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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【目的】 新能源渗透率的提高降低了系统的惯量，传统固定参数的柔直频率控制策略难以有效支撑系统频率稳定要求，尤其在新能源送端系统中，频率稳定性面临着更严峻的挑战。【方法】 为提升柔性直流输电系统对新能源送端系统的频率支撑性能，提出随电网频率和直流电压变化的自适应双下垂控制策略。首先，建立新能源柔性直流送出系统模型，分析扰动后的系统功率需求及频率控制方法。针对频率下垂控制，基于频率偏差采用logistic函数实现频率下垂系数的自适应设计，使系统能够根据频率偏差动态调整下垂系数，从而更加灵活地响应频率变化；针对直流电压下垂控制，利用虚拟惯量技术建立直流电压和有功功率之间的耦合关系，基于频率偏差和变化率设计自适应虚拟惯量系数，以增强系统对频率波动的抑制能力。最后基于PSCAD/EMTDC平台搭建了仿真模型，开展了与传统控制策略在不同场景下对比分析研究。【结果】仿真结果表明，在多种场景下所提策略均将最大频率偏差减少10%，同时对柔性直流输电系统的最大利用提升超过10%。【结论】与传统方法相比，所提策略可显著减少系统最大频率偏差，有效提升了柔性直流系统的频率支撑性能。
【目的】 随着新能源基地向深远海、沙戈荒等偏远地区拓展，构网型柔性直流输电技术是一种有效的新能源外送方案。为兼顾电能质量与故障限流，目前构网型控制多采用交流电压-交流电流的双闭环结构，这一控制结构依赖于交流滤波电容的电压-电流积分关系，以及并网电流的前馈来实现对交流电压的稳定控制。但柔性直流输电换流器多采用模块化多电平拓扑，交流侧无集中滤波电容，更无法获取交流侧电流前馈来与电网解耦，使得交流电压控制性能恶化。【方法】 为此，提出了一种基于新型双闭环控制策略，该策略不依赖交流电容，而是通过控制电网阻抗上的压降来调节并网点交流电压。【结果】基于PSCAD/EMTDC的仿真算例表明，在所提控制方式下，构网型柔直换流器在不同电网强度下均具备良好的运行稳定性与有功/无功动态控制性能。【结论】所提控制策略能够有效改善柔直换流器的交流电压-交流电流双闭环控制性能，提高构网型柔直换流器的运行稳定性与电网适应能力。
【目的】 随着新能源并网比例的增加，弱电网条件下的电力系统稳定性问题日益突出。静止无功补偿器（static var compensator，SVC）作为提升电力系统动态响应的重要设备，在弱电网中可能引发次超同步交互作用（sub- and super-synchronous interaction，S²SI），导致系统振荡。文章旨在研究弱电网下SVC引发的次超同步交互作用机理，并提出有效的振荡抑制策略。【方法】 首先，采用频率耦合阻抗建模方法（frequency coupled impedance model， FCIM）分析SVC与弱电网之间的频率耦合特性，揭示次同步和超同步频率间的强耦合关系。其次，基于阻抗交叉的稳定性判据，研究了控制器参数对振荡模式的影响，并提出了一种附加次同步阻尼控制策略（supplementary sub-synchronous damping controller， SSDC）。最后，通过PSCAD/EMTDC平台进行电磁暂态时域仿真，验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。【结果】研究表明，SVC在弱电网中会引发次超同步振荡，且振荡频率与控制器参数密切相关。通过优化控制器参数，可以有效抑制振荡现象。仿真结果表明，所提出的SSDC控制策略能够显著降低次超同步振荡的幅值，提升系统的稳定性。【结论】研究成果在频域阻抗层面揭示了SVC在弱电网中引发次超同步交互作用的机理，提出的控制策略在保障SVC调节速率的前提下提升了振荡抑制效果，具有重要的工程应用价值。
