半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2019年第43卷第16期文章目次
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    • >观点
    • 面向电力电子化电网的宽频测量技术探讨

      2019, 43(16):1-8. DOI: 10.7500/AEPS20190102004

      摘要 (1884) HTML (0) PDF 1.63 M (862) 评论 (0) 收藏

      摘要:高压直流输电、柔性交流输电系统(FACTS)的应用以及新能源大规模并网为电网引入了大量电力电子设备,给电网注入了大量的间谐波和高次谐波等宽频信号,使得电网逐步呈现电力电子化的发展趋势。现有的测量设备重点关注工频信号测量,无法应对宽频信号测量所提出的挑战。文中分别从现有测量设备的局限、相量测量单元(PMU)升级改进的局限和高频信号测量的局限三个方面分析了现有测量技术的现状,针对性地提出了宽频测量技术总体方案,设计了总体架构,并讨论了具体实现所涉及的宽频信号范围限定、采样频率选择、数据处理机制设计、数据传输协议和同步对时等关键问题,研发了原型装置并在变电站试点应用,验证了宽频测量技术的可行性。文中研究能够为电力电子化电网提供新的监测手段,保障电网安全稳定、推动新能源大规模应用,同时进一步推动二次设备集成整合,降低变电站建设成本。

    • >学术研究
    • 考虑风险约束的高载能负荷-风电协调调度方法

      2019, 43(16):9-16. DOI: 10.7500/AEPS20180901001

      摘要 (1167) HTML (0) PDF 1.30 M (610) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于可离散调节的高载能负荷不适用于在短时内连续调节的特点和风电出力的不确定性,高载能负荷参与消纳风电时,会导致负荷用电与风电出力不匹配的问题。针对该问题,提出一种计及负荷方风险约束的高载能负荷-风电协调调度方法。首先,基于风电可接纳区间的概念和风电场出力概率密度分布,建立电网对风电的接纳能力的模型。接着,根据电网接纳能力外的弃风情况,构建了与高载能负荷用电计划增量和风电弃风量相关联的风险约束,使负荷方能够在一定程度上规避由于风电不足导致的负荷增量与风电新增发电量不匹配的风险。然后,基于高载能负荷调节对风电可接纳区间的影响,建立了以风电消纳为目标的鲁棒机组组合模型,保证线路容量约束的满足。最后,在IEEE RTS-79系统中对所提方法进行了验证,并分析了高载能负荷侧的保守程度对协调调度的影响。

    • 基于时序动态约束的主动配电网滚动优化调度

      2019, 43(16):17-24. DOI: 10.7500/AEPS20190128006

      摘要 (1243) HTML (0) PDF 1.36 M (546) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效应对主动配电网(ADN)中间歇性能源和负荷等不确定性因素给ADN优化调度带来的挑战,提出了基于时序动态约束的ADN滚动连续实时优化调度方法。以恒定调度周期24 h的经济性最优为优化目标,建立了统筹考虑各类有功和无功功率等控制资源的综合实时优化调度模型。所提的滚动优化调度方法基于优化时刻的实时采集数据和后续23 h的预测数据,采用和声搜索算法求解所建调度模型,连续实时确定每个时刻ADN的最优运行方案。在建模过程中考虑到风光荷预测的不准确性随时间的增长而增大的特性,提出了时序动态约束的概念,即愈往后其安全约束愈加宽松,以此扩大解空间范围,进一步提高了调度方案的经济水平。最后,对改进的IEEE 33节点算例和IEEE 69节点算例的调度仿真分析,验证了所提方法和模型的可行性和有效性。

    • 集成智能楼宇的微网系统多时间尺度模型预测调度方法

      2019, 43(16):25-33. DOI: 10.7500/AEPS20180629016

      摘要 (1606) HTML (0) PDF 1.83 M (2899) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对含多智能楼宇的微网系统,提出一种基于模型预测的多时间尺度调度方法。首先,为有效利用建筑围护结构蓄热特性所带来的灵活性,构建了虚拟储能系统数学模型,并将其集成到智能楼宇微网多时间尺度调度方法中。随后,提出了基于模型预测的日内滚动修正方法,通过每个控制时域内的滚动优化,实现日内微网系统运行方案的精确修正。最后,以夏季制冷场景为例,利用含智能楼宇的微网系统验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法可在保证楼宇室内温度舒适度的前提下,在日前经济优化调度阶段降低运行成本;在日内滚动修正阶段平抑由日前预测误差导致的微网联络线功率波动。

