有效性与实用性。
  • 模块化多电平换流器电容电压均衡控制方法
  • 模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的平衡控制分为子模块电容电压均衡和上下桥臂间能量平衡2个部分。分析了子模块电容电压不平衡的原因,并将不平衡分为2类,并引入了虚拟子模块和映射的概念。针对第1种不平衡提出了虚拟循环映射的子模块平衡策略;针对第2种不平衡提出了选择性循环映射的子模块平衡策略,并在此基础上进一步引入了换位裕度的概念,降低了开关频率。此外,还设计了桥臂平衡控制器,保持了桥臂间能量的平衡。最后搭建了三相五电平MMC实验平台,实验结果验证了所提方法的有效性。
  • 无冗余模块的故障环流分析及抑制策略研究
  • 故障子模块的切除运行会使模块化多电平变换器系统输出不平衡。分析了故障运行期间,由于相与相之间模块的不对称投入,相间环流将明显增大,不及时处理易造成输出过流、子模块过压等的情况。针对无冗余模块的子模块故障问题,使用调制波重组方式的故障穿越策略后,证明了相桥臂间仍不对称运行。然后,通过理论推导故障期间以及调制波重组后的环流状态,证明奇次谐波明显增加,并设计了基于二阶广义积分器的多谐波提取控制器,通过准比例谐振调节器完成对环流的抑制。最终,通过Matlab仿真以及10 k W样机平台完成控制策略的验证。
  • MMC-HVDC系统直流侧故障暂态特性分析
  • 近年来,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的研究主要集中于系统建模仿真、控制系统设计等方面。对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltagedirect current system,MMC-HVDC)直流线路故障的研究也仅是在简单的故障定性仿真分析上。为了比较精确地定量分析MMC-HVDC系统直流侧故障瞬间电气应力的暂态特性、短路故障状态下的等值电路模型,分析了系统直流侧故障的机理,给出了故障电压、电流的数学表达式。基于RT-LAB软件搭建了双端MMC-HVDC仿真模型,验证了故障暂态特性分析的结果,单极接地故障使得直流非故障极的对地电压与换流站交流侧的相电压增大;双极短路故障会引起换流站的桥臂产生严重的过电流现象;单极断线故障会导致整流站很大的直流电压变化率,引起严重直流过电压。针对上述问题,文章结合分析结果给出了相应的故障保护要求和策略。
  • 应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略
  • 近年来越来越多的海上风电场采用柔性直流输电的方式接入大电网。然而,传统半桥式子模块模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑特点决定了直流系统在发生直流双极短路故障时,不能有效抑制故障电流,而闭锁和交流断路器跳闸会导致海上风电场脱网。为解决这一问题,提出了一种基于半桥加全桥子模块混合式MMC拓扑的协同控制策略。通过换流器的直流电压控制,在直流双极短路故障发生后,故障电流能够得到迅速抑制。为保证系统中有功功率平衡,海上风电场将根据直流电压调整输出功率限幅。该控制策略能够在不闭锁换流器的情况下进行直流故障穿越,并维持换流阀内子模块电压稳定。最后在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证该策略的可行性和有效性。
  • “配用电大数据技术”专题征稿启事
  • 大数据技术是当前国际信息科技前沿热点,已引起世界范围内的广泛关注。目前电力公司在配电系统规划、调度自动化、配电自动化、电能质量监测、电能信息采集、95598客户服务、电能服务管理等配用电专业信息系统中积累了大量数据资源;营配数据贯通及与电力公司外部的社会公共数据集成,丰富了配用电数据资源;配用电数据呈现数据量大、数据类型多、价值密度低、增长速度快的特点,为开展大数据分析奠定了坚实的数据基础。同时,分布式计算、高性能计算、实时数据库等先进信息技术在电力公司也得到初步应用。为挖掘配用电数据价值,拓展其应用的深度,亟需探索解决大数据技术关键技术。
  • 适用于远距离大容量架空线路的LCC-MMC串联混合型直流输电系统
  • 提出了一种适用于远距离大容量架空线路的基于电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multilevel converter,LCC-MMC)的串联混合型直流输电系统。该系统能够灵活控制有功功率和无功功率,且能够依靠LCC和MMC的协同控制应对交直流故障。首先提出了稳态下系统的控制方式;进一步地提出了交流故障下系统的控制策略,以使整流侧交流故障下系统不发生断流和逆变侧交流故障下系统仍能保持一定的功率输送能力;基于闭锁状态下MMC的输出电压特性分析,提出了直流故障下系统的控制策略。通过时域仿真验证了所述交直流故障下控制策略的有效性。
  • 一种MMC-MTDC系统新型协调控制策略