【目的】 构建新能源外送系统是缓解资源空间分布不均的重要手段，但高比例新能源接入对外送基地电力系统频率安全与控制提出了严峻挑战。【方法】 为此，针对高比例新能源送端系统的频率稳定性和安全性，提出了一种面向异质多源协同的频率控制及参数优化方法。首先，在异质多源送端系统的主动频率支撑方面，基于系统参数与安全性指标的耦合模型进行参数优化。其次，综合考虑系统频率偏差、发电成本和排放成本，设计了多目标模型预测的自动发电控制方法，实现调频指令的合理分配，降低系统综合成本并提升新能源利用率。【结果】理论分析与仿真结果表明，所提方法能够有效将系统频率响应指标稳定在安全范围内。此外，相较于传统频率控制方法，所提策略在频率偏差抑制、动态响应速度及经济性方面均表现出显著优势。【结论】所提出的协同控制及参数优化方法为新能源高渗透率外送系统的频率稳定控制提供了创新性解决方案。该方法在保障系统安全运行的同时，兼顾了经济性与调频性能，为新能源送端系统的设计与优化提供了理论支撑。
【目的】 为解决直流闭锁、大机组跳闸等导致的电网大功率缺额后缺少稳态自动、协同防控手段，对抽水蓄能、电化学储能等快速响应资源的调用依赖人工调度的问题，保障电网频率安全和区域控制偏差，降低切负荷风险，提出了一种含多馈入直流的受端电网大功率缺额智能处理方法。【方法】 该方法可自动判断电网是否发生缺额故障，计算生成总调节需求，按照资源优先级、工况优先级、机组优先级顺序，综合考虑控制对象特性、各类安全约束对调节需求进行自动分配，按照资源可用容量统计、缺额启动判断、调节需求分配、抽水蓄能和储能控制、安全约束、控制恢复各环节计算策略，生成并下发控制指令，远程自动调用多类快速调节资源，快速平抑电网稳态功率缺额。【结果】基于该方法研制了国内首套电网大功率缺额智能处理系统，并应用于某大型直流受端省级电网，控制效果、控制可靠性满足实际使用需求。【结论】电网稳态大功率缺额处置由人工电话调度全面转变为系统自动智能处理，决策时间由分钟级缩短至秒级，故障处置效率大幅提升，高效保障电网频率和联络线功率安全。经实际电网运行检验，基于所提方法所开发的控制系统实用性强、可靠性高，具有推广应用价值。
【目的】 基于虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）控制的构网型（grid-forming，GFM）储能变流器能够有效为系统提供电压和频率支撑，但目前研究较少考虑新能源装置接入弱电网场景下VSG储能变流器的支撑能力。【方法】 以光伏系统和VSG储能系统为基础，分析其与弱电网之间的稳定性规律。首先建立了弱电网下光伏系统和VSG储能系统的小信号模型；其次采用特征值分析法，详细分析了系统中光伏出力变化、短路比（short circuit ratio，SCR）变化对系统特征值的影响；然后，通过研究振荡模态和参与因子，找出其中影响系统稳定性的高灵敏度控制参数；接着，在临界稳定状态下通过研究主导模态的根轨迹，提出改善系统稳定性的控制参数调整方法。最后，在MATLAB/Simulink构建的时域仿真模型验证了理论分析的有效性。【结果】仿真结果表明，在光伏出力波动（0.5~2.0 p.u.）和电网短路比变化（SCR为0.6~2.0）的多种工况下，所建小信号模型能准确识别出对系统稳定性具有显著影响的控制参数。通过实施所提参数调整方案，系统光伏输出从1.2 p.u.增加到2.0 p.u.，SCR=0.6时依然保持稳定。【结论】光伏系统出力变化时，VSG储能系统内外环q轴PI参数和光伏系统内外环q轴PI参数具有高灵敏度；SCR变化时，VSG储能系统内外环q轴PI参数具有高灵敏度，通过对不同灵敏度的控制参数进行有序调整，提高系统的静态稳定性，为高比例新能源电网的稳定性提升提供了有效解决方案。
