中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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全球气候变暖导致海域极端风暴事件频繁发生,引发海上风电大规模爬坡,影响岸上主网的安全运行。通过电解制氢系统,海上风电制氢联合运行系统将富余风电功率转换为氢能,降低了弃风率和弃风惩罚成本;同时,可以出售氢能获利,提升了经济效益。提出了一种考虑风电不确定性的爬坡控制策略。首先,比较了传统风电场与风电制氢联合运行系统在极端风暴下的爬坡特性,分析了风电制氢联合运行系统的爬坡抑制特性;然后,使用机会约束规划方法构建了考虑源-储-荷运行特性与海上风电不确定性的爬坡控制模型,通过求解爬坡控制模型给出了爬坡控制策略;最后,基于客观权重赋权法(criteria importance though intercrieria correlation,CRITIC)-优劣解距离法((technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)综合评价模型对不同置信度下系统附加运行成本与不确定性资源投入率进行分析,得到最佳置信度。仿真结果表明,同样采取并网功率爬坡控制的情况下,海上风电制氢联合运行系统的综合运行成本(29.87万元)远低于海上风电场(133.28万元,包括弃风惩罚)。在考虑风电不确定性情况下,置信度取0.98可以均衡系统的成本控制与风险抑制效果。
随着可再生能源的大规模开发、高比例并网,虚拟电厂逐渐成为充分发挥新型电力系统经济-环境效益的关键技术之一,文章重点研究了电氢耦合虚拟电厂多目标优化问题。首先,构建了含分布式风光机组、微型燃气轮机、分布式储能、柔性负荷的电氢耦合虚拟电厂。其次,运用多主体全生命周期法计算得到虚拟电厂构成组件的碳排放系数,并将其与阶梯式碳交易机制联合引入优化模型中。然后,以系统内运行成本最小和二氧化碳排放量最低为目标函数,通过赋权法将多目标优化转为单目标优化。最后选取华北某园区夏季、过渡季、冬季3个典型场景为算例分析验证所构建模型的有效性,算例结果表明该模型能兼顾虚拟电厂内部各设备主体运行的经济利益和环境效益。
文章对采用盐穴储氢的光伏制氢模型进行构建并研究其经济性。首先,对盐穴进行物理建模计算其储氢能力,并构建光伏制氢系统,针对压力容器储氢方案与盐穴储氢方案进行对照分析。然后,以成本最小化为目标,利用混合整数规划模型优化各方案容量,并对优化结果进行技术经济性分析。最后,选取4种因素对采用盐穴储氢方案进行敏感性分析。结果表明,采用盐穴储氢的光伏制氢系统的氢气平准化成本为32.18元/kg,相较于压力容器储氢方案成本减少8.73%,盐穴方案的最终净现值高于压力容器方案20.65%,投资回收期缩短10.14%,内部收益率更高。对光伏制氢盐穴储氢方案经济性的影响由大到小依次为太阳辐照量、光伏与电解槽资本成本和盐穴埋深,因此,在未来光伏与电解槽成本下降趋势下,在西部辐照量资源丰富的区域进行光伏制氢盐穴储氢将更具经济可行性。
换流变分接开关是特高压直流工程的关键设备。近年来出现多起因分接开关故障引起的直流强迫停运甚至设备损坏事件。在特高压直流输电工程运行过程中,减少分接开关动作次数可以减少对分接开关的应力冲击,降低设备故障概率,提高系统可靠性水平。针对目前特高压直流工程中已有的分接开关控制策略,均提出了相应的优化控制策略。对于送端换流站,提出适当增大触发角控制死区及解锁前预调分接开关的策略。对于采用预测型关断角控制的受端换流站,提出直流电压动态调控策略及其改进策略。对于采用定直流电压控制的受端换流站,提出适当增大关断角控制死区及解锁前预调分接开关的策略。所提出的分接开关优化控制策略原理清晰,对已有控制策略的改动小,便于实施,已应用于在运、在建的特高压直流工程中。理论分析、仿真计算和换流站现场运行数据均表明分接开关动作次数大大减少,具有良好的应用前景。
为实现沙漠、戈壁、荒漠地区孤岛风电的大规模汇集与远距离输送,提出了一种兼顾直流故障穿越与经济性的基于电网换相换流器-二极管整流器(line commutated converter-diode rectifier, LCC-DR)的混合型输电系统。文章首先介绍了混合型输电系统的拓扑结构,该系统送端采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与二极管整流器(diode rectifier,DR)串联,从而接入大规模风电基地。随后建立了系统数学模型,并设计了协调控制方案。针对直流故障与交流故障,分析了故障期间系统的运行情况并为系统设计了故障穿越策略,保障系统的稳定运行。为验证控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中建立了LCC-DR混合型输电系统模型并开展稳态与暂态运行特性仿真。研究结果表明,该系统可有效实现沙戈荒地区新能源的大规模远距离输送。