    • 基于二层规划的能源互联微电网能量优化调度方法

      2019, 43(16):34-43. DOI: 10.7500/AEPS20181220006

      摘要 (1028) HTML (0) PDF 1.48 M (545) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对能源互联微电网能量优化调度问题,采用二层规划理论进行建模。以能量枢纽转化矩阵为上层决策变量,以系统综合运行成本最小为目标函数,构建上层模型;以电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网的优化运行计划为下层决策者,以能源子网运行经济性指标为目标,计及各能源子网运行的必要约束,构建下层模型。分析得到模型的广义Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡,采用反向学习机制改进帝国竞争算法,并采用改进的帝国竞争算法对所建立的模型设计求解流程。最后,算例分析表明,所建立的模型适用于多能互补协调的能源互联微电网能量优化调度问题,能充分发挥系统运行的经济性。

    • 考虑电动汽车碳配额的电力系统调度分析

      2019, 43(16):44-51. DOI: 10.7500/AEPS20180914002

      摘要 (974) HTML (0) PDF 1.32 M (492) 评论 (0) 收藏

      摘要:定义了电动汽车碳配额和碳收益的计算方法,以电动汽车减排量作为其获得的碳配额,可以出售获得利益。以火电利益最大和电动汽车充电成本最低为目标,建立了考虑电动汽车参与碳交易市场的调度模型,并使用多目标粒子群算法对模型进行求解。结果验证了当电动汽车拥有碳配额参与调度,在降低用户成本的同时,电动汽车的碳减排性能能够得到充分的发挥。最后,分析了碳配额价格、风电装机容量以及可调度的电动汽车数量对电动汽车参与调度的影响,发现清洁能源和电动汽车需要同步发展,是电动汽车绿色特性体现的重要基础。

    • 风火打捆直流外送系统中极限风电渗透率的计算方法

      2019, 43(16):52-57. DOI: 10.7500/AEPS20180511002

      摘要 (955) HTML (0) PDF 1.57 M (568) 评论 (0) 收藏

      摘要:为在规划时有效评估风火打捆高压直流外送系统的电压稳定性并确定满足电压稳定要求的风电渗透率上限,推导了计及能源基地风火电占比以及本地负荷占比影响的风火打捆直流外送系统的短路比指标。首先,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了风火打捆直流孤岛外送系统的电磁暂态仿真模型,通过设置换流母线短路故障,验证了风火孤岛直流外送系统短路比计算公式的正确性。然后,分别设置不同的本地负荷比例、风电渗透率、故障类型以及故障发生位置等情况进行仿真,确定了故障扰动情况下风火孤岛直流外送系统电压失稳所对应的临界短路比。最后,总结提出了适用于远景规划的计算风火打捆孤岛直流外送系统的极限风电渗透率的简易实用的方法。

    • 考虑风电极限场景的输电网鲁棒扩展规划

      2019, 43(16):58-67. DOI: 10.7500/AEPS20180609004

      摘要 (1029) HTML (0) PDF 1.41 M (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着风电并网渗透率的快速增长,系统的随机性和波动性显著增强。针对大规模风电并网给输电网规划带来的影响,文中以线路投资成本与运行成本之和最小为优化目标,构建了考虑风电接入的输电网扩展规划模型,并引入辅助松弛变量将模型转化为线性混合整数规划问题。在此基础上,提出了风电极限场景的物理概念,并构建了基于风电极限场景的两阶段输电网鲁棒规划方法,第一阶段为在线路投资扩展约束下决策输电线路的投建状态,以保证第二阶段的运行调节变量可以适应风电的随机波动。针对鲁棒规划模型的特点,采用基于Benders分解的两阶段算法进行求解以获得最优鲁棒规划方案。最后,通过Garver 6系统与IEEE RTS 79系统进行算例分析,验证了所提模型的有效性与可行性。