【目的】 随着“双碳”目标的驱动与新型能源体系建设的深化，以分布式电源、电动汽车和可控用户侧资源为代表的新型源荷发展迅速，占比达到新高度。新型源荷功率的波动性和随机性对配电网的安全运行和灵活调控提出了新的挑战，迫切要求配电网向现代升级、向智慧升级。【方法】 针对现代智慧配电网发展面临的形势要求，分析了现代智慧配电网具备的内涵特征，阐述了配电网的智慧化需求及发展重点。针对配电网建设的多样性和差异化特点，结合微电网协调发展、充电设施高效承载、新型储能高效利用、城乡配电网升级、源网荷储高效协同五个典型场景，对传统配电网向现代智慧升级的关键技术进行了探讨。围绕现代智慧配电网的内涵特征和发展重点，对未来配电网的技术发展方向和建设重点进行了展望。【结果】配电网亟需通过高质量发展建设，升级为“现代智慧配电网”，全面提高配电网安全供电保障能力、清洁能源消纳能力、多元负荷承载能力、优化配置资源能力。【结论】现代智慧配电网作为新型电力系统的重要组成部分，具备新型电力系统全部要素，将持续承接新要素的广泛接入、承载新业态新模式的蓬勃发展。
【目的】 为准确核算配电网运行过程中的各环节碳排放以及合理分摊各方的碳责任，实现园区低碳经济运行，提出了一种考虑碳流需求响应的园区低碳经济运行策略。【方法】 首先，基于配电网最优经济调度结果，采用比例共享原则计算配电网在各时间断面下的碳流分布情况，实现园区对其所在节点碳势的动态感知。然后，基于当前碳交易市场模型，建立了考虑间接碳排放的碳排放权交易扩展模型。最后，对园区内电动汽车（electric vehicle， EV）智慧充电以及各类常规负荷进行建模，并综合考虑分时电价和园区所在节点碳势信号，提出了电-碳耦合市场下多类型负荷需求响应方法。【结果】以改进 IEEE 33节点系统及典型园区模型为例在GAMS平台进行仿真，结果表明在所提策略下各园区的碳减排效益均有所提升，其中园区1相比较传统经济调度模式综合成本仅增加了1.4%，调度周期内的间接碳排放却减少了7.1%。同时EV智慧充电与其他常规可调负荷相比，其调度成本低且灵活性高，可作为广义储能，展现出更优的碳减排潜力。【结论】所提策略可以实时准确地反映园区运行时的碳排放责任，控制园区内负荷根据碳势信号和分时电价进行互动，既能一定程度上实现“削峰填谷”，又可有效降低园区的间接碳排放，保障系统低碳、经济运行。
【目的】 高比例分布式电源接入配电系统使其电压频繁剧烈波动，影响电压量测数据的准确性，增加了基于配电系统全量测数据进行参数辨识的难度。【方法】 文章通过建立基于电流量测的自适应扩展卡尔曼滤波（adaptive extended Kalman filtering， AEKF）模型解决了基于全量测数据的配电系统参数辨识困难。具体来说，结合历史温度信息建立线路参数的状态方程，利用一次指数平滑法建立变压器参数的状态方程；结合基尔霍夫定律，构建线路和变压器的电流幅值量测方程；提出电压伪量测求解策略，以参数先验估计值构建伪量测方程；设计自适应噪声机制，依据相邻量测差值动态估计噪声协方差矩阵，增强算法对时变噪声的鲁棒性。【结果】研究结果表明，该方法线路电阻、电抗辨识相对误差均值分别为1.45%和1.61%，较传统扩展卡尔曼滤波模型（3.7%、4.2%）分别下降61.2%和61.7%，最大相对误差从12.6%降至2.4%；变压器电阻、电抗辨识误差峰值为5.2%和5.53%，单次迭代时间由2.2 s优化至1.04 s。【结论】该方法通过融合电流幅值数据与历史运行信息，有效克服了电压量测数据质量缺陷对参数辨识的影响。伪量测建模和自适应噪声估计技术协同提升了复杂电网环境下的稳定性和计算效率，有助于应对分布式电源接入配电系统所带来的随机性和波动性挑战，提升配电系统的精细化调控水平。