  • 针对模块化多电平变流器多端直流输电系统,提出了一种基于U-I下垂控制的新型协调控制策略。该控制策略将平移下垂曲线和改变下垂曲线斜率相结合,消除静态偏差,避免了直流网络在功率发生较大程度变化时出现过电压。然后,对所提出的新型协调控制策略进行了稳定性分析,采用计算输电系统根轨迹的方法得到了控制器参数的取值范围。最后,在RT-lab实时仿真器中搭建了一个并联型四端直流输电系统,并对所提出的控制策略进行了时域仿真分析,验证了上述控制策略的有效性。
  • 适用于直流电网的组合式高压直流断路器
  • 模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流电网中具有较大的应用潜力。当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有最佳的经济效益,但缺乏直流故障清除能力。目前主要有两种直流故障清除方法:一种是采用具有直流故障清除能力的子模块,但会引入额外的功率损耗,同时,需要通过闭锁MMC来达到清除直流故障的目的;另一种是采用混合式高压直流断路器,它具有快速隔离直流故障的能力,但投资费用较大。为有效解决上述弊端,提出一种组合式高压直流断路器,并对其控制时序进行了研究。组合式直流断路器以混合式直流断路器为设计背景,对其主要设备进行重新配置并加以改进,更加适用于多端柔性直流输电系统及直流电网。在保证同等直流故障处理能力的前提下,相比混合式高压直流断路器,其投资成本大幅度降低。为验证组合式直流断路器的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个三端单极直流网络模型。仿真结果验证了组合式直流断路器在隔离直流线路故障方面的可行性和有效性。
  • 适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案研究
  • 基于柔性直流输电技术的柔性环网控制器可实现电网软分区运行、短路电流抑制、潮流优化、无功支撑等功能,为解决电磁环网问题提供了一种选择。首先对柔性环网控制器的电路拓扑和主接线设计进行了研究;然后针对城市电网对环网控制器安装位置和空间的限制,提出了3种适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案,并通过PSCAD/EMTDC仿真对3种方案的故障性能进行了分析和验证;最后通过综合对比给出了各方案的适用场合,为柔性环网控制器在城市电网的应用提供了参考。
  • “可再生能源发电与综合消纳技术”专题征稿启事
  • 风、光等间歇性可再生能源并网给电力系统运行带来很大的冲击,引起系统电压、频率的大幅波动,恶化了电能质量,降低了电网安全稳定运行的水平,使得传统的电力系统理论方法和技术体系受到挑战。国务院于2014年6月印发《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》,提出到2020年,非化石能源占一次能源消费比重达到15%,其中风电装机达到2亿kW,光伏装机达到1亿kW左右,地热能利用规模达到5000万t标准煤。需"提高可再生能源利用水平。
  • 采用柔性直流输电优化河南电网运行的前瞻性研究
  • 为了保证河南电网在互联电网大发展背景下的安全稳定高效运行,分析了河南电网作为特高压交直流混联典型受端电网在未来运行中面临的主要问题。结合柔性直流输电技术的优势特性和发展趋势,并针对河南电网的实际情况,设计了线路扩容、增加输电断面线路和采用背靠背柔性直流输电技术等4个技术方案。通过仿真计算和对比分析可知,采用背靠背柔性直流输电技术的方案在满足输送能力要求的同时,还能够减小系统短路电流水平,提高系统稳定性,平抑功率振荡。
  • 南京西环网UPFC示范工程系统级控制策略研究
  • 统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)在电网正常运行状态以及发生N-1故障时,其控制目标值的设定原则是工程实际的难点之一。以南京西环网UPFC示范工程为例,提出了一种具有线路功率越限控制功能的UPFC系统级控制策略。所制定的系统级控制策略在电网正常运行状态下,优先保证潮流控制目标;在系统发生N-1故障或因工况改变导致线路过载时,优先保证线路不超过其功率限值。在PSS/E中基于南京西环网的典型数据,对所提出的系统级控制策略进行了验证。仿真结果显示,所提出的UPFC系统级控制策略在系统正常运行以及系统发生N-1故障时,均能达到预期的控制效果,能够保证在示范工程投运后,南京西环网的安全稳定运行。
  • 特高压同步电网安全性论证
  • 根据《电力系统安全稳定导则》,从短路电流、静态安全性、暂态稳定性、动态稳定性等方面,校核了特高压同步电网方案的安全稳定性;根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》要求,校核了可能发生的自然灾害导致的电网严重故障下,特高压同步电网的承受能力及可采取的措施;根据第3道防线的设置原则和要求,分析了由低频减载、低压减载和解列控制构成的第3道防线在特高压同步电网的适应性。结果表明,特高压同步电网安全性满足《电力系统安全稳定导则》的要求,承受严重故障能力强,第3道防线可有效控制事故范围,避免出现大停电;采用基于广域同步量测信息的自适应解列、交直流协调控制等技术可以进一步提高系统的安全性。
  • 能源互联网体系架构及关键技术