    • 基于不确定网络理论计及经济性与可靠性的主动配电网规划

      2019, 43(16):68-77. DOI: 10.7500/AEPS20180602004

      摘要 (1094) HTML (0) PDF 1.46 M (473) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了基于不确定网络理论的主动配电网扩展规划模型。首先,考虑负荷与分布式电源出力时间分区相关性,构建特征概率不确定性集合;其次,建立统筹分布式电源、网架、静止无功补偿装置、变电站和有载调压变压器各设备的升级新建及其主动管理措施的经济子规划模型,并提出了适用于规划问题的两阶段整体最优可靠性方法,且通过二阶锥松弛将原模型转化为混合整数二阶锥规划问题进行快速求解。分别得到全过程多阶段经济和综合可靠性不确定性测度分布作为网架树权重。最后,利用不确定网络中最小生成树理论,搜索与理想网架树分布最接近的最优规划方案。改进的IEEE 33节点系统与IEEE 69节点系统算例验证了所提模型的有效性。

    • 基于网架结构相似性和适应性的主动配电网动态重构

      2019, 43(16):78-85. DOI: 10.7500/AEPS20190126003

      摘要 (968) HTML (0) PDF 1.37 M (402) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升主动配电网对可再生能源的消纳能力、优化分布式电源(DG)入网环境,提出了一种基于网架结构相似性和适应性的配电网动态重构策略。首先,以各单位时段内DG出力最大为目标进行静态重构。然后,从网络拓扑结构量的角度提出了开关状态相似度和改进节点介数相似度两个指标,根据网架结构相似度确定合并时段。随后,从运行状态量的角度定义了网架结构适应性,再依据该指标来客观指导合并时段内最优网架的选择。针对含DG的配电网静态重构问题,提出了一种基于趋化步长自适应调整的改进型细菌觅食算法(IBFA)进行求解。最后,采用PG&E 69节点系统验证了所提重构策略及算法的正确性与有效性。

    • 基于最大测点正常率与GPU并行加速的不良数据辨识方法

      2019, 43(16):86-93. DOI: 10.7500/AEPS20181029003

      摘要 (1021) HTML (0) PDF 1.59 M (442) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于测量不确定度的概念,以测点正常率最大(MNMR)为目标的电力系统抗差状态估计方法具有较好的不良数据辨识能力。然而,该模型求解困难,已有研究对该模型进行了近似等效,并采用现代内点法进行求解,但存在因近似而辨识效果降低的问题。为此,基于MNMR状态估计模型,采用杂交变异粒子群算法,提出一种基于图形处理器(GPU)并行加速的不良数据辨识算法。该算法不对MNMR模型进行近似等效,根据GPU并行计算架构特点,设计了粗粒度和细粒度结合的并行加速策略。算例结果表明,所提的算法对不良数据的误检率和漏检率较低,具有较好的不良数据辨识能力,且计算时间短,加速效率高,能够满足实际运行需求。

    • 主导互补群的群内非同调性影响稳定裕度的途径

      2019, 43(16):94-100. DOI: 10.7500/AEPS20190615001

      摘要 (1030) HTML (0) PDF 3.14 M (446) 评论 (0) 收藏

      摘要:数值积分技术可以定性地分析电力系统的模型及扰动场景(统称为参量)对稳定性的影响,但既难以量化其影响程度,又无法揭示相应的机理。扩展等面积准则(EEAC)通过在高维空间中对仿真轨迹的模式解耦,及对时变单机映象系统能量演变的分析,可以量化对应案例的稳定性。在以映象转子角为横轴、以映象功率为纵轴的平面上,可以用适当的面积来量化映象系统的稳定裕度,进而揭示群内非同调性影响稳定裕度的途径及机理。据此,文中从能量的视角出发,揭示了能域中的稳定裕度及其各组分与时域中的群内非同调性之间的相关性,并通过仿真算例分别显示了群内分离型及相趋型的非同调对稳定裕度影响的复杂性。

