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电力系统自动化 2019年第15期杂志 文档列表

电力系统自动化杂志高比例可再生能源电力系统专辑(六)

特约主编寄语1-1

摘要：大力发展可再生能源,推动能源结构向低碳清洁转型,已经成为中国乃至全球共识。以风电、光伏为主的可再生能源将大量接入电力系统,使得未来电力系统的形态产生巨大转变,呈现出高比例可再生能源电力并网新形态。电力系统的高效经济、安全稳定运行亟须适应高比例可再生能源并网这一新特征。本专辑是《电力系统自动化》编辑部结合业界研究动态策划推出的"高比例可再生能源电力系统"系列专辑的第六辑,侧重关注高比例可再生能源电力系统的规划、调度、控制与稳定分析。我们非常荣幸地受邀担任本专辑的特约主编。

计及新能源出力不确定性的电气综合能源系统协同优化2-9

摘要：随着波动性强的新能源大规模接入配电网,主网下网功率波动增强,危及主网运行安全。为了有效降低新能源消纳对配电网的不利影响,建立了考虑新能源出力不确定性的电气综合能源系统协同优化模型。其中,动态场景方法被用来刻画新能源出力的不确定性,优化目标为最小化全系统运行成本和主网下网功率波动量。模型中考虑了温控负荷调节能力及配电网交流潮流和天然气网潮流等约束。利用分段线性化和二阶锥松弛方法,将模型转化为混合整数二阶锥规划问题。最后,在IEEE 33节点配电网和23节点气网构成的电气综合能源系统进行夏季和冬季算例仿真,验证了利用惯性更大的气网平抑主网下网功率波动的有效性。同时,仿真结果表明利用温控负荷调节能力可降低系统成本,且确保系统运行的安全。

基于相依关系的新能源功率预测场景生成及调度应用10-17

摘要：新能源日前功率预测对指导电网计划编制具有重要意义,但目前预测水平制约了预测结果的充分应用,为此文中提出新能源功率预测的场景生成方法和预测结果纳入调度计划编制的思路。首先,通过对比分析新能源发电功率和预测功率的边缘分布,建立了揭示二者相依结构的Copula模型,并提出了基于相依关系的多预测场景建模方法。随后,通过分析预测偏差对供电平衡的影响,利用多场景下不同时段预测偏差的规律,提出了将预测可信度纳入省级电网调度计划编制的方法。相关成果已经在国家电网公司西北电力调控分中心得到实际应用,在新能源纳入备用的基础上,采取优化常规电源运行方式、合理组织交易互济等措施,2017年增发新能源电量为4.7 TW·h,降低了3%的受阻率,为新能源纳入电网调度计划编制提供了依据。

考虑可再生能源随机性和需求响应的电力系统日前经济调度18-25

摘要：当前中国电力系统中可再生能源的占比不断提高,区别于传统能源,可再生能源需要在经济调度中考虑其出力的随机性。文中通过最小化社会成本,建立了含常规机组、可再生能源发电站并考虑负荷聚合商需求响应的电力系统日前经济调度模型。采用截断通用分布模型准确描述可再生能源随机性,并利用其闭合解析的累积分布函数提高算法求解效率。通过交替方向乘子法进行求解,在保证负荷聚合商隐私的前提下通过分布式求解得到日前经济调度结果。算例计算结果表明,所提出的日前经济调度方法能有效考虑可再生能源的出力随机性,并在鼓励可再生能源发电商在改进预测技术的同时降低社会成本;所提出的基于交替方向乘子法的求解算法具备良好的收敛性,可保证较高的求解效率。

基于风电消纳能力态势划分的源荷储系统分阶段优化策略26-33

摘要：仿照电力系统在不同运行条件下有着不同的运行状态,提出解决风电消纳的三态划分法。根据弃风量的多少及其变化趋势,将包含储热、电储能和柔性负荷的热电联产系统划分为正常状态、警戒状态和紧急状态。已知系统运行状态,建立不同状态下的源荷储分阶段优化调度模型,并采用粒子群优化算法对模型进行求解。算例分析表明,正常状态下由于柔性负荷和储热装置的参与,减小了系统的调峰压力,降低了运行成本;警戒状态下电储能设备与风电场建立了一种能量互补关系,实现了平抑风电功率波动的目标,有利于系统的安全稳定运行;紧急状态下储热系统将弃风电能转化为热能,在满足用户热需求的同时,将多余热量储存起来,实现能量的高效利用。

