2018年 第35卷 第6期
2018, 35(6): 1-8.
摘要:
由于分布式新电源的间歇性和波动性,地区电网的功率波动和电压波动问题凸显。为解决这一问题,本文提出一种考虑储能设备的联合控制策略,首先建立以电网功率波动最小为目标函数的数学模型,然后通过改进粒子群算法进行求解,以此来控制储能的出力,使得地区电网的功率波动最小,并通过储能系统荷电状态反馈控制,保证储能设备不会过度充放电。通过潮流计算得到风电接入时母线的电压波动,选取波动较大的时段,在该母线上进行离散无功补偿,进一步对电压波动进行调节。最后通过IEEE14节点算例进行仿真,在电网中接入风电和储能装置,同时在风电接入母线配置离散无功补偿设备,在完整的一个调度周期内,对比储能不出力和不采用离散无功补偿策略情况下的功率波动和电压波动,表明联合控制策略的有效性。
由于分布式新电源的间歇性和波动性,地区电网的功率波动和电压波动问题凸显。为解决这一问题,本文提出一种考虑储能设备的联合控制策略,首先建立以电网功率波动最小为目标函数的数学模型,然后通过改进粒子群算法进行求解,以此来控制储能的出力,使得地区电网的功率波动最小,并通过储能系统荷电状态反馈控制,保证储能设备不会过度充放电。通过潮流计算得到风电接入时母线的电压波动,选取波动较大的时段,在该母线上进行离散无功补偿,进一步对电压波动进行调节。最后通过IEEE14节点算例进行仿真,在电网中接入风电和储能装置,同时在风电接入母线配置离散无功补偿设备,在完整的一个调度周期内,对比储能不出力和不采用离散无功补偿策略情况下的功率波动和电压波动,表明联合控制策略的有效性。
2018, 35(6): 9-15.
摘要:
风电的不确定性对电力系统的调度运行带来诸多影响,为减轻该影响,考虑到风电功率预测误差与需求响应均具有时间尺度特性,本文提出一种日前日内滚动调度策略。风电的不确定性采用基于场景分析法的随机规划理论处理,并将不同类型需求响应按照时间尺度特性进行区分,在日前调度计划阶段引入1类激励型需求响应和基于日前小时电价的价格型需求响应,在日内滚动调度计划阶段,将风电功率更新为最新的风电短期预测数据并利用2类激励型需求响应对其波动性进行补偿。最后通过算例对比分析了不同调度模式下的运行成本以及弃风率,验证了所提调度策略的有效性,结果显示滚动调度可以降低系统运行成本并促进风电的消纳。
风电的不确定性对电力系统的调度运行带来诸多影响,为减轻该影响,考虑到风电功率预测误差与需求响应均具有时间尺度特性,本文提出一种日前日内滚动调度策略。风电的不确定性采用基于场景分析法的随机规划理论处理,并将不同类型需求响应按照时间尺度特性进行区分,在日前调度计划阶段引入1类激励型需求响应和基于日前小时电价的价格型需求响应,在日内滚动调度计划阶段,将风电功率更新为最新的风电短期预测数据并利用2类激励型需求响应对其波动性进行补偿。最后通过算例对比分析了不同调度模式下的运行成本以及弃风率,验证了所提调度策略的有效性,结果显示滚动调度可以降低系统运行成本并促进风电的消纳。
2018, 35(6): 16-24.
