交直流混联电网运行控制实时仿真技术研究

现代电网已形成交直流多元件、多系统"混联"运行的格局,运行和控制特性极为复杂,表现为各类电力电子元件的电磁暂态和电网机电暂态过程之间的强耦合特性,传统基于"N-1"潮流或机电暂态仿真的方法在混联电网的仿真分析与控制研究中存在局限性。本文研究了实时仿真技术应用于交直流混联电网仿真的若干关键技术,以实用化的电磁-机电暂态混合仿真技术为核心建立含物理控制闭环的全景实时仿真环境,兼顾大电网仿真规模并精细刻画电力电子快速暂态过程及控制响应。该技术已应用于南方电网典型方式重要风险精确仿真界定、反措仿真验证和安稳控制策略的仿真试验,为复杂电网的精确分析和控制技术研究提供了有效的技术手段。     

科技创新推动电网调控技术进步

正"十三五"期间,国家电网公司特高压电网快速发展,"强直弱交"矛盾突出,风电、光伏等新能源占比持续增加,电网运行控制面临前所未有的挑战。国调中心作为世界上唯一同时运行特高压交、直流混联电网的电力调度机构,面对复杂形势,大力弘扬创新精神,全力提升驾驭复杂大电网的能力。电网运行特性发生深刻变化随着特高压直流工程投入运行和     

燃气–蒸汽联合循环机组在电网故障后恢复的应用

广东电网潮流特性复杂,重大停电检修密集交错,导致网架结构薄弱,系统运行风险加大。为了提高电网故障后的快速恢复能力,对广东电网内单轴式与双轴式燃气–蒸汽联合循环机组特性进行了分析,从而得到其正常运行、调峰与黑启动的经验总结。结合快速切负荷(fast cut back,FCB)技术原理和燃气–蒸汽联合循环机组运行特性进行了建模,提出了考虑负荷爬坡速率与快速恢复时间的优化模型。通过实例数据,验证了该模型的应用对电网故障后快速恢复的有效性、实用性。     

VSC-MTDC输电系统的直流侧运行特性分析与稳态工作点计算

由于换流站数目、控制模式以及指令值的不同,电压源换流器型多端直流(voltage source converter based multi terminal dc,VSC-MTDC)输电系统在实际运行中具有多种运行方式,并且随着电网运行条件的变化,VSC-MTDC输电系统的运行方式也随之改变。因此,直流运行中心需要根据换流站运行特性、电网条件和系统参数等快速确定VSCMTDC输电系统运行控制模式与系统状态量,这对系统调控和安全运行具有重要意义。基于此,分析主导换流站、辅助换流站、定有功功率控制换流站和风电场换流站的直流电压–电流运行特性,推导各换流站在不同控制模式下的特性方程,给出各换流站不同控制模式下的电气量范围。接着,提出VSC-MTDC输电系统稳态工作点的计算方法,完善换流站的控制模式修正方法。最后,以典型的五端直流输电系统为例,Matlab编程验证了直流运行特性分析方法和稳态工作点计算方法的准确性;计算结果表明,该稳态分析方法能够快速准确地计算出VSC-MTDC输电系统的稳态工作点。     

特约主编寄语

<正>分布式电源、电动汽车快速发展,"源、荷、储"交织融合,电力电子装置广泛应用,导致电网的运行形态更加复杂,电网的监测和控制面临"高噪声、多变量、低惯量"等难题,传统的测量技术难以保证电网安全运行和可靠供电的要求。相比传统测量方法,同步相量测量技术能更加全面、快速、准确地掌握电网动态运行工况,支撑更加丰富的运行分析和客户服务需求,显著地提升电网的可测、可观和可控水平。     

考虑运行方式安排的大电网在线趋势分析技术

电网调度运行对掌握未来状态安全变化的迫切性越来越高,针对此问题,结合当前智能电网调度控制系统及其动态安全评估技术的发展,提出了运行方式安排的大电网在线趋势分析技术。该技术基于电网当前运行方式和在线稳定分析结论,利用调度操作调整、调度计划、新能源预报和负荷预测数据,形成电网未来时刻的预估潮流,在短周期内快速评估其安全状况及变化趋势,并给出辅助决策控制策略。该技术已在华中、黑龙江电网得到了应用,为复杂电网调度运行控制提供了预防预控的技术支撑手段,促进了电网控制从经验型向智能型的转化。     

