计及风电不确定性的含UPFC电力系统的两阶段最优潮流

风速具有随机性和不确定性,大规模风电场的并网会影响电力系统的稳定性,而统一潮流控制器(UPFC)具有实时潮流控制能力,有利于系统稳定。建立计及风电不确定性的含UPFC的最优潮流模型,由日内滚动调度和实时调度两阶段组成。日内滚动调度阶段不考虑风电出力预测误差,制定机组出力计划,优化运行成本;实时调度阶段根据风电出力预测误差调节UPFC参数,实时修正运行计划,并进行潮流优化,以保证系统安全可靠。以IEEE 14节点系统和某实际系统为例进行算例分析,结果表明,所提模型可以通过UPFC的参数控制有效减少风电预测误差带来的影响,从而提高系统的经济性和安全性。     

计及换流器损耗的风电经柔直并网系统的随机最优潮流模型

由于风电的随机性和不确定性,使得风电大规模并网后电力系统的安全稳定运行难度增大,因此有必要对风电经柔直并网系统的随机最优潮流展开深入研究。提出一种计及换流器损耗和风电随机性的风电经柔性直流并网的随机最优潮流模型。首先,建立风电功率数学模型和计及换流器损耗的VSC-HVDC数学模型,考虑风电并网时换流站的不同控制方式;其次,利用场景法模拟风电功率的不确定性,并通过Kantorovich距离的场景削减技术提高计算效率,构建风电经柔性直流并网系统随机最优潮流模型,采用内点法对优化模型进行求解,利用统计学方法计算目标函数的数字特征;最后,以修改的WECC 2机5节点系统和IEEE-118节点系统为例进行仿真分析,验证所提出优化模型的合理性和有效性。     

统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用

大规模风电并网改变了原来电网的潮流分布、线路传输功率以及电网故障时的暂态特性。将统一潮流控制器(UPFC)应用于异步风电机组并网的环形输电网络模型中,研究UPFC改善风电并网的性能。通过设计UPFC并联侧的双闭环反馈控制,设置风电输出线路三相短路故障来研究UPFC提高风电场低电压穿越能力。再建立UPFC串联侧有功与无功的独立控制系统,向输电线路输出补偿电压,研究其优化风电并网系统的潮流分布能力。在Matlab/Simulink软件中建立模型,仿真结果表明基于UPFC强大的无功补偿能力与潮流控制能力,UPFC能够显著提高风电并网的低电压穿越能力和优化潮流分布。     

计及频率考虑风电分担加速功率的两阶段经济调度

风电不确定性引起的预测误差会对系统经济调度产生影响,针对此问题,本文采用不同时间尺度两阶段经济调度模式进行优化.第1阶段不计风能不确定性以火电发电成本最小为目标建立日前24 h调度模型;第2阶段以第1阶段机组出力为基础对风功率进行不确定性建模,以频率偏移和网损最小为目标建立日内1h实时调度模型,此阶段为考虑频率质量将动态潮流计算引入优化调度中,且基于动态潮流计算系统中加速功率由风、火、荷按一定的比例共同分担,其中风机根据调频能力与风速和减载水平有关的特性,在不同风速下通过超速或变桨整定出不同等效静调差系数以更好发挥风电分担加速功率的作用.模型通过多目标粒子群优化算法形成基于Pareto曲线的最优前沿解集.最后以改进的IEEE 14节点系统为例对所提方案进行仿真验证.     

基于自适应风电功率场景选取的有功调度模型

大规模风电并网给电力系统优化调度带来了新的挑战。考虑到风电功率场景选取与系统有功调节能力之间的内在联系,提出一种风电功率场景自适应选取方法,该方法可以根据系统有功调节能力动态调整各场景的功率区间范围。在此基础上,建立了基于场景分析法的风电并网系统有功调度模型。通过对不同场景选取模式下条件期望再调度成本的比较,分析了风电功率场景选取对有功调度的影响。算例分析表明,所提模型和方法可以有效地获得对风电功率不确定性适应力更好的有功调度方案。     

基于多场景变权多目标优化的UPFC在风电并网系统中的配置方案研究

风电出力与负荷的双向随机性使得电网潮流存在较大的不确定性,易造成电压失稳和线路传输功率过载等问题。统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以通过控制线路潮流和稳定节点电压,使风电并网系统运行的安全性、经济性大大增强。针对现有UPFC配置方法存在的未能充分考虑系统运行场景的不确定性及多场景下权重差异性的缺点,建立UPFC多场景变权多目标优化配置模型。利用K-means聚类方法对风电出力-负荷进行场景划分,以有功网损、电压偏移率和负载均衡度以及UPFC安装成本为优化目标,利用NSGA-II算法对UPFC的安装数量、位置、容量进行优化,并提出多场景熵权-层次分析法对Pareto解集排序,得出UPFC配置的最优方案。算例对IEEE 30节点系统进行仿真计算,验证了该模型和算法的正确性和有效性。     