摘要:
针对能源基地近端、规模小、网架结构弱的地方电网的并网需求,提出考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择方法。首先,在总结联网和孤岛接入模式存在问题的基础上,分析直流紧急功率控制和直流附加频率控制对送端系统稳定的影响,明确了直流附加控制能力对小容量地方电网接入模式选择的显著作用。进一步地,给出了模式选择原则,借鉴电力系统安全稳定导则等的相关规定,计及潮流、短路电流的要求,综合考虑故障发生几率及其对送端系统稳定影响的严重程度,确定第一级、第二级暂态安全稳定校验顺序和标准,根据交、直流特征量反映系统稳定的敏感程度,给出暂稳校验判据。最后,以某实际直流工程为算例,验证了模式选择方法的有效性与适应性。
针对能源基地近端、规模小、网架结构弱的地方电网的并网需求,提出考虑直流附加控制能力的近端地方电网与直流外送系统的接入模式选择方法。首先,在总结联网和孤岛接入模式存在问题的基础上,分析直流紧急功率控制和直流附加频率控制对送端系统稳定的影响,明确了直流附加控制能力对小容量地方电网接入模式选择的显著作用。进一步地,给出了模式选择原则,借鉴电力系统安全稳定导则等的相关规定,计及潮流、短路电流的要求,综合考虑故障发生几率及其对送端系统稳定影响的严重程度,确定第一级、第二级暂态安全稳定校验顺序和标准,根据交、直流特征量反映系统稳定的敏感程度,给出暂稳校验判据。最后,以某实际直流工程为算例,验证了模式选择方法的有效性与适应性。
2018, 35(6): 25-32.
摘要:
为解决直流输电工程外送功率受阻时直流近区交流电网出现的过电压问题,提出一种基于直流无功调制的直流近区交流过电压优化控制策略。首先,对直流输电系统外送功率受阻时交流系统过电压的机理进行了研究。其次,提出了通过短时提升健全极逆变侧关断角γ从而抑制工频电压升高乃至过电压的思路。最后,提出基于发电机无功调整和直流无功调制的过电压快速优化控制策略。该策略将近区发电机和健全直流总的无功调整量最小设为目标函数建立了非线性优化模型。同时,鉴于非线性优化模型迭代次数多、求解时间长、不能满足过电压紧急在线控制的缺点,又将非线性优化模型进行了线性化,并针对西南某实际电网利用GAMS优化软件进行了对比验证。结果表明,该过电压抑制方法可以有效抑制因直流外送功率受阻后产生的过电压,同时相对于非线性优化模型,线性优化模型的求解时间大幅减少,在求解速度和控制精度上都能够满足工程实际的要求。
为解决直流输电工程外送功率受阻时直流近区交流电网出现的过电压问题,提出一种基于直流无功调制的直流近区交流过电压优化控制策略。首先,对直流输电系统外送功率受阻时交流系统过电压的机理进行了研究。其次,提出了通过短时提升健全极逆变侧关断角γ从而抑制工频电压升高乃至过电压的思路。最后,提出基于发电机无功调整和直流无功调制的过电压快速优化控制策略。该策略将近区发电机和健全直流总的无功调整量最小设为目标函数建立了非线性优化模型。同时,鉴于非线性优化模型迭代次数多、求解时间长、不能满足过电压紧急在线控制的缺点,又将非线性优化模型进行了线性化,并针对西南某实际电网利用GAMS优化软件进行了对比验证。结果表明,该过电压抑制方法可以有效抑制因直流外送功率受阻后产生的过电压,同时相对于非线性优化模型,线性优化模型的求解时间大幅减少,在求解速度和控制精度上都能够满足工程实际的要求。
2018, 35(6): 33-38.