    • 基于反推控制的聚合温控负荷与发电机励磁协调控制

      2019, 43(16):101-108. DOI: 10.7500/AEPS20181126001

      摘要 (1042) HTML (0) PDF 1.70 M (441) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用具有储能特性的温控负荷与发电机励磁进行协调控制,可实现电力系统的功角、频率和电压的多指标调控。首先,采用双线性聚合温控负荷模型和发电机励磁模型,推导建立了二者联合的系统数学模型。然后,基于反推控制原理,提出了聚合温控负荷与发电机励磁的协调控制策略,并从理论上证明了控制器的稳定性。针对控制器设计中的微分“计算爆炸”问题,利用双曲正切的非线性微分跟踪器设计了励磁电压参考量的微分估计算法,降低了参考量微分计算的工作量。最后,通过算例对控制算法进行了仿真验证。结果表明,在协调控制器的作用下,系统功角、频率和电压等多个被控量均可快速地追踪上各自的参考值。对比传统电力系统稳定器励磁控制,温控负荷参与调控能有效改善系统各状态量的动态响应,提高系统稳定性。

    • >研制与开发
    • 区域电网省间调峰辅助服务的市场机制与出清模型

      2019, 43(16):109-115. DOI: 10.7500/AEPS20180824004

      摘要 (1137) HTML (0) PDF 1.38 M (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对区域电网接纳区外清洁能源产生调峰困难的问题,提出了一种调峰辅助服务市场出清模型,采用市场化机制对参与调峰的机组进行补偿,解决了当前省间电量置换机制下电量返回困难的问题。机组根据可售调峰容量与深度调峰限值,分段申报调峰容量与补偿价格参与市场出清,出清结果满足各项机组运行约束与网络安全约束,具有良好的可执行性。调峰市场出清价格具有明确的市场指引功能,以明确的价格信号吸引更多的机组提供调峰容量,促进清洁能源在受端区域电网的有效消纳。基于区域调峰辅助服务市场模拟运行数据的算例,验证了该模型的有效性。

    • 基于模型预测控制的智能楼宇用能灵活性调控策略

      2019, 43(16):116-124. DOI: 10.7500/AEPS20180728001

      摘要 (1036) HTML (0) PDF 1.50 M (454) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于模型预测控制的智能楼宇用能灵活性调控策略。首先,根据楼宇蓄热特性,构建考虑楼宇内部不同制热区域的智能楼宇能耗预测模型,并将楼宇系统作为灵活可控单元集成到配电网中;然后基于模型预测控制方法,通过楼宇内部暖通空调系统在温度舒适度范围内对室温进行优化调节,实现楼宇系统的能耗灵活管理,降低楼宇运行成本;最后,在冬季制热场景下,对不同暖通空调控制方法下的楼宇集群进行优化调度分析,并对比分析了楼宇集群优化调度对于配电网运行状态的影响。结果表明,所提方法在保证温度舒适度的前提下可充分发掘智能楼宇的需求响应潜力,降低楼宇运行成本,同时可有效解决由可再生能源出力预测数据误差而导致的楼宇日前调控方案与实际运行场景偏差较大的问题,在预测不确定性环境下具有较强的鲁棒性。

    • 中压目标网架规划中供电分区优化模型和方法

      2019, 43(16):125-131. DOI: 10.7500/AEPS20181125003

      摘要 (923) HTML (0) PDF 1.32 M (483) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中首先明确了供电分区划分的目的是实现配电网规划的由大到小和由繁到简,原则是各分区独自规划优化方案能够自动实现全局范围的“技术可行、经济最优”或“次优”。然后,基于候选主干通道布局,提出了用于中压目标网架规划的供电分区全局优化模型和相应的启发式方法,使得不同水平规划人员可以得到基本一致的分区优化划分方案。最后,通过算例表明,所提方法在明显节约线路投资的同时,还能够有效改善线损、电压合格率和可靠性指标。