在“双碳”背景下,电热供暖成为主流供暖方式。大量电热负荷接入会增大配电网运行压力,因此需要对配电网进行扩展规划。传统的规划方法难以解决含大量电热-电蓄热设备的灵活配电网规划问题。因此,提出一种考虑电热-电蓄热设备接入的配电网低碳规划方法。首先,根据采暖建筑最佳室温,综合考虑风速等多方面因素建立采暖建筑室内温度时变方程,根据方程求解获得规划场景下精确热负荷需求;其次,结合热负荷需求及各时段风、光电源出力特性,以碳排放量最低为目标优化蓄热电锅炉运行方式;最后,将负载率极差与方差加权和作为配电网均匀性指标,以综合成本和系统均匀性为目标对配电网进行多目标扩展规划。采用嵌套的混合粒子群优化算法进行求解,引入动态惯性权重增强粒子群算法寻优能力。以东北某地实际数据对电热-电蓄热接入场景下的配电网进行仿真,验证了所提方法的有效性。
虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)不同时间尺度控制环节之间存在交互作用,导致VSG并网系统振荡环节的动态特性尚不明确。针对这一问题,选取时间常数作为主导特征,提取影响内外环交互作用的关键因素,建立了考虑内外环交互作用的VSG并网系统降阶模型,并将降阶模型在平衡点处线性化得到类Heffron-Phillips稳定分析模型;基于阻尼转矩法分析了不同内环控制参数、线路运行参数下VSG并网系统的振荡特性;进一步分析了内外环交互作用与线路电磁暂态相互作用引入的振荡模态及其关键影响因素;最后,在Matlab/Simulink中搭建模型,通过时域输出验证了降阶模型的有效性以及考虑内外环交互作用的VSG并网振荡特性理论分析的正确性。
在对可再生能源高比例渗透的独立微电网进行规划的过程中,风光出力的不确定性给精益化规划目标的实现带来困难。 为此,提出一种基于信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)的含氢储能的独立微电网优化规划方法。首先,构建含氢储能的独立微电网基本结构,基于该结构阐述含氢储能系统的基本工作原理并建立其简化数学模型;其次,基于IGDT鲁棒优化思想建立不确定场景集;然后,建立考虑激励型需求响应(demand response,DR)的独立微电网双层鲁棒优化规划模型,其中外层模型以微电网综合成本等年值最小为优化目标,内层模型以微电网年运行成本最低为优化目标;最后,采用带有精英保留策略的遗传算法对双层鲁棒优化规划模型进行求解。算例结果验证了所建模型的合理性和有效性,为含氢储能的独立微电网优化规划提供了参考。
鉴于柔性直流输电系统在线路侧发生故障时具有故障电流上升速度快、幅值大的特点,为保障系统的安全稳定运行,线路保护需在数毫秒内完成故障判别。如何快速可靠识别故障线路是柔性直流系统线路保护的难点之一。针对该难点,提出一种基于修正电压的新型暂态量保护原理。首先,提出一种电压修正算法,其同时利用了短路后电压的幅值和变化率特征,可以更灵敏地识别故障。在此基础上,基于修正电压的积分量实现了对区内故障与正向区外故障的有效区分。其次,提出一种新的方向元件,基于该方向元件构造纵联后备保护判据,解决了单端量保护在高阻故障下灵敏度较低及反向故障误动的问题。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建四端柔直系统模型,通过仿真验证了本方案的有效性。
高比例分布式电源、电动汽车接入配电台区下,将面临着承载能力不足、负载率不均衡以及电压越限等问题,台区柔性互联是有效的解决方法之一。提出了一种考虑经济性和供电能力的台区柔性互联主从博弈规划模型,以经济性决策和供电能力决策为主、从体博弈者,共同参与规划决策过程。首先,建立了直流母线分段链式柔性互联结构下的台区潮流模型;然后建立了主从博弈规划模型,以互联方案和互联设备装机容量、年综合成本最小为主体博弈者的策略和支付,以台区所供负荷视在功率、N-0安全性下供电能力最大为从体博弈者的策略和支付,并计及台区运行潮流约束,再基于粒子群算法进行求解;最后通过台区接入高比例光伏发电的IEEE 33节点配电网进行算例分析,结果表明采用所提规划模型能均衡提升系统的运行经济性和供电能力。