摘要:
风电的大量接入产生复杂的互联电网运行特性,这需要电网AGC能及时响应能源与负荷的快速、大范围的变化,并根据AGC机组的动态特性发布有效指令,既能进行多时段连续的协调控制,又能保证电网运行的经济性。为此,论文建立了考虑AGC机组动态特性,又考虑风电快速、大范围波动情况下的AGC动态优化控制策略模型。该模型权衡动态优化过程中经济性和指标性的比重,兼顾CPS评价标准,综合发布多时段连续的协调指令。该控制策略模型是一个多约束,大规模,多时段的复杂优化问题,因此采用PSO算法求解运算,结合运行的实际特征,对越限的粒子进行有效处理。通过对某区域AGC策略计算,验证了本控制策略无论是AGC调节费用,还是电网频率或CPS指标等均优于传统的控制策略。
风电的大量接入产生复杂的互联电网运行特性,这需要电网AGC能及时响应能源与负荷的快速、大范围的变化,并根据AGC机组的动态特性发布有效指令,既能进行多时段连续的协调控制,又能保证电网运行的经济性。为此,论文建立了考虑AGC机组动态特性,又考虑风电快速、大范围波动情况下的AGC动态优化控制策略模型。该模型权衡动态优化过程中经济性和指标性的比重,兼顾CPS评价标准,综合发布多时段连续的协调指令。该控制策略模型是一个多约束,大规模,多时段的复杂优化问题,因此采用PSO算法求解运算,结合运行的实际特征,对越限的粒子进行有效处理。通过对某区域AGC策略计算,验证了本控制策略无论是AGC调节费用,还是电网频率或CPS指标等均优于传统的控制策略。
2018, 35(6): 39-46.
摘要:
随着全球能源和环境问题的日益严峻,基于可再生能源的分布式电源已成为目前各国的发展重点。在分布式电源日益增长和智能电网的大前提下,智能家庭能量管理系统作为大电网智慧分布在各个家庭的代理终端,势必会得到大力推广。本文首先介绍了智能家庭能量管理系统及其关键技术,并提出了目前较实际的拓扑及其控制逻辑。基于此控制逻辑,本文提出了不需要额外预测输入的模糊控制来优化家庭能量分配的控制方法,并利用实时仿真技术验证了控制方法的可行性。
随着全球能源和环境问题的日益严峻,基于可再生能源的分布式电源已成为目前各国的发展重点。在分布式电源日益增长和智能电网的大前提下,智能家庭能量管理系统作为大电网智慧分布在各个家庭的代理终端,势必会得到大力推广。本文首先介绍了智能家庭能量管理系统及其关键技术,并提出了目前较实际的拓扑及其控制逻辑。基于此控制逻辑,本文提出了不需要额外预测输入的模糊控制来优化家庭能量分配的控制方法,并利用实时仿真技术验证了控制方法的可行性。
2018, 35(6): 47-54.
摘要:
家电配置偏好度的研究是对居民用户设计有效需求侧管理措施的基础。针对目前相关研究只考虑家电类型配置而忽略同种家电不同功率档位配置的问题,首先采用基于密度的DBSCAN(Density-based spatial clustering of applications with noise)聚类法对常用大功率电器实施功率聚类分档;进而根据各种代际类型家庭占比、各档位家电市场份额的统计信息建立最优化模型,对各类家庭对各家电档位的偏好度实施拟合分析;最后通过分枝、剪枝过程获得各类家庭常见家电配置方案及其偏好度。算例分析表明,所提方法能有效筛选出各类家庭的常见家电功率档位配置方案,且偏好度分析结果符合不同代际类型家庭在人口、居住面积上的特点。
家电配置偏好度的研究是对居民用户设计有效需求侧管理措施的基础。针对目前相关研究只考虑家电类型配置而忽略同种家电不同功率档位配置的问题,首先采用基于密度的DBSCAN(Density-based spatial clustering of applications with noise)聚类法对常用大功率电器实施功率聚类分档;进而根据各种代际类型家庭占比、各档位家电市场份额的统计信息建立最优化模型,对各类家庭对各家电档位的偏好度实施拟合分析;最后通过分枝、剪枝过程获得各类家庭常见家电配置方案及其偏好度。算例分析表明,所提方法能有效筛选出各类家庭的常见家电功率档位配置方案,且偏好度分析结果符合不同代际类型家庭在人口、居住面积上的特点。
2018, 35(6): 55-61.
