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电网调控机器人设计思路

张晓华; 冯长有; 王永明; 王轶禹; 王晶; 邓勇; 王扬; 韩晔 国家电力调度控制中心; 北京市100031; 国网福建省电力有限公司; 福建省福州市350003

摘要:随着中国电网规模持续扩大和运行特性日趋复杂,电网调控业务复杂度及调控人员承载力强度日益增加。文中从电网实时调控业务出发,设计了电网调控机器人整体架构,详细阐述了智能学习、智能决策、智能监视、智能执行、智能交互等5个功能模块的设计思路;然后介绍了相应的关键技术,并给出了适用的6类调控应用场景。

  • 电网调控机器人设计思路

    作者:张晓华; 冯长有; 王永明; 王轶禹; 王晶; 邓勇; 王扬; 韩晔 期刊:《电力系统自动化》 2019年第13期

    随着中国电网规模持续扩大和运行特性日趋复杂,电网调控业务复杂度及调控人员承载力强度日益增加。文中从电网实时调控业务出发,设计了电网调控机器人整体架构,详细阐述了智能学习、智能决策、智能监视、智能执行、智能交互等5个功能模块的设计思路;然后介绍了相应的关键技术,并给出了适用的6类调控应用场景。

  • 基于电气关联强度的虚拟微电网划分方法

    作者:吴春潮; 薛飞; 徐晓彤; 卢少锋; 蒋林; 李刚 期刊:《电力系统自动化》 2019年第13期

    随着智能电网与能源互联网研究的兴起,分布式可再生能源和储能设备的不断接入,配电网的智能化发展已成为一种必然趋势。而大量现存的传统配电网如何适应自由、对等、灵活的目标,成为迫切需要解决的问题。文中提出基于电网的电气关联强度将传统配电网划分成若干具有强内部聚合特性的虚拟微电网,并提出了基于扩展信息、物理、社会经济(CPS)的虚拟微电网实施框架,以及边界划分、资源优化部署、协同能量管理的三阶段研究问题。针对第一个研究问题,通过定义电气关联强度,对复杂网络中经典的Newman快速分区算法进行改造,实现对虚拟微电网边界的自动优化。通过仿真算例验证了该方法的合理性和效率。

  • 六角形模块化多电平AC/AC换流器损耗特性分析计算

    作者:张翀; 李宽宏; 张轩; 江道灼; 梁一桥 期刊:《电力系统自动化》 2019年第13期

    详细分析换流器的损耗特性对于系统设计、冷却装置选型都有着重要意义。文中基于全桥子模块的工作特性,对六角形模块化多电平AC/AC换流器(Hexverter)的子模块损耗分布及换流器的总损耗进行分析计算。首先,简要介绍和仿真验证了Hexverter的工作原理。然后,通过提取绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的数据进行拟合,建立IGBT及其续流二极管的通态特性和开关特性参数,进而对子模块工况进行详细分析,根据全桥子模块的输出特性推导出各器件导通范围及导通时间的解析表达式,从而得到通态损耗和开关损耗的理论计算表达式。最后,通过10 kV系统算例对换流器损耗进行了定量分析,对支路内不同子模块的损耗分布和不同工况下Hexverter的损耗进行计算,结果表明全桥子模块内部的损耗分布呈现对称性外,同一支路内各子模块损耗也不尽相同,特别是在不同容量及功率因数的工况下,子模块损耗分布及换流器总损耗存在明显差异。

  • 基于轨迹模式空间解耦及模式能量序列的振荡分析:(一)理论基础

    作者:刘庆龙; 薛禹胜; 陈国平 期刊:《电力系统自动化》 2019年第12期

    针对电力系统振荡行为的分析,揭示互补群群际能量观点与特征频率正弦幅值观点的异同,严格证明两者在哈密顿单机无穷大系统中的一致性。但非线性因素则可能在线性化分析中引入大误差,而时变因素及饱和等本质非线性因素还可能使平衡点特征根方法完全失效。为了克服这些困难,从实际受扰轨迹的互补群群际能量的观点出发,描述了复杂受扰系统的振荡特性。多机系统轨迹可以通过互补群惯量中心-相对运动(CCCOI-RM)变换,严格映射为一系列时变单机映象轨迹,并通过各映象系统的振荡能量反映原多机系统的振荡行为,包括多频率的时变非线性振荡。