    • 考虑谐波源支路类型的谐波谐振分析方法

      2019, 43(16):132-140. DOI: 10.7500/AEPS20181120008

      摘要 (973) HTML (0) PDF 1.37 M (447) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立准确的系统节点导纳矩阵是分析电力系统谐波谐振问题的前提条件,其中不同的谐波源建模方法将影响节点导纳矩阵参数,进而影响系统的谐波谐振分析结果。文中首先考虑实际谐波源类型,按谐波源支路有无阻抗、支路为串联或并联支路形成了4种谐波源支路类型;然后推导了考虑不同谐波源支路类型的节点导纳矩阵的建立方法,所建节点导纳矩阵对串联谐振和并联谐振分析均适用;分别运用谐振模态分析法及节点电压法对系统进行并联谐振和串联谐振分析,可揭示系统中更多潜在的串、并联谐振频率,并且在分析串联谐振时矩阵维数较低,易于建模,分析方法统一。测试系统和工业配电系统均证明了所提出方法的正确性和适用性。

    • 高阻抗变压器涌流的特殊性比较分析

      2019, 43(16):141-147. DOI: 10.7500/AEPS20180705003

      摘要 (1028) HTML (0) PDF 1.36 M (545) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来高阻抗变压器空投时零序过流保护误动的事故频繁发生,文中围绕高阻抗变压器涌流的特殊性展开研究。首先明晰了变压器“绕组排布-磁通分布-等值电路参数”的对应关系以及励磁涌流产生机理。根据高压绕组内置型高阻抗变压器、低压绕组串联电抗型高阻抗变压器与普通结构型常规阻抗变压器的结构差异阐释了等值电路中自漏感和空心电感等参数的差异。基于参数差异,从理论上分析比较了三者涌流的特殊性:相同条件下,内置型高阻抗变压器的励磁涌流幅值大于串联电抗型高阻抗变压器和普通结构型常规阻抗变压器。考虑三角绕组环流影响后,串联电抗型高阻抗变压器的原方涌流幅值大于普通结构型常规阻抗变压器;三者涌流衰减均很缓慢,相对而言内置型高阻抗变压器较另两个略快。仿真结果验证了所得结论的正确性。

    • 基于谐波能量和波形畸变的配电网弧光接地故障辨识

      2019, 43(16):148-154. DOI: 10.7500/AEPS20180912005

      摘要 (1045) HTML (0) PDF 1.68 M (486) 评论 (0) 收藏

      摘要:配电网弧光接地故障会产生严重的弧光过电压并释放大量热能,从而造成设备损坏,引发火灾并危害人员生命安全。针对传统电弧模型无法正确描述电弧不稳定燃烧过程中的间歇性燃熄弧和随机波动等问题,提出了基于随机控制变量的改进Mayr电弧模型;通过对故障特征的分析,提出归一化谐波能量描述方法,实现了包括高阻故障在内的不同接地故障情况下谐波含量的一致性描述和整定,并根据归一化谐波能量在时间尺度上的随机分布特性以及故障波形畸变特征,实现对弧光接地故障的准确辨识。最后,结合配电网新型智能测量终端的发展应用,提出基于三相电压和零序电流录波数据的弧光接地故障综合辨识算法,并通过PSCAD仿真算例和某10 kV配电网的实测故障试验数据对算法的可靠性和安全性进行验证。

    • 基于注入法的改进特高压直流接地极引线保护方法

      2019, 43(16):155-161. DOI: 10.7500/AEPS20181201005

      摘要 (829) HTML (0) PDF 1.58 M (398) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,特高压直流输电系统通常采用基于注入法的接地极引线保护。文中分析了传统接地极引线保护方法的特性,并在此基础上提出了一种改进接地极引线保护方法。改进保护方法包括主保护和后备保护。主保护采用高频测量阻抗横差构造单回线故障保护判据,仅利用单侧电气量,不依赖于通信;后备保护利用接地极引线末端电流方向构造保护判据,对通信的同步性与实时性要求较低。以某实际运行的±800 kV特高压直流系统为例,利用PSCAD/EMTDC对所提保护方法进行仿真验证。仿真结果表明所提改进保护方法的主保护较传统保护方法可极大缩小保护死区,在后备保护的配合下可实现全线保护。