摘要:
统一潮流控制器在提升电网输电能力,提高电力系统稳定性方面展现出了当今柔性交流输电领域的最高水平。南京220kV UPFC工程自建成投运以来,有效解决了西环网南北通道潮流分配不均的问题。不足之处在于,当串联补偿电压较低时,输出电压将含有较大的谐波成分,影响系统电压质量。本文通过研究不同调制比下MMC-UPFC的谐波特性,基于最近电平逼近调制与引入虚拟循环映射的载波层叠调制提出一种新型的双阈值混合调制策略,用于改善MMC-UPFC在低调制比下的谐波特性。结合南京西环网UPFC实际工程参数,从理论和仿真分析两方面验证了所提出混合调制策略的适用性和有效性。
统一潮流控制器在提升电网输电能力,提高电力系统稳定性方面展现出了当今柔性交流输电领域的最高水平。南京220kV UPFC工程自建成投运以来,有效解决了西环网南北通道潮流分配不均的问题。不足之处在于,当串联补偿电压较低时,输出电压将含有较大的谐波成分,影响系统电压质量。本文通过研究不同调制比下MMC-UPFC的谐波特性,基于最近电平逼近调制与引入虚拟循环映射的载波层叠调制提出一种新型的双阈值混合调制策略,用于改善MMC-UPFC在低调制比下的谐波特性。结合南京西环网UPFC实际工程参数,从理论和仿真分析两方面验证了所提出混合调制策略的适用性和有效性。
2018, 35(6): 62-70.
摘要:
现有载波移相调制(CPS-SPWM)的模块化多电平换流器(MMC)冗余策略在切除故障子模块的过程中冗余子模块电容电压恢复缓慢,针对此问题,本文提出了一种MMC子模块电容电压热冗余策略。该策略在非故障运行状态下,按照一定的时间间隔从所有子模块中按规律选择正常运行个数的子模块,其余子模块则处于冗余状态,以使得所有子模块电容电压都维持在参考值附近。当子模块发生故障时,切除故障子模块,剩余子模块仍按非故障运行状态运行,无需单独为冗余子模块充电。同时针对含有冗余模块的MMC系统,提出了分组预充电策略,在控制系统复杂度较小的条件下,通过调节每组充电的子模块个数,使得所有的子模块电容电压都能够充至额定值。在PSCAD/EMTDC中建立了双端MMC模型验证了所提出策略的有效性与实用性。
现有载波移相调制(CPS-SPWM)的模块化多电平换流器(MMC)冗余策略在切除故障子模块的过程中冗余子模块电容电压恢复缓慢,针对此问题,本文提出了一种MMC子模块电容电压热冗余策略。该策略在非故障运行状态下,按照一定的时间间隔从所有子模块中按规律选择正常运行个数的子模块,其余子模块则处于冗余状态,以使得所有子模块电容电压都维持在参考值附近。当子模块发生故障时,切除故障子模块,剩余子模块仍按非故障运行状态运行,无需单独为冗余子模块充电。同时针对含有冗余模块的MMC系统,提出了分组预充电策略,在控制系统复杂度较小的条件下,通过调节每组充电的子模块个数,使得所有的子模块电容电压都能够充至额定值。在PSCAD/EMTDC中建立了双端MMC模型验证了所提出策略的有效性与实用性。
2018, 35(6): 71-79.
摘要:
为了应对模块化多电平(MMC)系统在三相电网不平衡条件下的运行,本文提出了一种改进型单周控制法,在基本单周控制的基础上使用网侧负序电压来补偿MMC网侧电流反馈量,避免了三相电流的正负序转换运算。同时加入虚拟循环映射方案进行子模块电容均压。本方法相比现有的MMC不平衡控制策略,简化了控制环节,参数设计较为容易。三相电压跌落仿真结果表明,本文提出的控制方法不仅能够实现MMC在三相不平衡时的单周控制,降低直流电压中两倍于基频的谐波,使电网输出的有功功率趋于稳定,而且可以使子模块电容电压自动达到均衡,减少了系统的器件损耗。
为了应对模块化多电平(MMC)系统在三相电网不平衡条件下的运行,本文提出了一种改进型单周控制法,在基本单周控制的基础上使用网侧负序电压来补偿MMC网侧电流反馈量,避免了三相电流的正负序转换运算。同时加入虚拟循环映射方案进行子模块电容均压。本方法相比现有的MMC不平衡控制策略,简化了控制环节,参数设计较为容易。三相电压跌落仿真结果表明,本文提出的控制方法不仅能够实现MMC在三相不平衡时的单周控制,降低直流电压中两倍于基频的谐波,使电网输出的有功功率趋于稳定,而且可以使子模块电容电压自动达到均衡,减少了系统的器件损耗。
2018, 35(6): 80-85.