  • 双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

    作者:兰飞; 潘益丰; 时萌; 黎静华 期刊:《电力系统自动化》 2019年第12期

    传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量,在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。

  • 弱中心化的配电网市场交易机制、模型与技术实现

    作者:窦晓波; 曹水晶; 刘之涵; 蔡超; 韩俊; 陈曦 期刊:《电力系统自动化》 2019年第12期

    新一轮电力体制改革的进行推动了双边开放电力市场的发展,新结构下市场成员间的互动行为更加灵活多变。为引导市场成员理性报价,鼓励各成员间开展良性竞争,首先,构建了综合成员利益和系统网损的能量优化模型。其次,提出了弱中心化的新型市场机制,该机制设计了市场交易成员、框架和流程。在市场成员中,配电网系统运营商作为超级用户参与市场的监管工作,并与普通用户共同参与市场出清。普通用户在出清过程中可权衡利弊多次修改自身报价,还原了电力市场自由竞争、分散决策的特性。然后,利用交替方向乘子算法进行市场出清,市场成员间只需传递少量信息即可通过并行计算达到市场均衡,抑制了成本信息不对称引发的恶意报价行为。最后,针对所提交易机制设计了基于区块链技术的以太坊智能合约方案,通过算例和部署在以太坊私有链上的智能合约,验证了所提市场机制的有效性。

  • 大规模可再生能源接入下的电力系统充裕性优化(三)多场景的备用优化

    作者:吴俊; 薛禹胜; 舒印彪; 谢东亮; 赵俊华; 岳东 期刊:《电力系统自动化》 2019年第11期

    场景分析法在用于描述可再生能源出力不确定性时,不仅能表征预测风/光功率等随机变量在时间-功率空间上的概率分布,还能进一步反映这些随机波动在时序上的相关性。多场景分析中普遍存在场景维数灾问题,在备用优化中更遭遇控制措施组合爆炸问题,加剧了求解的困难。场景削减有利于场景分析法的实用化,然而现有场景削减方法不能确保小概率高风险场景不被剪除,继而引发风险泄露问题。文中提出一种计及场景集剩余风险下逐步筛选场景的多场景备用优化方法,将场景削减与优化过程融合于一体。相比于传统的“先场景削减、再优化”的思路,所提出的方案能自适应地选取待优化场景集,且能有效识别小概率高风险场景。通过与基于传统场景削减方法的混合整数线性规划方法的对比,所提出的多场景优化方法在平衡优化效果与计算效率上具有显著优势。

  • 考虑储能调节的主动配电网有功-无功协调运行与电压控制

    作者:刘洪; 徐正阳; 葛少云; 杨为群; 刘梦怡; 朱文广 期刊:《电力系统自动化》 2019年第11期

    为解决高比例可再生能源接入后配电网的节点电压越限问题,提出了一种考虑储能调节效应的有功-无功协调优化方法。首先,从理论层面分析了配电网接入可再生能源发电后带来的电压偏差问题,论证可从无功功率与有功功率两个方面实现电压控制;其次,建立了以节点电压总偏差最小为目标函数的配电网有功-无功协调优化数学模型;再次,提出了基于分布熵的自适应粒子群算法来实现模型求解;最后,通过算例验证了所提方法的有效性和实用性。

  • 基于谈判博弈的含高渗透率光伏微网不确定优化运行

    作者:李鹏; 何帅; 陈安伟; 李继红; 殷云星; 黄敏 期刊:《电力系统自动化》 2019年第11期

    随着分布式光伏的发展,其在微网内的渗透率逐年提升,进而导致微网运行的不确定性和光伏消纳的难度日益增大。文中针对含高渗透率光伏的交直流混合微网内的不确定因素,建立了交直流混合微网不确定优化运行模型,其中目标函数采用期望值模型,以获得较高的长期收益,约束条件采用机会约束模型,保证约束成立的置信度。同时,针对微网运营商与用户自建光伏的博弈问题,采用谈判博弈模型以平衡双方利益诉求。根据上述方法提出基于谈判博弈的含高渗透率光伏微网不确定优化运行模型,并将其转化为单目标确定性可微非线性优化模型进行求解。最后,通过算例仿真计算验证该模型及求解方法的有效性和可行性。