基于半不变量法的含风电场电力系统随机潮流分析

提出了一种基于半不变量法与Edgeworth级数法相结合的随机潮流分析方法,并将其应用于含目前主流风电机组——双馈风电机组组成的风电场的电力系统潮流分析中。本文使用两参数Weibull函数拟合风速分布,由风电机组风速功率特性确定风电机组的概率模型,并基于线性化交流潮流模型,对含风电场的IEEE 30节点系统进行了计算,最后与蒙特卡洛模拟方法对比分析了风电并网对电力系统运行的影响。     

考虑风电不确定性的两阶段模式经济调度

由于风电不确定性不仅影响火电厂出力的分配,而且影响系统频率的变化,为了在经济调度中考虑这方面的问题,提出采用两阶段优化调度模式。第1阶段基于马尔可夫链利用历史风速进行调度日风速的初步预测,得到风电出力的预测值,并以火电机组发电成本最小为目标,确定火电厂的基础出力;第2阶段利用调度日已发生时段的风速,基于多场景概率法修正第1阶段预测风速,结合动态潮流将不平衡功率由各机组按比例分担,建立以频率偏差和网损最小为目标的实时优化调度模型,确定各机组实际出力。最后通过粒子群优化算法形成基于Pareto曲线的多目标解集,并以IEEE9节点为例进行仿真验证。     

基于统一潮流控制器和拓扑调整的海上风电功率控制策略

针对大规模海上风电并网对陆上电网运行带来的影响，结合海上风电与输电系统互联，逐步形成“海上电网”的新趋势，提出一种基于统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和拓扑调整的海上风电功率控制策略，对具有互联效应的海上电网中的潮流分布进行控制，构建陆上电网最优潮流和含UPFC和拓扑调整的海上风电功率控制两层联合优化运行模型。算例结果表明，提出的UPFC和拓扑调整的联合控制策略可以较好地控制海上风电功率在各个并网点之间的功率分配，实现陆上电网对海上风电功率在各个并网点功率分配的需求，有利于海上风电友好地接入陆上电网。     

基于非参数核密度估计的风电场有功功率双层优化模型

为有效解决风电出力不确定性导致的机组组合问题,基于非参数核密度估计风电功率预测误差概率密度分布,提出一种日前-实时阶段的双层优化模型。首先,基于风电功率预测误差概率密度分布,构建风电功率上下波动域。其次,建立非参数核密度估计风电最佳置信水平的双层优化模型,上层以风电-火电协同运行成本最小为目标,下层以风电和火电输出功率控制偏差最小为目标,并通过CPLEX求解器进行模型求解。最后,在改进的IEEE 30节点和改进的IEEE 118节点系统中,采用中国新疆地区某风电场实际数据进行验证。实验结果表明,文中所提模型可以降低系统运行成本,并且可以协调风电和火电的实时输出功率,抑制风电场有功功率波动。     

考虑风电不确定性的VSC-MTDC互联系统 两阶段交直流最优潮流

考虑不确定性风电通过多端柔性直流(VSC-MTDC)并网对交流系统运行的影响,提出了计及风电不确定性的VSC-MTDC互联系统的两阶段交直流最优潮流模型。围绕多端柔直参与实时调度的优化展开,基于"多级协调、逐级细化"的调度思路,在日内滚动阶段根据风电短期预测数据优化发电机的运行成本。在实时调度阶段根据风电超短期预测数据不断调整优化VSC换流站的控制指令和缓冲机组出力,及时修正风电短期预测误差对交流系统网损与电压水平带来的影响。将所提出模型应用于IEEE30和IEEE118节点算例中,验证了所提模型的有效性和可行性。     

变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究

针对并网后变速恒频双馈风电机组的优化运行及其与电网的协调问题,依据分段分层控制思想,提出了变速恒频风电机组的并网控制策略:按照风速将风电机组的控制分为两个阶段,即低风速的最大风能追踪控制阶段和高风速的恒功率控制阶段,同时依据分层思想将风电机组电气部分的控制分为参考值的整定和对参考值的跟踪两层控制.利用该分段分层控制策略,对北方某风电场及其接入系统中风电机组的运行特性和接入系统中关键性节点的电压特性进行了仿真分析,结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的优化运行,而且能较充分地发挥风电机组中双馈发电机的无功调节能力,提高风电机组并网后的电压稳定性,保证全网无功优化运行.     

双馈风电机群并网系统时变最优潮流的优化追踪方法

针对风力发电功率不确定性引起的风电系统并网点及内部节点的电压协调控制在优化速度上难以追随的问题,建立了双馈风电机群并网系统时变最优潮流的优化追踪模型,并给出了模型的在线快速求解方法.在实时量测、通信技术使风电系统可观测的前提下,该模型和求解方法着眼于极短优化周期内风电系统状态量变化微小的特点,通过保留泰勒展开一阶项使模型线性化,得到时变的线性优化模型,实现模型的毫秒级求解,从而实时追求风电系统的最优潮流状态.该方法利用双馈感应发电机有功、无功功率间时变的调节范围,协调各机组的有功、无功功率输出,以挖掘双馈风电机群电力电子化技术下的快速调控潜力.对某实际双馈风电机群并网系统进行算例分析,分析结果表明该方法能够有效缓解并网点和内部节点的电压问题,实现风电系统的时变最优潮流追踪.     