【目的】 光储一体化电站并网逆变器功率控制的灵活性，使其可作为良好的资源参与配电网谐波治理。【方法】 为此，提出一种考虑谐波治理的含光储一体化电站配电网优化调度模型。上层建立配电网-光储一体化电站优化模型，配电网以收益最大为目标制定谐波补偿价格，引导光储一体化电站优化多功能并网逆变器有功并网和谐波治理容量；下层建立配电网-需求用户优化模型，需求用户以总用电成本最小为目标，根据不同电能质量等级的电价和电能使用成本制定购电策略。最后采用IEEE 14节点系统进行算例分析。【结果】结果表明考虑谐波治理服务后光储一体化电站收益增加3 615.4元，各节点谐波电压畸变率被限制在4%以下。【结论】所提模型能够充分挖掘光储一体化电站的谐波治理潜能，降低配电网谐波电压畸变率，满足用户的差异化电能质量需求，提升各主体的运行效益。
【目的】 随着储能技术的发展和人们对配电网韧性要求的提高，移动储能（mobile energy storage， MES）逐渐在配电网韧性提升方面得到推广应用。然而现有研究注重于MES灾后调度工作，且未能充分考虑交通状况的影响，无法最大化发挥MES的应援作用。【方法】 因此，在考虑交通网的影响下，提出了一种考虑灾前预调度和灾后动态调度的MES调度策略。首先，基于Dijkstra算法中道路权值矩阵和速度-流量模型构建了动态交通路网模型，充分考虑车流状态对MES应援能力的影响；其次，灾前以基于随机场景下的最小化负荷预期停电损失为目标，建立了MES预调度模型，旨在将MES提前调度至候选连接点；接着，灾后建立了MES动态优化调度模型，求解MES动态调度方案。【结果】仿真结果表明，所提MES调度策略在失负荷成本和调度时间上均显著优于未考虑预调度与交通网影响的MES调度策略，充分证明了所提策略的有效性与优越性。所提MES调度策略通过灾前预调度与灾后动态调度的结合，显著缩短了MES参与恢复供电的时间，有效减少了停电损失。该策略充分考虑了交通网中车流状态的变化，能够优化选择MES的调度路径，降低了交通拥堵带来的负面影响，进一步提高了MES的调度效率。【结论】综上，所提MES调度策略综合考虑预调度与交通车流的影响，充分挖掘了MES的应援潜力，进一步提升了配电网的韧性水平。
【目的】 为了解决具有不同建设成本的风电场参与电力市场的问题，实现风电由固定电价收购模式向参与现货市场竞争模式平稳过渡以及考虑风电不确定性的影响，有必要为风电参与电能量市场设计合理的过渡机制。【方法】 为风电场设计了一种中长期合约，通过优化其覆盖率来调整风电场的收益。建立了参与中长期市场和现货市场的双层规划模型，其上层问题以最小化政府补贴费用和各类风电场单位发电利润公平性指标为目标确定最优的风电中长期合约覆盖率，下层问题描述为考虑风电出力不确定性的电能量-备用联合出清模型，风电出力的不确定性采用典型场景表示。采用Karush-Kuhn-Tucker 条件替代和大M法将该模型转化为单层优化模型。进一步针对上层目标函数中价格与连续变量的乘积项及绝对值项提出相应的线性化方法，最终将单层优化模型转化为混合整数线性规划模型。为加快求解速度，在求解上述双层规划模型时采用检验-添加方法处理输电线路传输容量约束。、最后，对某实际含两个风电场的44机1560节点系统分别在签订电量合约和分时段交易的中长期交易形式下进行仿真分析，验证所提方法的有效性。【结果】合约对冲效果使风电场规避现货价格波动风险，决策周期内补贴金额降低134万元，单位利润差距缩小0.015元/kWh，此外，决策者可通过调整权重因子有效调控政策效果。【结论】结果表明通过确定最优的合约覆盖率，能够有效降低政府补贴金额，并缩小风电场间单位利润差距，可达到平稳过渡的目的。