  • 电力信息物理系统网络攻击与防御研究综述(二)检测与保护

    作者:汤奕; 李梦雅; 王琦; 倪明 期刊:《电力系统自动化》 2019年第10期

    从针对电力信息物理系统(电力CPS)网络攻击的检测和保护两个方面,对当前国内外研究进行了梳理和归纳,发掘相关研究问题的本质和目的。在检测方面,介绍了基于偏差和特征的防御检测实现思路及其在信息侧和物理侧的实践方法;在保护方面,介绍了以被动防御为主的信息侧保护方法和基于资源配置和校正控制的物理侧保护方法。在现有研究基础上,对电力CPS网络攻击的检测和保护领域关键技术进行了提炼,并对未来研究方向进行了展望。

  • 应急微电网中柴储移动电源的协调及均衡控制策略

    作者:赵梓杉; 蒙志全; 张俊峰; 何小良; 江峰; 辛焕海 期刊:《电力系统自动化》 2019年第10期

    配电网发生停电事故时,可组建应急微电网来应急供应电力。由于应急微电网存在临时建立、通信条件差、工况多变及电源车频繁插拔等问题,提出了应急微电网中柴储移动电源的协调及均衡控制策略,同时将储能与柴油发电机作为主电源供电。所提控制在一次下垂控制与二次频率及电压恢复控制的基础上加入均衡控制,并基于不同时间尺度解耦。其中,柴油发电机的均衡控制通过反馈频率控制信号来修正稳定运行点,以补偿调速器测量误差实现出力均衡;储能的均衡控制根据荷电状态偏差动态调节下垂斜率,以实现荷电状态的均衡。所提控制策略不依赖于中央控制器,有利于应急供电的迅速开展。最后,仿真验证了控制策略的可行性与有效性。

  • 基于随机矩阵谱分析的输电线路故障检测算法

    作者:童晓阳; 余森林 期刊:《电力系统自动化》 2019年第10期

    针对基于基波相量体系和时域波形相似度的故障检测算法抗干扰能力不强,提出了一种基于随机矩阵谱分析的输电线路故障检测算法。首先,利用故障线路两侧电流故障分量波形几乎反向的特性,通过滑动的定长时间窗,将线路的一侧电流故障分量与另一侧电流故障分量相反量形成原始矩阵,进行复制、平移、加噪声等处理构造随机矩阵,计算其平均谱半径,并进行谱分析,给出了线路的两个故障检测判据。然后,结合随机矩阵理论的单环定理,给出了阈值的确定办法,分析了各种因素对所提算法的影响。最后,利用IEEE 39节点系统的大量仿真算例验证了算法的有效性,实验表明该算法不受故障点位置、线路重载、非全相运行等因素的影响,在系统发生振荡时也不会误切除正常线路,耐受过渡电阻能力强,对信息的同步性要求不高。

  • 高压直流输电线路保护的前加速

    作者:王俊生; 柳焕章 期刊:《电力系统自动化》 2019年第09期

    目前高压/特高压直流输电工程中基于行波等原理的直流线路快速保护的耐高阻能力不强,而针对高阻接地故障的基于差动等原理的慢速保护的动作速度又很慢。交流线路保护中靠近电源侧的前加速先无选择性地快速动作,而后再通过重合闸来纠正这种非选择性动作。文中将前加速概念引入直流输电线路快速保护中,达到直流线路故障下保护既快速又能适应高阻接地的目的;先动作移相而后通过闭锁等措施来纠正这种非选择性动作。分析了增加前加速段后需要考虑的问题,对故障过渡电阻阻值进行了估算。仿真验证显示线路末端500Ω接地故障约2ms动作时区分区外故障仍然存在较大的裕度。