  • 构建以融合可再生能源与互联网信息技术为特征的能源互联网,建立从集中利用传统化石能源向清洁能源转变的能源利用体系将是实现能源结构绿色化和用能高效化的根本途径。基于此背景下,首先介绍了国内外能源互联网的研究现状,指出能源互联网是以电能为主体形式、以智能电网为载体的能源互联网络,进而对能源互联网的体系架构进行研究;其次,对电力、交通、天然气等网络的融合现状进行分析,指出研究电网和电气化交通网的协调规划、考虑计及各类不确定性因素的天然气网和电网协调规划、热-电联合系统等方面将是能源互联网的研究重点;最后分析了发展能源互联网中的关键技术,并指出后续关键技术研究中的突破方向。
  • 能源互联网“源–网–荷–储”协调优化运营模式及关键技术
  • 能源互联网是实现我国能源革命目标的关键,而互联网技术将成为推动我国能源产业转型和发展的重要手段。首先阐述了能源互联网的基本概念和主要特征,在此基础上分析了智能电网在能源互联网体系中的定位和作用,提出了能源互联网广义"源–网–荷–储"协调优化运营模式。其次总结了实现能源互联网协调优化的关键技术,分析了国内外能源互联网项目的实践经验,并提出我国发展能源互联网的政策建议。
  • “直流电网基础理论及关键技术”专题征稿启事
  • 为深入探讨直流电网发展现状及未来技术路线,促进先进技术理念、科研创新成果和实施应用技术的推广与交流,2015年7月6日至7日,中国电力科学研究院2015年第二届"二零八"科学会议在北京召开。此次会议主题为"直流电网基础理论、关键技术及应用",涉及直流电网需求分析及应用场景、直流电网形态格局及拓扑结构展望、直流电网关键设备的研究展望、直流电网电气可靠性研究、新能源发电直流汇集输送及协调控制技术、直流配电网关键技术与装备。
  • 风电功率预测的新型互联网运营模式设计
  • 目前我国大型并网风电场广泛开展了风电功率预测业务,但实际运营中反映出预测精度不稳定、预测系统运行/开发人员间交互性差、运维成本高等问题,现行运营模式与实际工程应用需求存在显著的差距。设计了一套风电功率预测新型互联网运营模式,对其理论基础、基本概念、核心功能进行了论述。新型运营模式一方面依托大数据技术建立新风电功率预测系统,提升风电场预测精度;另一方面建立预测服务商、风电场用户多方沟通交流的自服务平台,为专业服务平台提供用户侧反馈,促进功率预测结果的可用性。最后基于在吉林风电场群的实际应用证明了该模式在拓宽预测数据视野、提高预测精度等方面具有积极作用。
  • 基于多能协同策略的能源互联微网研究
  • 能源互联网一般指具有多种能源综合协同的供应框架,是通过能源转化、能源储存、需求侧响应等多种技术实现的能源供应体系,实现了能源信息的深度耦合。通过建设能源互联网,在多种能源协同供应的条件下,可以实现各类能源的高效利用;同时,在能源互联网体制中,能源的商品属性得以还原,结合相关的决策和能源交易政策,将能有效地创造新的经济增长点。选取北京市海淀北部地区作为实际案例,调研了该地区建设情况和历史冷、热负荷及电负荷数据,结合目前能源互联微网中多种典型关键技术,设计了海淀北部地区建设能源互联网的可行多能源协同建设方案,并评估了在能源互联微网模式下的运营收益和社会效益,为今后能源互联网建设的相关工程提供一定的建设经验。
  • “大规模交直流混联电网运行特性、风险及控制技术”专题征稿启事
  • 由能源资源分布特性及实际用电需求驱动,我国西部、北部大型煤电、水电及可再生能源基地向中东部地区输电规模越来越大,以特高压/超高压线路为骨干网架、全国能源资源优化配置的形态格局已逐步形成。然而,更高电压等级电网的快速发展、大规模的区域间功率交换和新能源发电波动也给电网运行带来了很大的挑战,具体表现为:电网侧层级增多,结构复杂,静态、暂态、动态和电压、频率等多种稳定形态并存,增加了电网稳定控制的难度;发电侧新能源的随机性、用电侧负荷的不确定性,加剧了电网运行潮流的多变性,增加了运行调整控制的难度;交直流混联,大量电力电子设备的应用,电磁暂态与机电暂态交织,交流网络与直流系统耦合,增加了受端直流落点密集地区多回直流同时闭锁的风险,等等。
  • 基于能源互联网用户核心理念的高载能-风电协调调度策略
  • 能源互联网概念中以用户为核心的服务理念将对电网的运营理念产生影响。大规模集中式新能源并网给电网运行带来巨大挑战,传统集中式调度管理无法满足新能源发电需求和用户用电需求。而基于发电-用电需求的发电商-电力用户双边交易模式给新能源并网带来了新思路。基于发电商与电力用户互联的思想,对2类高载能负荷的调度模型进行了精细建模,在已有的基于电量的协调模式的基础上,讨论了基于电力的新能源-高载能协调调度模式。算例结果验证了高载能负荷精细模型和协调调度模式的准确性。
  • 面向能源互联网的能量管理系统研究
  • 能源互联网是通过先进电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术实现电力、燃气、智能交通等网络间能量对等交换与共享的网络。在总结回顾能源互联网及其能量管理系统发展的基础上,分析了能源互联网对能量管理系统所提出的新要求,提出了适合能源互联网能量管理系统的分层递阶式控制架构。分析了能源互联网系统能量管理中涉及的先进量测技术、高可靠通信技术、节点可调度能力预测技术、基于模型预测控制的能量优化调度技术和基于云平台的大数据处理技术,最后结合具体应用实例进行了算例分析。