【目的】 为应对海上风电规模化发展过程中由电力电子变流器主导控制系统引发的新型振荡风险，提升交流送出系统运行稳定性，聚焦海上风电场经交流送出系统次/超同步振荡抑制，针对部分抑制措施存在机组改造工程量大、参数自适应能力不足等问题，提出一种自适应振荡抑制策略。【方法】 所提自适应抑制方法整体采用“即测-即辨-即控”的设计思路，通过量测数据提供对系统次/超同步振荡模式可观的输入信号，然后进行振荡特征辨识，实现对振荡动态的实时感知，最后根据辨识结果和控制目标，在线整定控制参数和调整控制结构。为实现和测试振荡自适应抑制方法，研制了控制器样机，在RTDS中建立产生宽频振荡现象的电力系统电磁暂态仿真模型，进行闭环仿真测试。【结果】硬件在环仿真测试结果表明，所提方法可以准确辨识系统工况变化引起的振荡频率变化，如机组台数、风速、交流线路长度等工况变化引起的振荡频率变化，然后基于辨识结果在线调节控制参数来抑制振荡，设计的阻尼控制参数取得了较优的抑制效果。【结论】基于网侧并联电压源型变流器（voltage source converter， VSC）的阻尼控制可以集中、高效地解决海上风电场振荡问题，避免了对风电机组的逐一改造，控制器样机在硬件在环仿真中表现出的对于振荡特征变化的自适应抑制能力，有望为解决实际工程中振荡问题奠定良好基础。
【目的】 为了减小高比例新能源渗透率增长对电力系统安全稳定运行的冲击，提升故障恢复过程中的备用容量以维持系统频率稳定，提出了一种大规模风电接入下考虑频率偏差的电力系统故障恢复模型。【方法】 首先，建立计及大规模风电接入的电力系统频率响应模型，结合拉式终值定理推导出频率偏差量，并计算出功率波动量。其次，为了最大程度考虑发电机调节能力，在功率波动量、发电机出力边界和爬坡率之间取最小值作为机组最大可调备用容量，确保系统在故障恢复过程中有足够的备用容量以应对风力波动。再次，针对故障恢复模型中的多目标非线性问题，采用分段线性化法和加权法求解以负荷损失量、机组运行成本和备用成本为目标的多目标函数。【结果】最后，在IEEE 39节点系统上进行模型验证，针对不计及频率偏差的传统故障恢复、不计及频率偏差的备用恢复以及计及频率偏差的备用恢复三种方案对比表明，所提计及频率偏差的备用恢复模型有助于电力系统在故障恢复过程中合理配置备用容量，且满足系统频率偏差在±0.2 Hz以内，同时较传统方案降低系统负荷损失量约24.63%，节约总成本约36.62%。【结论】所提模型能显著抑制故障前后的频率波动，保证系统频率稳定，并且在降低故障负荷损失量的同时，实现最优的经济效益。
【目的】 随着电力系统整体惯量的降低，频率稳定问题愈加突出。为更好地分析新型电力系统的频率稳定性和调节性能，提出了一种针对超低频振荡的频率动态特性分析方法，并给出了多机调速器侧电力系统稳定器（governor power system stabilizer， GPSS）参数设计方法，以提高频率稳定与调节性能。【方法】 所提方法从频域角度，推导了一个综合考虑电力系统稳定性与频率调节性能的频率特性分析模型。首先，基于转子回路推导出频率特性分析模型，并证明模型的分配向量元素常值及转速响应函数矩阵近似全等性质。然后，利用这一性质对模型进行简化，得到一个超低频振荡低维动态分析模型，最后基于该模型构建了一种多机GPSS参数设计方法。【结果】将所提出的频率动态分析模型应用于实际电力系统中，结合矢量裕度分析，揭示了GPSS抑制超低频振荡的机理。通过IEEE 4机11节点算例验证了分配向量和转速响应函数性质以及模型的正确性；10机39节点算例和云南电网等值算例的时域仿真和矢量裕度结果验证了GPSS参数设计方法的有效性。【结论】所提频率动态特性分析方法及简化模型为工程中常用的统一频率模型提供了理论依据，为电力系统频率稳定性分析提供了新的工具，对提高新型电力系统的频率调节能力具有重要意义。结合GPSS参数整定方法，实现了对超低频振荡的有效抑制，增强电力系统的稳定性与调节性能。
