網絡首發 |《電工技術學報》2024年4月19日更新

《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊，報道基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國内領先水準的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任，兼《學報》主編。

考慮火電時滞特性的電池儲能叢集調頻綜合控制政策研究

作者：肖家傑, 李培強, 毛志宇, 塗春鳴

摘要：該文提出一種電池儲能叢集參與電網調頻的綜合控制政策,能實作較好的頻率控制效果和電池儲能叢集的安全經濟運作。

首先,針對火電機組響應時滞特性導緻的調頻精度低、甚至在負荷快速變化下反向錯誤調節的問題,提出基于全通濾波的電池儲能-火電機組聯合調頻控制模型,并結合實際負荷擾動資料的頻譜分析進一步提出模型參數設計方法,使電池儲能作為相移器控制負荷擾動相位與火電機組出力基本一緻,有效改善了調頻效果。然後,提出基于調頻周期内功率權重動态修正與儲能單元依次投入的SOC一緻性控制政策,解決了SOC差異較小時一緻性疊代方向與調頻功率響應方向相反的問題,兼顧SOC一緻性維持和功率響應,并減小了儲能單元頻繁投切對其使用壽命的影響。

同時,考慮調頻過程電池儲能需頻繁充放電狀态切換,采用儲能叢集分組控制模式以減小儲能叢集壽命損耗,提高儲能調頻經濟性。最後,搭建某區域電網仿真模型驗證本文政策的有效性。

考慮多重不确定性與電碳耦合交易的多微網合作博弈優化排程

作者：董雷, 李揚, 陳盛, 喬骥, 蒲天驕

摘要：雙碳背景下,建構低碳運作的能源系統是實作雙碳目标的重要方向與實施路徑。為了促進多微網系統内部能源的本地消納以及低碳經濟運作,本文對不确定性環境下多微網系統的合作運作及電碳耦合交易展開研究。

首先,對于每個微網,建構了電轉氣碳捕集系統相耦合的熱電聯産運作模式,基于地方碳交易市場和階梯碳交易機制,提出了多能源微網的低碳運作模型。其次,考慮到新能源發電和電力市場電價都存在不确定性的實際情況,采用機會限制和魯棒優化的方法,以降低不确定性影響。在此基礎上,基于納什談判理論,建立了多個微網電碳耦合的合作博弈模型,各微網主體可同時參與到上級能源市場和地方能源市場來進行電能和碳排放配額的交易。

最後,将非凸的合作博弈問題分解為兩個線性可求解的子問題,進一步采用交替方向乘子法對問題進行求解。通過算例驗證,本文所提方法可以有效提升各微網經濟效益并減少碳排放。

計及風電、調相機支撐特性的頻率安全限制分布魯棒機組組合排程方法

作者：江一航, 趙書強, 王慧, 汪盈杉

摘要：能源轉型過程中,電力系統頻率安全問題日益突出,現有排程方法難以兼顧頻率安全性與風電消納要求。為此,提出一種計及風電、調相機支撐特性的頻率安全限制分布魯棒機組組合排程方法。

首先基于慣性控制及功率備用控制機理,提出一種适用于排程模型的全風況風電頻率支撐特性模組化方法;然後,對同步調相機以及具備調相工況轉換能力的改造火電機組頻率支撐特性進行分析與模組化,并将其統一納入系統頻率響應模型,通過時頻域交替求解提取頻率動态過程安全限制集,提出一種改進的分段線性化方法對非線性項進行線性轉換;最後,基于資料驅動分布魯棒優化對風電不确定性進行模組化,建構嵌入頻率安全限制集的兩階段分布魯棒機組組合模型,以改進的列和限制生成算法對模型進行求解。

算例分析結果表明,調相機的有功替代效應對于減小系統棄風、提升系統旋轉慣量水準具有積極作用,在排程架構中考慮風電、調相機支撐特性能夠在兼顧系統頻率安全的同時提升經濟性。

非線性彈性耦合下雙饋風電機組的暫态能量轉移與振蕩特性分析

作者：張祥宇, 黃泳漩, 付媛

摘要：新能源與同步發電機組間高效暫态能量轉移是新型電力系統抑制功率振蕩的關鍵。本文首先分析同步發電機組和雙饋風電機組間處于虛拟同步運作時的虛拟軸系耦合關系。其次,通過非線性功率耦合,引入立方剛度,建立非線性彈性耦合下含風電的兩自由度系統動态模型。基于哈密頓原理,分析引入立方剛度後風電并網系統的暫态能量轉移過程,推導機組間能量完全轉移的必要條件,并提出雙饋風電機組的非線性彈性耦合控制政策,依據所得必要條件完成控制器參數優化設計。最後,搭建風電高比例仿真系統,驗證雙饋風電機組在所提控制方法下能夠高效轉移暫态能量,顯著提升其功率振蕩抑制和頻率支撐能力。

基于控保協同的三端混合直流輸電系統線路保護方法

作者：戴志輝, 牛寶儀, 李鐵成, 奚潇睿, 李杭澤

摘要：靈敏可靠的保護原理對多端混合直流輸電線系統的安全運作具有重要意義,現有多端混合直流系統線路保護原理易受過渡電阻、噪聲等因素幹擾,且多忽略與換流器控制環節之間的協調配合。為此,提出一種基于控制特征量的多端混合直流線路單端保護方案。首先,利用故障電流變化方向進行故障區域識别;其次,基于不同故障情況下等效阻抗回路中電感的差異,分析不同位置故障時控制信号積分值的大小差異,以此構造區内、外故障識别判據,并利用正、負極控制信号積分值比值進行故障選極。最後，通過PSCAD/EMTDC進行仿真驗證，結果表明所提保護方案能夠可靠、靈敏地識别各種故障，且具有較強的抗幹擾和抗過渡電阻能力。