  • 计及规模化空调热平衡惯性的电力负荷日前削峰策略
  • 目前,城市空调负荷的集中使用已成为我国夏季电网负荷峰谷差增大的重要原因。因此,挖掘用电高峰时段大规模空调负荷的调峰潜力,并采用合理的调控方式削减空调负荷高峰用电,对改善我国夏季电网负荷特性和实现电网安全、稳定、经济的运行具有重要意义。提出了规模化公共楼宇中央空调负荷统一参与电网日前削峰的组合调控模型。首次建立了公共楼宇中央空调系统的等效热参数模型,并分别阐述了考虑制冷机运行效率的公共楼宇非蓄冷式和蓄冷式中央空调系统降负荷控制策略。对南京市某综合区内的16栋公共楼宇中央空调系统进行了算例研究。仿真结果表明:在调峰时段内,公共楼宇中央空调系统总负荷能够很好地跟随电网调度指令,同时区域电网负荷得到了有效削减。
  • 面向能源互联网的非补燃压缩空气储能及应用前景初探
  • 能源互联网是面向未来的能源供给基础设施,可实现更加安全、经济的清洁能源的生产、转换、存储和消费,从而极大提升能源综合利用效率,支撑可持续的生态文明社会发展。首先基于对能源互联网和信息互联网的对比分析,提出一类具有信息和能量交互作用能力的能源处理器总体方案,分析论证了能量处理器是能源互联网不可或缺的核心组成单元。进一步提出了基于非补燃压缩空气储能的清洁能源处理器架构,设计了风、光、电、热等清洁能源的存储和相互转换机制,为能源互联网提供了多种清洁能源的协同和综合利用关键技术解决方案。在此基础上,以冷热电三联供和零碳排角度简要介绍了清华大学主持完成的500 kW压缩空气储能实验系统,阐述了该实验系统可作为清洁能源处理器的一个原型示范平台的可行性,最后初步探讨了清洁能源处理器在大规模能源互联网中作为能量中心以及在中小规模能源互联网中作为应用服务器的可行性。
  • 液氢超导磁储能及其在能源互联网中的应用
  • 随着可再生能源的开发利用规模不断扩大,储能技术将在未来能源互联网中占有重要地位。现有单一储能难以满足实际应用要求,因此介绍一种基于电力制氢和超导储能的大容量低成本复合储能技术—液氢超导混合储能技术(liquid hydrogen with superconducting magnetic energy storage,LIQHYSMES)。该技术利用电力制氢并液化储存,大大提升了装置容量,同时具有SMES的响应速度快的特点。此外,由于液氢储能部分和SMES共用制冷设备和冷媒,可以大大减少制冷成本。在分析了LIQHYSMES的工作原理和主要结构的基础上,对其进行经济技术性分析,举例分析了其在智能电网和未来能源互联网中的应用前景,仿真验证了其对不同时间尺度的不平衡功率均有较好的平抑效果,最后阐述了其规模应用亟待解决的关键技术。
  • 基于广域时序数据挖掘策略的暂态电压稳定评估
  • 在能源互联网背景下,大数据分析方法可为电力系统中一些传统难题提供新的解决思路。在基于大数据的暂态电压稳定评估中,针对动态变化趋势和特征难以准确捕获的问题,引入时间序列shapelet方法,从故障后PMU量测得到的动态序列中进行可靠的时序特征提取。通过融入错分代价的决策树算法,调整稳定/失稳样本的权重,使评估模型尽可能降低对失稳案例漏判的概率。Nordic系统算例对整体评估方案的测试表明,分类评估模型在保证高分类性能的同时,还可提供良好的可解释性,为特定系统失稳规律认知和在线监控提供进一步指导。
  • 风光火打捆交直流外送系统的高频切机方案研究
  • 基于宁夏电网风光火打捆交直流外送典型输电模式,针对直流闭锁、省级电网与主网解列连锁故障发生后引起的省级电网高频问题,制定了适应风光波动的风光火联合高频切机方案。首先从机组响应扰动的整步、惯量及调速3个环节入手,分析了风光接入对系统动态频率特性的影响;其次,在风光零发方式下,基于"最小欠切原则",制定了适应不同故障类型的初始高频切机方案;进一步,在风光大发方式下,按"优先切风光"原则对初始高频切机方案进行轮次替代,制定了3种计及风光波动的风光火联合高频切机改进方案,并结合宁夏电网对所提改进方案进行了适应性分析。最后,采用风光出力腰发方式对改进方案进行了仿真验证。
  • 基于有功潮流介数的电网关键线路辨识
  • 关键线路辨识是电力系统运行风险控制的重要环节。为提高辨识准确性,提出了基于有功潮流介数指标进行关键线路辨识的方法。该方法在传统电气介数指标基础上,结合电网实际潮流分布与线路输电容量的影响,物理背景更加符合电力系统实际。同时,提出了系统输电效率指标,利用关键线路连锁故障下的系统输电效率变化进行有效性校验;并分析了分布式电源的接入对电网关键线路辨识的影响。IEEE 39节点系统算例表明:少数有功潮流介数较高的线路在电网的功率传输中起着至关重要的作用,针对这些线路的连续攻击可导致潮流传输水平急剧下降,从而证明了利用有功潮流介数进行电网关键线路辨识的有效性。分布式电源接入(distributed generation,DG)的算例表明:DG的接入改善了局部电能供求关系,与之相关的重要联络线路的关键作用会减弱,关键线路辨识的结果会受到系统运行方式变化的影响。
  • 中压馈线理论线损率标杆值的优化设计方法及应用