为解决风电变流器控制器“黑/灰箱”化导致的建模难题,提出了一种基于端口测量阻抗的直驱风电机组控制器“黑/灰箱”辨识方法。首先,推导和验证了不同控制方式下机侧变流器直流端口和网侧变流器交流端口的解析阻抗模型;其次,分析了直流端口阻抗和交流端口阻抗的参数灵敏度,论证了控制参数的可辨识性,并通过阻抗的参数灵敏度提取了不同控制方式下直流端口阻抗的特征。在此基础上,提出了基于端口阻抗特征匹配的直驱风电机组“黑箱”控制方式辨识方法;进一步地,提出了一种基于端口测量阻抗的直驱风电机组“灰箱”控制参数辨识方法,即利用阻尼最小二乘算法使端口实测阻抗与理论阻抗在各个频率点处差值的平方和最小,可实现变流器所有控制参数的准确辨识。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。
含小水电微电网受源荷不确定性影响易产生较大的功率波动,离网状态下易导致微电网系统停电、弃电的发生。为了充分考虑含小水电微电网功率、能量的平衡特性,提高含小水电微电网运行的经济性和鲁棒性,提出一种基于功率能量特性的含小水电微电网储能优化配置方法。首先,分析了含小水电微电网的功率能量平衡机理,提出了该微电网的功率能量特性模型;然后,在含小水电微电网功率能量特性模型和源荷不确定性模型的基础上,提出了基于功率能量特性的随机场景分解聚类方法和储能容量配置方法。最后,以某地区离网型含小水电微电网为仿真算例,通过与现有方法进行结果对比和影响因素分析,验证了所提方法的有效性。
双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)并网时的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,严重威胁系统的平稳运行。系统运行工况发生变化时,现有的传统控制策略可能效果不佳。为了解决这个问题,提出了基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的SSO抑制策略,在转子侧传统双环PI控制的基础上,原有功内环的PI控制部分替换为线性ADRC,其中线性扩张状态观测器实时估计补偿次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)分量,该方法参数整定简单且鲁棒性较强。通过搭建DFIG并网模型,并与PI控制对比,验证该控制策略在稳态和暂态拥有良好的控制性能;通过与附加阻尼控制和非线性ADRC对比,得出线性ADRC可以在多工况下抑制次同步振荡,相比于现有控制,在参数整定更简单的情况下能更有效地使畸变电流收敛,进而稳定DFIG风机系统的输出功率,最后在RT-LAB实验平台进一步验证其有效性。
随着新能源发电渗透率的增加,未来电力系统面临多种安全稳定挑战,次同步振荡即为广受关注的稳定性问题之一。基于构网型控制的电池储能系统(grid forming-battery energy storage system, GFM-BESS)实现次同步阻尼控制(subsynchronous damping controllers, SDC)策略,可高效抑制直驱风机与弱电网相互作用引发的次同步振荡,使得BESS在提供削峰填谷、调峰调频等基本功能的同时,能够为并网风电的潜在振荡模态提供正阻尼。设计了基于低通滤波器、陷波器和移相器的SDC结构,优选了控制环节的加入位置和滤波增益参数。最后,通过电磁暂态仿真验证了所提方法的有效性,比较了各种SDC的阻尼性能,并分析了BESS容量对阻尼控制效果的影响。具体地,采用基于二阶陷波器和移相器的SDC在所构建系统条件下拥有更优越的性能;阻尼目标次同步振荡模态需要5%及以上的BESS容量。
现有测量装置无法实时同步监测新能源场站内部电气量,难以为新能源场站动态过程监测、惯量评估、频率控制等应用提供数据支撑。为此,提出了适用于新能源场站的同步测量算法,并研制了可安装于风机出口的新能源场站同步测量装置。针对现有相量测量算法测量频带窄,无法跟踪新能源场站次/超同步振荡等动态过程的问题,提出了基于复带通滤波器的宽频域基波相量测量算法,将基波测量频带拓宽至20~80 Hz;针对快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的栅栏效应和频谱泄露问题,提出了基于FFT谱线插值拟合的宽频测量算法;基于上述算法,研制了适用于新能源场站的同步测量装置,并已将首批80余台装置安装于内蒙古乌兰察布吉红风光储4号电站的80余台风机。静动态测试和录波数据测试验证了所提算法和所研制装置的有效性。