计及需求响应与火电深度调峰的含风电系统优化调度34-41

摘要：随着风电等新能源接入比例的不断上升,对电力系统运行灵活性提出了更高的要求。基于此背景,从源荷灵活性提升入手,在需求侧通过分时电价及可中断负荷手段引导用户主动优化负荷曲线,以缓解风电的反调峰给系统带来的调峰压力;基于目前的火电机组深度调峰技术,提出了考虑机组低荷疲劳寿命损失及投油成本的深度调峰出力模型;建立了计及需求响应与火电机组深度调峰的含风电系统优化调度模型。以改进的IEEE 118节点系统为例,进行了多种场景的仿真计算分析,结果表明需求侧资源与火电机组深度调峰手段能够有效提升系统的新能源消纳能力,验证了该模型的有效性。

基于合作博弈的风电爬坡控制策略42-48

摘要：爬坡事件是风电功率在短时间内发生大幅变化的事件,严重威胁着电力系统的安全稳定经济运行,研究有效的爬坡控制策略迫在眉睫。基于场群互补性评价指标,以场群偏差最小和各风电场可以获得更大的收益为目标,提出考虑辅助服务补偿费用的合作博弈风电爬坡控制策略。分别以风电场出力和出力调整量、风电场实际出力和计划值的偏差构建支付函数,促使风电场采取合作博弈方式,更好地完成场群计划,减少所需缴纳的辅助服务补偿费用,提高自身利益和整体利益。仿真结果表明,所提合作博弈爬坡控制策略可以在发生爬坡事件时提高各风电场和整体的利益,提高场群计划的完成度。

基于STATCOM的风电场SSCI附加阻尼抑制策略49-55

摘要：针对双馈型风力发电机经含固定串补的线路接入系统后发生的次同步控制互作用(SSCI)现象,文中提出一种基于静止同步补偿器(STATCOM)的附加阻尼控制器(SDC),推导了计及SDC时STATCOM的导纳模型,分析了其等效导纳的特点。结果表明,SDC增大了STATCOM在谐振频率处的等效导纳,使得STATCOM能够吸收系统中的振荡能量,增加了系统的阻尼。研究了SDC参数对阻尼特性的影响,包括移相角和比例增益,同时,给出了SDC反馈信号和STATCOM安装位置优化、选择的方案。理论分析和PSCAD/EMTDC仿真验证表明,基于STATCOM的SDC可以有效地抑制次同步控制相互作用,提高系统的稳定裕量。

弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析56-63

摘要：可再生能源经变流器接入弱电网时,变流器向电网输出无功功率有利于提高并网点的电压质量,但是无功控制的动态特性对变流器系统的稳定性有重要的影响。为分析此影响,文中建立了采用定无功功率控制策略下变流器的阻抗模型,通过分析无功控制外环动态改变所引起的各元素阻抗特性变化,判断无功控制外环动态对系统稳定性的影响,并采用广义奈奎斯特判据验证上述分析结论。其次,采用特征根轨迹法,分析了无功控制外环比例参数及电网强度的变化对系统稳定性的影响,结果表明弱电网下无功控制外环可能引发中高频振荡问题。最后,基于RT-LAB进行在环仿真验证理论分析结果。

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制64-70

摘要：针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。

非同步机电源接入电网后的谐振问题分析及抑制71-79

摘要：随着非同步机电源在电网中的占比越来越大,有别于传统功角振荡的电网谐振不稳定问题逐渐显现。为此,文中提出了一种基于s域节点导纳矩阵的网络谐振分析方法,用以分析及抑制含非同步机电源电力系统的谐振问题。首先,介绍了两种非同步机电源的s域阻抗建模方法--小干扰线性化法和测试信号法,重点考虑了内环控制器和锁相环的影响。然后,给出了一套基于s域节点导纳矩阵的网络谐振结构分析方法,并提出了两个描述谐振模式的特征指标,用以确定其主要影响区域和敏感元件参数。最后,以某风电场并网系统为例,对该系统的谐振结构进行了分析,并针对其存在的谐振问题提出了相应的改善措施。分析表明,由于电力电子装置的负电阻效应,含非同步机电源的电力系统确实存在谐振不稳定的风险,需要加以抑制。