  • 当前配电网馈线的理论线损率标杆值主要靠历史完成值或管理经验等因素设置,缺乏理论依据,科学性不强,为此提出一种基于模糊聚类?基态修正的中压配电网馈线理论线损率标杆值的优化设计方法。首先,从线损贡献率和数据获取性2个角度出发,设计一套中压配电网馈线的线损率三维指标体系;然后,利用模糊聚类原理对馈线进行有效性模糊聚类,确定各类的基态馈线,并采用等值电阻法和统计计算法,分类对非基态馈线的理论线损率进行修正计算;最后,建立求解理论线损率标杆值的优化模型,模型以各类馈线降损空间最大为目标,以馈线运维管理水平、设备构架条件和概率分布为约束。以广东省某市供电企业的中压配电网馈线为实例验证方法的有效性和适用性。
  • 基于自抗扰控制的牵引网网压低频振荡抑制方法
  • 针对高速铁路出现牵引网网压低频振荡导致多个动车所的多台动车组牵引封锁现象,首先建立动车组线侧脉冲整流器状态空间模型;其次对动车组整流器设计了一阶非线性自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)来替换传统的基于线性比例-积分(proportional integral,PI)控制器的瞬态电流控制策略(transient current control strategy,TCCS);随后从设置过渡过程,计算扩张状态观测器等方面展开,将外界扰动和系统内部扰动归算为总扰动,并给出相应的动态非线性补偿;最后,在Matlab/Simulink平台上搭建基于传统PI控制器和基于ADRC控制器的TCCS的双重化整流器模型,对比分析后得出ADRC控制具有更强的鲁棒性结论。为进一步验证ADRC控制效果,还将该仿真模型接入牵引网系统链式仿真模型中,发现该控制策略在具有较强鲁棒性和对参数不敏感性的同时,对牵引网网压低频振荡过电压有着较好的抑制效果。
  • PSS选型对孤岛电网频率稳定性影响机理
  • 川藏交流联网工程中,架设于恶劣地质条件和气候环境中的长距离链式交流互联通道,故障开断风险较大。由于受电功率大且转动惯量水平小,互联通道开断形成的不平衡功率冲击,将对西藏昌都孤网频率稳定性构成严重威胁。分析了金河水电厂电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)选型,对孤岛电网频率稳定的影响;揭示原SG型PSS不利于频率稳定的机制;以及SI型PSS跟踪转速偏差、动态柔性调控励磁电压,使可快速调节的发电机电磁功率跟随慢速变化的机械功率,进而改善孤岛电网频率稳定的机理。在此基础上,提出提升孤岛电网频率稳定对安控切负荷容量适应性的优化措施。研究结论为联网工程实施后,昌都孤岛电网安全稳定提供了保障。
  • 智能电网下需求响应机理分析与建模综述
  • 智能电网的发展为充分发挥需求响应资源的作用提供了技术支撑。需求响应是电力用户根据市场的价格信号或激励机制主动调整用电方式,以保证系统运行的安全性和可靠性,还可节能降耗、提高终端用电效率。文章针对智能电网下需求响应的机理分析与建模进行深入的分析和总结。概述了需求响应的定义和分类;参照发电机的运行特性,从技术性、经济性和可靠性3方面分析需求响应机理;从时空多尺度梳理需求响应的建模方法,并给出了典型需求响应资源的模型;总结了需求响应的影响因素,最后结合我国国情指出在需求响应建模方面进一步研究的方向。
  • 配电网中分布式风电可调鲁棒优化规划
  • 随着分布式风力发电接入配电网的比例不断提高,考虑风电出力随机性的分布式风电规划成为了配电网规划中的重要研究内容。提出了一个计及风速不确定性的鲁棒优化规划方法,为了简化配电网中鲁棒优化的计算,首先对配电网的潮流计算进行了线性化处理,然后又利用线性优化强对偶理论将鲁棒优化模型转变成了一个混合整型线性规划(mixed integer linear program,MILP)问题。接着又引入了可调鲁棒优化规划模型,通过不确定度弥补鲁棒优化偏于保守的不足。最后通过商业软件CPLEX对上述问题进行求解计算,算例分析表明,使用所提的鲁棒优化模型可以快速有效的计算出规划结果,可调鲁棒优化模型可以提高系统的性能鲁棒性。
  • 计及风-储联合系统概率模型的配电网随机潮流
  • 在主动配电网的背景下,分布式风电在配电网中渗透率逐步提高,通过在并网点配置储能系统可平滑风电出力波动,并使其主动参与配电网调度。目前广泛使用的含风电配电网随机潮流模型中未能考虑风电并网点配置储能系统后其功率注入概率模型的形态变化。针对此不足,从储能系统的运行特性以及风-储协同输出机理出发,设计了计及储能系统的风电并网点功率注入概率模型修正方法,在已知储能参数的情况下根据文中方法可以在风电出力模型基础上进行修正,进而获得风-储联合系统概率模型,并应用于配电网随机潮流。算例表明所提方法获得的风-储联合系统概率模型合理准确,能够在随机潮流模型中描述风-储并网点出力行为的转变,通过在配电网中的风电并网点配置储能系统可削弱风电的不确定性,有效提升电压质量且抑制全网电压波动。
  • 配电网供电区域划分方法与实践应用
  • 我国各地经济社会发展和电网特点差异明显,若按统一的标准建设配电网,会造成设备资产利用率不高甚至严重浪费的情况,在技术、经济上不合理,因此,迫切需要对配电网供电区域进行划分。通过分析影响配电网供电区域划分的主要因素,从政治、经济、负荷3个方面建立了配电网供电区域划分的指标体系,提出了配电网供电区域划分方法与流程;应用聚类分析法对我国342个地市样本数据进行聚类分析,得出了实用的供电区域划分标准;并将该标准和综合评价法应用于北京实际案例,得出了较为一致的结论,验证了2种方法的有效性,克服了现有方法只靠专家经验定性分类的缺点,可适用于不同类型、不同大小供电区域的划分,能够为差异化的配电网规划设计技术导则及相关技术标准的制定奠定基础。