分布式調相機暫态特性分析與暫态功角穩定性機理研究

作者：王彤, 王潇桐, 韓梓暢, 王增平, 趙偉

摘要：目前新能源占比不斷攀升,分布式調相機可有效抑制新能源機端暫态過電壓,提升新能源送出能力,然而調相機在電網故障過程中也存在暫态功角失穩風險。

針對分布式調相機暫态特性與功角穩定機理,首先,建立保留新能源并網點電壓特征的調相機功角時間尺度暫态分析模型,基于電氣量相量關系分析了故障清除後調相機功角與新能源并網點電壓的互動影響機理;其次,分析了故障暫态與故障穩态過程中新能源并網點電壓相角二次跳變過程及原因,闡明了相角跳變、過渡電阻與新能源低電壓穿越控制政策對調相機功角搖擺方向的影響機理;最後,基于暫态能量函數分析了新能源輸出功率、調相機容量與送出距離對調相機暫态功角穩定性的影響,并在改進IEEE39節點系統中驗證了所提出機理與分析的正确性。

考慮轉供與重構協同的多端柔性互聯配電網供電恢複政策

作者：徐玉韬, 馮起輝, 談竹奎, 張超, 袁旭鋒

摘要：柔性互聯裝置（FID）實作配電網不同饋線之間的柔性互聯,可實作故障後配電網的快速恢複供電。該文以含直流網絡的四端柔性互聯配電網為研究對象,提出了基于FID和網絡重構的多端柔性互聯配電網兩階段供電恢複政策。

首先，在分析FID運作模式的工作原理基礎上，提出了故障快速轉供的FID平滑控制結構和考慮開關同期并網控制VSG控制政策，支撐故障後第一階段FID的快速供電恢複;然後，通過建立和求解考慮聯絡開關和FID容量限制的全局優化模型得出FID與網絡重構相結合的第二階段供電恢複政策，更大限度恢複失電負荷;最後，利用PSCAD/MTDC仿真軟體搭建了一個58節點四端含直流網絡的柔性配電系統進行仿真驗證。結果表明,所述供電恢複政策不僅能實作部分負荷的不停電轉供,還能夠通過網絡重構大幅提高負荷恢複水準。

橫考慮分布式新能源的有源綜合負荷模型

作者：蘭天楷, 孫華東, 王琦, 趙兵

摘要：中國分布式新能源裝機容量不斷增加,成為大電網安全穩定的重要影響因素。目前的分布式新能源模組化方法尚不成熟,難以用于工程實際中的大電網仿真分析。為此,論文介紹了中國大電網分析中的分布式新能源模型現狀,探讨了分布式新能源等值模型的工程要求,提出了"含分布式新能源的有源綜合負荷模型"的模組化思路,以大規模工程應用為目标,提出了模型結構及參數計算方法,介紹了所提方法在中國S省初步應用的具體案例。應用效果表明,所提出的有源綜合負荷模型能滿足高比例分布式新能源的大電網模組化、仿真分析需求,具備大規模工程應用潛力。

考慮使用者負荷決策依賴特性的配電網災後恢複方法對比分析

作者：鄧榮楠, 宋夢, 高賜威, 嚴興煜, 白文超

摘要：極端天氣、網絡攻擊等因素造成的配電網故障影響範圍廣、社會影響惡劣,韌性配電網是經濟發展和民生的基礎保障。研究表明,配電網恢複過程中負荷特性與負荷恢複決策密切相關,然而目前大部分研究并未對此進行全面考慮,使用者負荷行為無法被精準量化,配電網負荷恢複過程中往往面臨電壓、潮流越限等安全問題。

鑒于此，本文首先從客觀和主觀兩個角度分析了配電網恢複過程中的使用者負荷決策依賴特性及其演化機理，即冷負荷回流（Cold Load Pick-up， CLPU）和負荷逐利，并分别利用資料驅動和知識驅動方法精準量化其運作特性，為配電網負荷恢複奠定基礎;其次，提出兩種考慮使用者決策依賴特性的配電網負荷恢複方法，一是基于Karush-Kuhn-Tucher（KKT）條件處理的配電網負荷恢複雙層優化模型，二是基于時間标簽序列的配電網自适應恢複模型，以實作兼顧使用者決策依賴特性的配電網負荷快速恢複;最後,基于系統功能曲線利用最大負荷損失、負荷中斷率、隐私暴露程度等名額對兩種方法進行對比分析。

算例結果表明在配電網恢複過程中考慮負荷決策依賴特性能夠避免出現配電網負荷恢複過程中電壓越限等安全問題,提升配電網運作安全性;相較于雙層模型,所提出自适應模型在提高使用者隐私保護程度的同時,求解耗時僅占雙層模型的33%。

基于相位差的小電阻接地有源配電網接地故障保護算法

作者：李君, 何敏, 黃守道, 劉君, 劉志勇

摘要：大規模分布式電源接入小電阻接地系統配電網後,故障電流産生明顯變化,采用零序電流保護方法切除單相接地故障将出現誤動作。為了解決以上問題,提出基于相電壓與零序電流相位差的小電阻接地系統有源配電網接地故障保護算法。通過建立包含多個分布式電源的配電網接地故障電氣系統結構與模型,對故障時刻相電壓與零序電流相位關系進行理論推導與計算,分析得出不同接地故障位置的相位差區間,根據相位差區間進行接地故障判斷與保護。

通過仿真驗證結果表明,該方法在配電網中性點采用小電阻接地系統時,在多種過渡電阻,不同分布電源接入數量與容量,各類型電纜長度等情況下,負載波動,均能可靠判斷接地故障,适用DG中性點經小電阻接地和不接地兩種方式。