含风电场最优潮流的Wait-and-See模型与最优渐近场景分析

精确模拟风功率分布的场景,有效求解反映风电随机性的最优潮流模型,对大规模风电并网的经济调度、质量控制及安全运行均具有重要意义。引入风电随机变量,建立最优潮流的"wait-and-see"(WS-OPF)模型;采用优于其他指标的瓦瑟斯坦(Wasserstein)距离为衡量指标,形成与风功率概率分布最优近似的场景模型,生成渐近最优场景,获得潮流分布及机组最优出力等指导调度安全经济运行的重要信息。最后,以IEEE 30和IEEE 300系统为例,对比各种距离指标的模拟精度,验证Wasserstein距离的优良性;同时,与不考虑风电随机性的模型相比,WS-OPF模型能更好地模拟风功率随机特性,提供与实际发生的风功率相近的调度方案,从而合理地规避风电接入电网的风险,提高风电的消纳能力。     

计及火电机组深度调峰成本的大规模风电并网鲁棒优化调度

规模风电并网背景下,电力系统加大火电机组的调峰深度,充分挖掘现有下调备用空间,将是应对风电出力不确定性的有效方式之一。文中考虑火电机组工作在深度调峰(DPR)方式下的附加煤耗损失和机组寿命损耗,提出了计及火电机组DPR成本的规模风电并网鲁棒优化调度模型。考虑风电出力不确定性,建立了包括基于风电出力预测场景的调度主问题和基于极端场景的调控子问题的两阶段鲁棒优化模型,并引入不确定度参数控制调度计划的保守性,最终优化出经济性最优的鲁棒日前调度方案。基于算例分析证明所述模型的合理性与有效性。     

无刷双馈异步电机潮流建模和收敛性研究

针对并网无刷双馈异步电机(BDFM)风电机组潮流计算问题,发现在最大功率点跟踪(MPPT)方式下,BDFM有功出力与电网运行条件有关;提出BDFM与电网联立求解潮流模型。对于受功率调度的BDFM,发现有功参考值在低风速下可能得不到满足,将导致潮流发散;提出两阶段潮流模型:首先判断功率调度是否有效,然后选择BDFM潮流约束和求解方法。为改善潮流收敛性,提出基于转差率或支路功率的BDFM初值算法。给出IEEE RTS系统中BDFM参数计算结果,以验证所提BDFM潮流算法的可行性和正确性。     

考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法

风电功率由于其随机性和波动性,接入系统后对于主网潮流分布有着较大影响,且大规模风电场大多距离接入点较远,功率汇集后并网有着较大的无功需求,因此风电场不同接入方案对电网运行安全性和投资建设经济性影响显著.传统直流规划模型无法计算系统无功潮流及功率损耗,也无法将主网母线电压及汇集站节点电压进行有效约束,规划结果精确度差甚至某些情况下可能产生不可行方案.文章统筹考虑风电场直接并网和经汇集站汇集后并网的不同并网方式,以经济性最优为优化目标,提出一种风电场集群接入系统协调规划的混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型.该模型采用交流潮流模型,可有效计及风电并网功率与系统有功、无功潮流及线路损耗、节点电压之间的耦合关系.利用随机优化方法,通过考虑基础场景与随机场景来平衡风电出力随机性带来的经济性和安全性问题,规划方案更加经济灵活.最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性.     

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。     

基于统一潮流控制器的并网风电场潮流分析

风电场因风速变化的不规律性将导致并网系统电压失稳.统一潮流控制器(UPFC)是柔性交流输电系统(FACTS)中功能最为全面的器件,能够维持风电场电压及并网系统的稳定运行.根据异步风力发电机的数学模型,以及UPFC的工作原理和控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了安装UPFC的风电并网系统模型,通过仿真风速突变时风电场的电压和功率情况.仿真结果表明,UPFC能够控制线路潮流,并能维持风电机组和系统的稳定.     

基于乘子罚函数法和解耦法的含TCSC电力系统网损优化

为提高系统运行的可靠性和经济性,在传统的潮流计算基础上加入可控串联补偿器（Thyristor Controlled SeriesCapacitor,TCSC）,可实现对电力系统的网损优化.在不改变原网络节点导纳矩阵对称性的条件下,根据TCSC的基本结构和性质,将TCSC对网络的影响等效为节点附加注入功率,建立了针对可控串联补偿器的网损优化数学模型,并将其作为等式约束条件加入到网损优化模型中,将含TCSC支路功率及TCSC参数约束引入到不等式约束条件中.通过算例验证,用乘子罚函数法和解耦法的计算结果正确,同时也表明了利用可控串联补偿器可以实现网损优化,有利于系统的经济运行.