  • 网格化中低压智能配电网评价指标体系与方法
  • 为实现配电网的精细化管理与评价,提出了网格化中低压智能配电网评价指标体系及综合评价方法。首先定义了中低压智能配电网网格以及台区单元的划分原则,并在此基础上从电力用户和电网企业2个利益相关者的角度进行分析,结合各自的需求及其关注的指标类型,构建了对配电台区单元和10 k V主干网格的配电网精细化评价指标体系。同时,提出了可实现多目标决策的基于最小二乘法和灰色关联度法的综合评价方法,该方法应用最小二乘模型优化了由环比评分法确定的主观权重和由熵权法确定的客观权重,兼顾了评价指标的主客观信息。将该评价指标体系及评价方法运用于区域配电网算例,得出被评价区域配电网各网格的优劣排序及各网格内的薄弱环节。结果表明,该指标体系及评价方法可以为智能配电网的建设和改善运行提供依据,从而服务于智能配电网的精细化管理。
  • 平衡监管区区域控制偏差限制标准剖析
  • 探索BAAL(balancing authority ACE limits)标准的内涵,明确其在评价和规范区域控制行为上的本质,理解其在频率控制方面的作用,可为构建我国新一代评价标准提供参考。为此,通过对BAAL标准考核指标和越限等级的深入剖析,揭示了其本质是保证频差连续越限的时间不超过30 min;理清了BAAL与CPS1标准之间的关系,即CPS1可约束系统频差幅值的大小分布特性,而BAAL可对频差幅值在时间尺度上的连续分布做出限制;通过对BAAL标准设计原理的分析,明确了其评价过程及具有的5个特点。分析表明:BAAL标准主要关注于电网的运行可靠性;从频率约束角度看,BAAL与CPS1标准相互配合,可对频差大小及其在时间轴上的分布做出约束;但BAAL只限于数十分钟及以上时间尺度的频差幅值约束,对秒至分钟级的短时频差约束还未涉及。
  • 基于环路组搜索方式及分环替代策略相结合的配电网重构
  • 配电网重构是多约束、非线性、组合优化的NP难题。为提高配电网重构效率,以有功网损最低为目标函数,基于最小生成树确定基本环路组,提出基于环路组搜索方式及分环替代更新策略相结合的编码策略,并优化二进制粒子群算法,求解配电网重构问题。最后,通过IEEE-33算例,与不同算法进行横纵向对比,结果表明所提算法在降低搜寻空间、提高寻优成功率和增加寻优效率上都有明显优越性,该算法的搜索方式和更新策略为配电网重构提供一种新的思路。
  • 二进制纵横交叉算法在配电网重构中的应用
  • 针对配电网重构问题,提出了一种以有功损耗最小为优化目标的、全新的二进制纵横交叉算法(binary crisscross optimization,BCSO)。该算法在纵横交叉算法(crisscross optimization,CSO)的基础上进行了二进制化研究,解决了二进制优化的难题;同时继承了纵横交叉算法的双交叉机制,其中横向交叉机制增强了全局搜索能力,提高了全局收敛速度,纵向交叉机制保持了种群的多样性,避免陷入局部最优;通过横、纵交叉机制的配合能够快速寻找到全局最优解。最后,在IEEE 33节点和美国PG&E69节点系统上对二进制纵横交叉算法进行仿真试验,试验结果分析表明:BCSO对解决配电网重构具有可行性,同时具有收敛速度快、全局寻优能力强以及良好稳定性的优点。
  • 配电网固定串联补偿综合节能评估
  • 为了实现固定串联补偿的配电网节能最大化,并满足电压质量和极限传输功率的限值,提出了一种配电网固定串联补偿综合节能评估方法。首先,建立了固定串联补偿线路有功功率和无功功率模型,并依据节能量测量与验证规则推导出了固定串联补偿配电网节约电力电量模型;其次,给出了固定串联补偿线路末端电压模型和极限输送功率模型;最后,以35kV子石线为案列,进行了节能评估。结果表明:优化后的串联补偿度为2.3,最大年节能量达到77.30万kW×h,且电压质量和极限输送功率满足限值要求。
  • 高压直流纵差保护动作特性分析及改进
  • 直流线路保护中,行波保护和微分欠压保护难以检测到高阻接地故障,作为后备保护的纵差保护也因为特殊闭锁逻辑的存在使保护动作延时加长,导致极控保护动作,将故障极闭锁。结合事故实例,基于实际的控制保护模型与参数的PSCAD/EMTDC仿真平台,采用实际故障录波分析和仿真分析相结合的手段,系统的分析了直流线路纵差保护拒动原因,并从逻辑上引入交流电压UAC辅助判据,从原理上解决了保护拒动的问题。实际高压直流输电工程的仿真分析验证了该辅助判据的有效性。
  • 基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案
  • 针对传统距离保护方案抗过渡电阻能力差的问题,提出了一种基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案。首先,利用保护安装处负序电流与故障点电流间的相位关系,计算过渡电阻引起的故障附加阻抗角;再根据测量阻抗、故障附加阻抗和有效故障阻抗在阻抗复数平面上的几何分布关系,求解故障点到保护安装处的有效故障阻抗;在此基础上,构造了自适应四边形阻抗继电器动作方程。基于实时数字仿真(real time digital simulator,RTDS)平台的仿真结果表明,所提方案适用于阶段式距离保护,且不受故障类型的影响;与传统距离保护方案相比,具备更强的抗过渡电阻能力,可有效解决过渡电阻引起的距离保护超越或拒动问题。