计及大电网安全电压约束的电网自动电压控制研究

随着我国电网规模逐渐扩大,电网结构日渐复杂,需要逐步完善大电网的故障快速稳定控制功能。考虑到大电网故障快速稳定控制对变电站母线电压的安全约束特性,提出了一种在电网自动电压控制系统中考虑大电网安全约束母线电压的无功电压协调控制方法;基于常规协调二级电压控制模型,对安全约束母线和中枢母线的不同调压情况进行分类讨论,并求解出不同重构模型相应的目标函数及约束条件;通过算例证明了所提控制策略能够有效充分利用电网自身的无功调节能力,对提高大电网的安全和稳定性具有指导意义。     

利用社区挖掘的快速无功电压分区方法

针对电力系统无功网络具有强区域解耦性的特点,利用复杂网络理论中的社区网络挖掘方法,即发现复杂网络中的抱团特性,提出了一种电网无功快速分区方法。首先,分析了电力网络的物理特性与运行特性,结合复杂网络理论的相关参数定义,构建了符合电力网特点的拓扑模型;然后,利用社区网络挖掘法对无功拓扑进行了划分,并将结果与其他分区方法进行了对比分析。算例结果表明：兼顾了电网物理与运行特性的社区网络分析法与已有无功分区方法有着近似结果,有一定的合理性,且计算方法简单快速,符合复杂电网分析和工程计算需求。     

电网调控系统通信总线调用链监视与分布式追踪方法研究

电网的快速发展和大规模互联电网的形成,使电网特性由区域模式转向全局模式。电网运行和调度控制均呈现数据密集、通信密集和计算密集的特征,从而形成了复杂的网状服务调用关系以及多层次的消息传输流程,给电网运行态势变化预测和运行风险管控带来了新挑战,亟需对通信总线数据交互过程进行有效监视。首先提出了通信总线的全链路监视与分布式追踪技术框架。然后研究了服务调用链监视和消息分布式追踪的关键技术。最后介绍了工程应用情况。该技术的应用为电网调控系统数据传输和交互提供了全面、直观的状态信息,实现了系统隐患及时发现、故障原因精准追溯,增强了新一代调控系统通信总线运行状态监视和风险控制能力。     

基于复杂电网的电压分层协调控制方法探讨

海南电网系统的运行背景较复杂,网架结构较薄弱,电网电压控制手段较单一,电网电压的运行质量无法满足海南发展需要,因此迫切需要对海南电网的电压运行现状、控制难点和解决措施进行分析,并制定出适用于海南电网复杂形势下的电压分层协调控制策略,增强电网无功电压控制能力,提高电压的运行质量,解决海南电网长期存在的电压控制方式不足的技术难题。     

青海省海西电网光伏接入安全稳定特性分析

对海西电网大规模光伏接入后的电网运行特性进行分析,光伏接入后,海西电网送、受电情况复杂,通过对受电工况和送电工况的研究,提出海西电网运行基本特性,对提高电网安全稳定运行水平具有指导意义。     

基于复杂网络理论的关键输电断面分析

关键输电断面对于电网的安全稳定运行与控制具有重要意义。提出一种基于复杂网络理论的关键输电断面自动搜索方法,为实现电网的实时状态监视与快速分析计算奠定了关键输电断面对于电网的安全稳定运行与控制具有重要意义。提出一种基于复杂网络理论的关键输电断面自动搜索方法,为实现电网的实时状态监视与快速分析计算奠定了基础。该方法利用输电介数指标识别由电网拓扑结构与潮流分布共同决定的关键输电线路,并结合复杂网络聚类算法构造适用于输电断面分析的电网分区方法;在分区的基础上,利用输电断面的特征及其与分区的关系,解决自动搜索过程中的充分性和必要性问题;最后,利用主导线路的输电介数实现了关键输电断面的重要性排序,克服后验式自动搜索方法中需要定量分析安全稳定裕度的缺陷。对中国电科院CEPRI-36系统和某省电网进行仿真计算,验证了所提模型和算法的有效性及对大电网的适应性。     

高比例可再生能源电力系统分析与调控

近年来,为了应对传统化石能源短缺与生态环境恶化,我国可再生能源快速发展,风电与光伏装机容量已居世界第一,将逐步替代火电成为电力系统主力电源。清洁能源的间歇性、不可控性增加了电网运行、控制的难度,大规模交直流混联电网建设在提升长距离送电能力的同时,使得输电网络的机电、电磁暂态特性更加复杂。在此背景下,高比例新能源接入电力系统的协调规划、仿真分析、优化运行、控制保护等众多技术问题亟需解决。     