  • 基于鲁棒后悔度的含风电日前和日内市场两阶段出清优化

    作者:江岳文; 陈梅森; 温步瀛 期刊:《电力系统自动化》 2019年第09期

    由于风电的不确定性,含有风电较多的系统将引入日内市场,以减小实时市场的功率偏差,提高系统运行的经济性和稳定性。文中利用区间模型表示风电出力的不确定性,在日前市场中考虑日内市场风电偏差功率的不确定性,建立日前市场和模拟日内市场联合优化模型;在各个日内市场考虑对应实时市场风电偏差功率的不确定性,建立各日内市场和模拟实时市场联合优化模型。在日前市场和日内市场中考虑购电决策者的后悔心理,以鲁棒后悔度最小为目标,实现分阶段不同时间尺度购电出清优化,提高日前市场和日内市场购电方案的经济性和鲁棒性。最后,基于一个具体算例对优化模型和结果进行详细的分析,体现了两阶段优化出清方法的可行性和优越性。

  • 基于高频数据V-I特性的延时反馈负荷在线快速辨识算法

    作者:韩笑; 邓春宇; 张玉天; 张瑜; 武昕 期刊:《电力系统自动化》 2019年第09期

    研究了一种基于V-I特性的延时反馈非侵入负荷在线快速辨识算法,该算法根据用电设备负荷容感性不变原理,在相同电压背景下,提取每次暂态发生前电路中的稳态周期电流,利用信号一维加减得到上一次投切的用电设备稳定运行时的周期电流,结合居民用户的用电设备操作习惯对目标函数施加约束,缩小可能进行投切的用电设备的组合范围,优化求解确定用电网络中的负荷状态。此外,引入延时反馈识别投切负荷,避免负荷暂态过程对稳态特征提取的影响。利用公开数据集对该方法的有效性进行验证,通过延迟负荷识别可在短时间内准确高效地判断各用电设备的启停时刻。

  • 特约主编寄语

    作者:李建林; 文劲宇 期刊:《电力系统自动化》 2019年第08期

    以风电、光伏为代表的可再生能源出力具有随机性、间歇性和波动性的特点,可再生能源的大规模并网运行给电网的安全稳定运行带来了很大挑战,促使储能的需求向规模化和大容量化方向快速发展。储能技术因其时序能量调节作用,正深刻改变着中国的电力与能源结构。可以预见储能技术的发展与应用将成为风/光等清洁能源规模利用之后,电力能源行业发展的又一关键动因,储能技术的发展已经进入一个全新的阶段,将对电网运行方式以及经济性产生较大影响。

  • 电力系统中储能的系统价值评估方法

    作者:孙伟卿; 裴亮; 向威; 桑丙玉; 李官军; 奚培锋 期刊:《电力系统自动化》 2019年第08期

    储能是未来高比例可再生能源系统的关键支撑技术之一,科学的评价方法是衡量其价值的重要依据。首先,提出储能的系统价值评估方法,全面分析其在电力系统中的价值构成,包括直接价值和间接价值。并给出储能多重应用的协同效应矩阵,分析储能系统价值的特征,全面评估和衡量储能的多重应用价值。然后,建立储能同时应用在削峰填谷、平滑可再生能源和提高供电可靠性的多重价值评估模型,以设备使用率、静态投资回收期和盈利能力指数作为储能的系统价值评估指标。最后,以Garver 6节点测试系统作为算例,计算不同容量配置下储能的系统价值,验证系统价值评估方法的正确性和有效性。

  • 考虑电池储能寿命模型的发电计划优化

    作者:王荔妍; 陈启鑫; 何冠楠; 钟国彬; 康重庆 期刊:《电力系统自动化》 2019年第08期

    电池储能的寿命将受到其运行方式的影响。对规模化电池储能接入电力系统的发电计划优化问题进行了研究,重点考虑了电池储能的寿命模型及其在不同运行方式下的折损与经济性。文中依据电池寿命的影响机理和半经验模型,针对全系统优化的简化建模的要求,归纳出了基于交换功率和基于放电深度两类电池寿命模型,其中基于放电深度的模型可进一步区分为考虑日循环次数和等效循环次数两种计算方式。接着,将电池寿命模型分别内嵌到电力系统的机组组合问题中进行一体化的优化求解,构建了一个混合整数线性规划的数学模型。最后,通过算例分析比较了不同模型的适用性与建模效果。

电力系统自动化

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