  • 基于变分模态分解和概率密度估计的变压器绕组变形在线检测方法
  • 短路电抗是判断变压器绕组是否变形的重要依据。其在实际测量中受现场噪声干扰而呈现一定的随机性,从而影响对绕组状态的判断,为此,提出一种基于变分模态分解和概率密度估计的绕组在线检测方法。首先,将变分模态分解应用于电气信号消噪处理,得到基波模态分量;然后,利用该基波模态分量在线计算短路电抗值;最后,对检测周期内求得的短路电抗样本,通过参数估计得到短路电抗参数正态分布的概率密度函数,根据其正态分布均值的估计值计算短路电抗偏差系数,评估绕组的当前状态。仿真验证该方法能稳定地得到短路电抗估计值,避免噪声和设备测量误差对检测的干扰,从而可靠检测绕组变形。
  • 考虑支路重要度的继电保护在线校核顺序研究
  • 为提高继电保护整定值在线校核的效率,提出按照支路重要度顺序对保护装置整定值进行有序校验。首先提出支路功率分布介数及支路结构重要度指标,以量化评价输电支路在全网功率传输中的作用和贡献;然后提出潮流转移度简化计算方法和概率重要度指标,以评价运行方式发生变化后的支路重要度;根据结构和概率重要度提出了支路综合重要度的概念,依据综合重要度排序确定保护装置的校核顺序。通过对IEEE-39节点系统的分析验证了所提方法的可行性及正确性。该方法避免了传统随机校核的盲目性和耗时性,对提高电力系统的安全稳定运行有重要意义。
  • 基于综合灵敏度分析限流的最优断线措施
  • 通过对500kV电网短路电流超标问题进行研究,考虑抑流效果与主网完整性、系统电压安全稳定性之间的关系,提出一种基于综合灵敏度分析限制短路电流的多目标决策线路开断优化方法。首先通过分析受端电网开断线路对超标站点自阻抗、三相短路电流及节点电压的灵敏度,建立了综合灵敏度多目标优化模型。再对灵敏度进行归一化处理,借助组合权重因子及帕雷托(Pareto)最优前沿集的定义,求得综合灵敏度值,对其降序排列得到以综合效果最佳为目标的断线措施优先级,进行短路电流校验,从而可快速地寻找到最优断线措施方案。通过对广东电网某500kV层简化网络仿真验证,结果表明了所提方法的有效性,该方法能够快速获取限流的最优断线决策方案。
  • 基于流固耦合方法的强风区复合绝缘子结构研究
  • 为了研究防止复合绝缘子伞裙在强风内产生疲劳断裂的应对策略和技术措施,基于流固耦合方法,研究了等径对称伞型、非对称伞型和大小大伞型周围的流场分布、风压分布以及伞裙形变。研究结果表明:流固耦合仿真计算结果与现场事故现象及风洞试验结果的契合度很高;大小大伞型的抗风性能较差,等径对称伞型的抗风性能最佳;复合绝缘子的伞伸出、伞倾角及伞边沿厚度与抗风性能之间存在最强的联系,三者的推荐阈值分别为85 mm、3.5°和4 mm,其最不利迎风角在50°到60°之间。根据推荐阈值设计了2种型号的抗风型复合绝缘子,均通过了风洞试验检验。
  • 换流变压器编组和受端电网结构对其直流偏磁的影响研究
  • 溪洛渡—浙西±800kV直流输电试运行期间,金华换流站的换流变压器发现了严重的直流偏磁问题。针对溪洛渡—浙西UHVDC的受端电网结构和金华换流站4组换流变,建立了考虑换流变编组和受端电网结构等影响因素的直流偏磁电流计算模型,运用比较分析法和节点电压法计算了换流变的直流偏磁电流,研究了换流变编组和受端电网结构对换流变直流偏磁的影响。研究的结果表明:当1/2单极大地满负荷运行时换流变的直流偏磁最严重,换流站500kV母线馈线长度、回路数及所连变电站距接地极的距离是影响换流变直流偏磁严重程度的主要因素,建议在UHVDC的受端电网构成和结构的规划与设计中考虑减小流入换流变直流电流的措施。
  • 复合绝缘子粉化伞裙的微观结构与憎水性的关联研究
  • 为研究粉化硅橡胶伞裙的憎水性与其微观结构的关系,针对现场取回的3支粉化的110kV复合绝缘子,通过红外光谱、扫描电镜、能谱分析等方法开展研究。首先,利用静态接触角和喷水分级法测试样本的憎水性,粉化层表面的憎水性相比新样本略有下降,去掉表面的粉化层后,其憎水性明显下降。然后,通过红外光谱测试发现样本的主链和侧链基团(Si-O和Si-CH3)发生了断裂,侧链甲基含量减少;扫描电镜发现去粉化层后硅橡胶表面存在大量微孔和裂纹,因而导致去粉化层后的硅橡胶伞裙表面憎水性明显降低。最后,通过能谱分析发现,粉化层中的硅含量明显高于去粉化层后硅橡胶表面和材料内部值,同时粉化层表面的粗糙度增加,说明粗糙度和硅氧烷小分子的迁移同时导致粉化层表面的憎水性优于去掉粉化层后的表面。研究结果表明,粉化与硅橡胶伞裙的憎水性关联密切,但仍需深入研究粉化复合绝缘子的运行可靠性和使用寿命。
  • 输变电工程研究所
  • 输变电工程研究所是中国电力行业内从事输变电工程机械力学领域科研、技术服务和试验检测的专业研究机构。是全国架空线路标准化技术委员会、中国电机工程学会输电专业委员会、中国钢结构协会塔桅钢结构分会的挂靠单位。
  • 特约主编寄语
  • 本专栏所集中讨论的柔性输电技术包括柔性交流输电技术(FACTS)和柔性直流输电技术(VSC-HVDC)两个方面。
  • [基于MMC的柔性输电技术]