    • 基于多源信息融合的同步发电机转子绕组匝间短路故障识别

      2019, 43(16):162-167. DOI: 10.7500/AEPS20180807001

      摘要 (974) HTML (0) PDF 1.51 M (478) 评论 (0) 收藏

      摘要:转子绕组匝间短路是同步发电机中一种较为常见的故障,随着故障的发展会对发电机的安全运行造成威胁。针对该故障在早期时不易检测的情况,将多源信息融合理论应用到同步发电机的转子绕组匝间短路故障识别中。根据同步发电机特点及传感器情况,分析并选择合适的短路故障特征量作为证据体。将发电机中的多组故障特征证据体依据证据理论进行融合,得到高置信度的故障判定结论。同时进行同步发电机故障实验,与单特征量作对比验证了多源信息融合在发电机转子绕组匝间故障识别中的有效性。实验结果表明,该方法减少了单一传感器不确定性的影响,提高了故障识别准确性。

    • Markov-Middleton脉冲噪声模型的硬件实现方法

      2019, 43(16):168-174. DOI: 10.7500/AEPS20181023004

      摘要 (899) HTML (0) PDF 1.52 M (422) 评论 (0) 收藏

      摘要:影响宽带电力线载波通信的关键因素之一是随机突发的脉冲噪声。目前的噪声研究大多停留在理论建模上,缺乏标准化的电力线噪声硬件实现方法。文中深入研究Markov-Middleton脉冲噪声模型,分析产生Markov性质的脉冲序列原理,利用System Generator和Xilinx Vivado联合仿真工具,设计出具有随机突发特性的电力线噪声生成系统,并完成该系统的硬件实现。通过对比现场可编程门阵列(FPGA)输出、Middleton Class A模型仿真与实测电力线噪声的统计特性,证明了该硬件实现方法能够生成具有随机突发性和时间相关性的脉冲噪声。通过搭建实验室环境下的电力线载波通信系统,测试不同参数下噪声对通信成功率的影响程度,对比其他的硬件实现方法,验证了所提方法的工程应用价值。

    • >工程应用
    • 山西电力调频市场机制设计与运营实践

      2019, 43(16):175-182. DOI: 10.7500/AEPS20180818001

      摘要 (1630) HTML (0) PDF 1.28 M (684) 评论 (0) 收藏

      摘要:长期以来,“两个细则”在激励发电企业设备改造、增加调频辅助服务供给、提高调频辅助服务质量等方面起到了显著作用,但也存在补偿与考核机制有待完善、市场化价格机制尚未形成、辅助服务资源配置效率有待提高等问题。为以市场化方式进一步激励发电机组提升调节能力,研究建立山西电力调频市场及相应机制。山西电力调频市场机制设计,以调频服务供应成本最小化为目标,综合考虑机组报价和调频性能两方面因素确定调频机组,并按其实际调频贡献和调频效果支付补偿费用。山西电力调频市场的运行结果表明,市场竞争机制能够激励机组提高调节性能、优化调频资源配置、提升电网总体调频效率、引导新兴技术和产业发展。文中在介绍山西电力调频市场机制设计与运营实践的基础上,总结提炼调频市场的运营效益,并提出下一阶段调频市场深化发展完善的建议。

    • 匹配不同场景需求的柔性直流应用型式选择

      2019, 43(16):183-191. DOI: 10.7500/AEPS20181018008

      摘要 (955) HTML (0) PDF 1.30 M (662) 评论 (0) 收藏

      摘要:柔性直流输电技术近年来在国际和国内电网得到广泛发展和应用,新型技术层出不穷。在总结国内外柔性直流输电的典型工程及技术应用现状的基础上,梳理了国内电网柔性直流接入场景和技术需求,结合不同型式柔性直流的性能特点,提出了匹配不同场景需求的柔性直流应用型式选择方法;结合电网实际,指出了应用柔性直流输电技术时需关注的新问题。为电网规划阶段合理选择柔性直流应用场景,以及该场景下柔性直流合理应用型式选择提供了有效的解决方案。