新能源同步机并网系统的阻尼特性80-86

摘要：针对高比例新能源电网存在的低惯性和弱阻尼问题,提出新能源通过驱动同步电动机-同步发电机(MGP)后并网的新方式;阐述了MGP系统小干扰稳定的建模方法,通过小干扰模型研究了MGP的阻尼特性,推导了质量块相同的MGP和单个发电机阻尼比的定量关系;在5 kW实验系统中设计了质量块相同的MGP和单个发电机两种工作模式,对比了相同负载扰动下MGP和单个发电机的频率响应曲线,通过拟合小扰动后的频率响应曲线,分别确定了相同质量块的MGP和单个发电机的阻尼比,对比二者的关系验证了理论推导的结果,证明了相同质量块的MGP相比单个发电机能提供更大的阻尼,为提高高比例新能源电网的稳定性提供了新的解决方案。

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法87-92

摘要：近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。

多电源梯级调频方案及风电场级调频时序优化策略93-100

摘要：目前,大规模风电接入电力系统面临的主要问题之一是系统的频率稳定性。文中提出一种风电场级一次调频时序优化的工程实用策略,并对风光水火参与系统调频的次序提出了梯级调频方案。首先以云南电网为例,讨论了风光水火不同电源接入电网时的梯级调频方案,在电网发生频率扰动情况下对不同电源参与调频的顺序进行了研究,并提出了风电和光伏机组参与调频的需求。然后分析了调频时间尺度内风电场的功率变化及风电机组层面调频时的有功控制策略。在此基础上,在风电场层面给出了场内风电机组一次调频的投入与退出策略,通过读取风电场内各台风电机组的实时状态与计算系统的调频需求,得出风电场在调频期间需要投入的最小的风电机组台数,在风电场结束一次调频时通过时序依次退出风电机组的一次调频,降低风电场退出一次调频可能会造成的频率二次跌落。最后通过仿真验证了所提出的策略。

高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整策略101-108

摘要：考虑负荷波动、风电有功输出的随机性,针对电力系统对大规模风电并网时电能质量、经济性、负荷支撑和快速响应等多方面的需求,提出了一种高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整的多时间尺度协调优化策略。根据变速风电机组运行特性,制定不同风速工况下风电机组的减载控制,并在不同时间尺度对机组间的调频出力进行协调,使惯性与一次调频相结合,实现频率调整优化。结果表明该策略下变速风电机组不仅能够有效地为系统提供惯性支撑,并且具备灵活、可控的静态频率响应特性。

大规模双馈风电机组参与调频的电网自适应低频减载策略109-115

摘要：大规模风电参与惯性控制和一次调频会对电网频率特性产生显著影响,而现有的低频减载方法尚未考虑该影响,可能引起频率轨迹失真和负荷切除不合理问题。鉴于此,以双馈型风电机组为例,研究将风电虚拟惯性响应时变特性参数和一次调频响应系统模型融入低频减载过程的方法,提出了改进低频减载策略和负荷切除决策模型。首先,通过求解含风电虚拟惯性响应的电网等效惯量(具有时变特性)、检测频率变化率,计算低频减载首轮起动时刻的实时功率缺额。然后,定量表征风电一次调频及负荷调节效应先抵消部分的实时功率缺额,剩余功率缺额则由自适应低频减载策略分批切除。最后,理论研究及算例分析结果表明,所提低频减载改进策略和模型能更客观地反映电网频率特性,负荷切除量明显更小,体现了大规模风电参与调频对低频减载的有益影响。

电力系统自动化杂志学术研究

工业园区参与调峰的电池储能-需求响应联合规划116-123

摘要：工业园区理论上具备很大的调峰潜力,但由于峰谷分布不规律、多方利益交互、规划与运行高度耦合等因素导致难以实现有效规划。文中旨在探索工业园区主动参与调峰的经济性与可行性,提出运用电池储能和需求响应作为两类主要调峰手段,构建了兼顾考虑设备配置与运行调度优化的双层规划优化模型。在经济性方面,对工业园区参与调峰过程中的各种成本效益进行量化建模,并分析了与电网公司、政府之间的利益交互。在不确定性处理方面,联合运用蒙特卡洛模拟法与K-means聚类法生成多个调峰场景以提高规划结果准确性。选取广东省某工业园区作为算例,验证了所提方法的可行性与有效性。

电力市场中配电网的空调群调控策略124-131

摘要：为了减少电力市场下售电公司的实际执行与交易结果的考核偏差,提出一种基于变频空调负荷模型的直接控制策略来跟踪馈线负荷计划值。该策略利用离散傅里叶变换和比例-积分(PI)控制求出变频空调群的调度需求量,通过改变变频空调温度设定值来实现调度需求。仿真结果表明,该策略以较低的动作次数和温度变化度便能实现馈线首端实际负荷对计划负荷曲线的跟踪,降低售电公司的考核电量,不仅改善了配电网功率平衡问题,同时也提高了售电公司的收益。