智能电网综合展示系统研究

针对智能电网建设应用技术复杂、覆盖面广的特点,相关人员需要快速提高智能电网建设和管理水平,智能电网综合展示系统的研究和应用对此将起到积极的引领和助推作用。通过采用目前最为先进的软、硬件技术建设的智能电网综合展示系统可以展示智能电网的所有环节和运行流程,实现一站式全面解读和培训相关智能电网知识之功能。     

基于IEC104规约的省地负荷批量控制技术研究

电网调度自动系统是电网运行控制的基础,其自动化水平影响着电网安全、高效运行。基于D5000平台,开发省地负荷批量控制功能,在电网处于非正常运行状态时省调实现快速、准确批量切除负荷,改变电网运行结构,减少事故影响。该技术研究对提高电网自动化水平,保障电网安全运行具有重要意义。基于IEC104规约探讨其扩展应用,实现省地负荷批量控制功能。工程实际投入运行验证了该功能的可行性。     

我国电网支撑可再生能源发展的实践与挑战

结合我国电网近年来运行实践,对复杂互联电网特性进行了深入分析,概括当前电网主要特点,包括:故障影响呈现全局化、电网调节能力不断下降、电网抗扰动能力持续恶化、电力系统稳定形态更加复杂。对电网支撑可再生能源发展面临形势与存在问题进行了深入思考,包括关于未来电力系统构建、提升大电网仿真能力、优化系统运行控制策略和技术支撑手段、研究解决电力电子装置大规模并网引发的新稳定问题。文章旨在为新能源高比例接入情况下电力系统运行、分析、控制等研究提供思路和方向。     

风电并网下计及机组特性的AGC动态优化控制策略研究

风电的大量接入产生复杂的互联电网运行特性,这需要电网AGC能及时响应能源与负荷的快速、大范围的变化,并根据AGC机组的动态特性发布有效指令,既能进行多时段连续的协调控制,又能保证电网运行的经济性。为此,论文建立了考虑AGC机组动态特性,又考虑风电快速、大范围波动情况下的AGC动态优化控制策略模型。该模型权衡动态优化过程中经济性和指标性的比重,兼顾CPS评价标准,综合发布多时段连续的协调指令。该控制策略模型是一个多约束,大规模,多时段的复杂优化问题,因此采用PSO算法求解运算,结合运行的实际特征,对越限的粒子进行有效处理。通过对某区域AGC策略计算,验证了本控制策略无论是AGC调节费用,还是电网频率或CPS指标等均优于传统的控制策略。     

智能电网调度控制系统综合智能告警研究及应用

随着特高压电网的建设和新能源的快速发展,电网运行特性发生重大变化,现有调度自动化系统告警处理功能已不能适应特大电网一体化运行的发展要求,需要对调度实时监控中各个业务的告警信息进行综合处理,以提高调度对电网运行状态的整体感知能力,以及应对电网故障的紧急处置能力。文中结合智能电网调度控制系统综合智能告警功能的研发和应用,介绍了其整体架构、关键技术,形成了面向调度运行模式的综合告警、设备故障的在线快速诊断以及多级调度间的故障信息实时共享,并给出了示范应用效果以及未来研究展望。     

电网在线动态安全预警与决策系统的建设与应用

1成果介绍随着大区电网互联的快速发展和特高压电网建设的稳步推进,电网的技术水平和复杂程度越来越高,电网运行特性更加复杂;同步运行的设备数量和用户数量大幅增长,交换功率容量显著提高,加剧了电网运行工况和潮流的多变性,对电网的统一协调控制提出了新的要求。     

风电场运行中电网频率和相位信息的检测

风电机组的运行控制需要快速准确的获取电网的频率、相位信息。随着风力发电技术的不断发展,大型风力发电机的运行研究已从电网理想状态深化到电网不平衡状态。本文提出了一种含正负序分离功能的软件锁相环,能在电网含有负序分量和谐波时快速准确的测定电网的频率和相位,为电网不平衡状态下风电机组的控制提供可靠的信息。对该方法的原理进行了详细的分析,并用Matlab/Simulink进行了仿真验证。