摘要:
虚拟阻抗可以灵活改变线路阻抗,和下垂控制结合可取得较好效果,在微网中应用广泛。但虚拟阻抗会导致电压偏差,目前该问题尚无有效的解决方法。针对这一问题,本文将虚拟阻抗和功率坐标变换结合,对有功P及无功Q进行功率坐标变换,得到广义有功Pd和广义无功Qd。根据微网总负荷的功率因数选取虚拟阻抗角,使虚拟阻抗造成的电压降落的纵分量为零,从而大幅减小电压偏差。采用Pdf下垂,舍弃QdU下垂,按照逆变器容量的反比选择下垂系数和虚拟阻抗值的大小。通过上述措施实现了有功P和无功Q的按比例分担并大幅减小了电压偏差,仿真证明了本文所提方法的有效性。
虚拟阻抗可以灵活改变线路阻抗,和下垂控制结合可取得较好效果,在微网中应用广泛。但虚拟阻抗会导致电压偏差,目前该问题尚无有效的解决方法。针对这一问题,本文将虚拟阻抗和功率坐标变换结合,对有功P及无功Q进行功率坐标变换,得到广义有功Pd和广义无功Qd。根据微网总负荷的功率因数选取虚拟阻抗角,使虚拟阻抗造成的电压降落的纵分量为零,从而大幅减小电压偏差。采用Pdf下垂,舍弃QdU下垂,按照逆变器容量的反比选择下垂系数和虚拟阻抗值的大小。通过上述措施实现了有功P和无功Q的按比例分担并大幅减小了电压偏差,仿真证明了本文所提方法的有效性。
2018, 35(6): 86-91.
摘要:
并网逆变器需要具有极高的功率因数和极低的输出电流总谐波失真,在并网逆变系统中,对高频谐波的抑制效果显著,但由于其内部滤波器为一个三阶低阻尼系统,自身容易出现谐振。针对LCL型滤波器自身存在的谐振现象,提出一种基于二自由度内模控制的LCL并网逆变器控制策略来抑制其谐振尖峰,该控制器仅有两个可调参数,通过参数整定,所设计的控制器可同时具备良好的对给定信号的跟随性能和抑制干扰特性。该方法不需要增加额外传感器,系统成本较低。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建LCL并网逆变器系统仿真模型,对两种控制策略进行仿真。仿真结果证明,采用二自由度内模控制策略时并网电流emg总谐波畸变率只有1.4%,远低于国家标准5%,且具有良好的跟随性能,提高了系统的鲁棒性。
并网逆变器需要具有极高的功率因数和极低的输出电流总谐波失真,在并网逆变系统中,对高频谐波的抑制效果显著,但由于其内部滤波器为一个三阶低阻尼系统,自身容易出现谐振。针对LCL型滤波器自身存在的谐振现象,提出一种基于二自由度内模控制的LCL并网逆变器控制策略来抑制其谐振尖峰,该控制器仅有两个可调参数,通过参数整定,所设计的控制器可同时具备良好的对给定信号的跟随性能和抑制干扰特性。该方法不需要增加额外传感器,系统成本较低。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建LCL并网逆变器系统仿真模型,对两种控制策略进行仿真。仿真结果证明,采用二自由度内模控制策略时并网电流emg总谐波畸变率只有1.4%,远低于国家标准5%,且具有良好的跟随性能,提高了系统的鲁棒性。