    模块化多电平换流器的拓扑和工业应用综述(杨晓峰;郑琼林;薛尧;林智钦;陈博伟)
    模块化多电平变流器子模块故障容错控制策略(武文;吴学智;荆龙;李金科)
    模块化多电平子模块冗余与带故障运行策略(杜晓舟;梅军;田杰;李然;马天;郑建勇)
    模块化多电平换流器电容电压均衡控制方法(杜晓舟;梅军;邓凯;缪惠宇;张喆;王之赫)
    无冗余模块的故障环流分析及抑制策略研究(李金科;金新民;吴学智;武文;荆龙;尹靖元)
    MMC-HVDC系统直流侧故障暂态特性分析(杨海倩;王玮;荆龙;吴学智)
    应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略(李道洋;姚为正;吴金龙;王先为;张军;行登江)
    “配用电大数据技术”专题征稿启事
    适用于远距离大容量架空线路的LCC-MMC串联混合型直流输电系统(徐政;王世佳;李宁璨;肖晃庆;江伟)
    一种MMC-MTDC系统新型协调控制策略(刘盼盼;荆龙;吴学智;李金科)
    适用于直流电网的组合式高压直流断路器(刘高任;许烽;徐政;张哲任)
    适用于城市电网的柔性环网控制器拓扑方案研究(高凯;阳岳希;张艳军;李强;韩子娇)
    “可再生能源发电与综合消纳技术”专题征稿启事
    采用柔性直流输电优化河南电网运行的前瞻性研究(安军;柴旭峥;王骅)
    南京西环网UPFC示范工程系统级控制策略研究(祁万春;杨林;宋鹏程;徐政)
    [特约专稿]
    特高压同步电网安全性论证(汤涌;郭强;周勤勇;覃琴;秦晓辉)
    [能源互联网]
    能源互联网体系架构及关键技术(严太山;程浩忠;曾平良;马则良;张立波;田书欣)
    能源互联网“源–网–荷–储”协调优化运营模式及关键技术(曾鸣;杨雍琦;刘敦楠;曾博;欧阳邵杰;林海英;韩旭)
    “直流电网基础理论及关键技术”专题征稿启事
    风电功率预测的新型互联网运营模式设计(鲁宗相;徐曼;乔颖;刘梅;张华铭;孙福林)
    基于多能协同策略的能源互联微网研究(程林;刘琛;朱守真;田浩;沈欣炜)
    “大规模交直流混联电网运行特性、风险及控制技术”专题征稿启事
    基于能源互联网用户核心理念的高载能-风电协调调度策略(晋宏杨;孙宏斌;郭庆来;王彬;陈润泽;王维洲)
    面向能源互联网的能量管理系统研究(张涛;张福兴;张彦)
    计及规模化空调热平衡惯性的电力负荷日前削峰策略(徐青山;杨辰星;颜庆国)
    面向能源互联网的非补燃压缩空气储能及应用前景初探(薛小代;梅生伟;林其友;陈来军;陈颖)
    液氢超导磁储能及其在能源互联网中的应用(沈郁;姚伟;方家琨;文劲宇)
    基于广域时序数据挖掘策略的暂态电压稳定评估(朱利鹏;陆超;黄河;苏寅生;汪际锋)
    [电力系统]
    风光火打捆交直流外送系统的高频切机方案研究(陈赟;陈得治;马世英;王毅;宋云亭;高峰;吕思昕)
    基于有功潮流介数的电网关键线路辨识(张涛;孙晓伟;徐雪琴;李振兴)
    中压馈线理论线损率标杆值的优化设计方法及应用(安晓华;欧阳森;冯天瑞;吴裕生)
    基于自抗扰控制的牵引网网压低频振荡抑制方法(姚书龙;刘志刚;张桂南;向川)
    PSS选型对孤岛电网频率稳定性影响机理(郑超;陈湘)
    智能电网下需求响应机理分析与建模综述(杨旭英;周明;李庚银)
    配电网中分布式风电可调鲁棒优化规划(温俊强;曾博;张建华)
    计及风-储联合系统概率模型的配电网随机潮流(杨家豪;欧阳森;吴裕生;刘泽槐;龙海超)
    配电网供电区域划分方法与实践应用(周莉梅;屈高强;刘伟;刘苑红;崔艳妍;董晓晶)
    网格化中低压智能配电网评价指标体系与方法(卫泽晨;赵凤展;王佳慧;孟晓丽;陈登明;叶志军;盛晔)
    平衡监管区区域控制偏差限制标准剖析(常烨骙;刘娆;巴宇;李卫东;滕贤亮)
    基于环路组搜索方式及分环替代策略相结合的配电网重构(薛毓强;吴小雁;魏文新)
    二进制纵横交叉算法在配电网重构中的应用(殷豪;周玉龙;孟安波)
    配电网固定串联补偿综合节能评估(张良华;艾绍贵;高峰;周孝信;黄永宁;樊益平)
    [自动化]
    高压直流纵差保护动作特性分析及改进(李晓华;戴扬宇;丁晓兵;杨通贇;蔡泽祥)
    基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案(马静;马伟;闫新;刘畅;王增平)
    基于变分模态分解和概率密度估计的变压器绕组变形在线检测方法(张宁;朱永利;高艳丰;赵磊;陈旭;郭小红)
    考虑支路重要度的继电保护在线校核顺序研究(贾燕冰;何海丹;刘睿琼)
    基于综合灵敏度分析限流的最优断线措施(黄根;罗滇生;李帅虎;李芳;李盛兴)
    基于流固耦合方法的强风区复合绝缘子结构研究(王言;贾志东;朱正一;雷云泽;邓禹;邓桃;周军)
    换流变压器编组和受端电网结构对其直流偏磁的影响研究(刘连光;闫旭东;马成廉;魏恺;张燕秉)
    复合绝缘子粉化伞裙的微观结构与憎水性的关联研究(邓桃;杨滴;陶文彪;周凯;张学军;谷琛)
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