基于多精英协同进化单亲遗传算法的光伏电站功率汇集系统多目标分层优化

针对大型光伏电站功率汇集外送拓扑设计问题,提出一种基于多精英协同进化单亲遗传算法(MCPGA)的多目标分层优化设计方法。首先深入阐述大型光伏电站功率汇集系统的构成,建立详细的数学优化模型。其次采用所提出的多精英协同进化单亲遗传算法进行拓扑结构优化设计,运用蒙特卡罗法进行可靠性分析。将经济性和可靠性指标作为汇集系统拓扑结构优化设计的评定指标。最后通过一算例仿真验证,所提方法是有效和实用的,算法收敛速度较快,从而为大型光伏电站汇集拓扑规划提供了有效的优化设计方法。     

适用于海上风电场的新型高压直流变换器与直流故障隔离

传统的海上风电场通常使用占地面积大且价格昂贵的变压器,以及高压交直流变换器具有双向功率流通功能,增加了海上风电升压平台的体积和重量,经济性较差。因此,直流电网技术将成为深远海大型海上风电系统并网有效解决的方案。该文提出一种适用于海上风电系统直流汇集和传输的非隔离型、高升压比直流变换器新型拓扑结构,可以低成本连接高电压差直流电网,设计多工况下单向功率流控制方案。所提直流变换器的主要挑战是平衡每个桥臂上子模块电容电压,为此,提出相关的闭环控制策略。基于Matlab/Simulink软件对所提拓扑进行稳态和短路故障仿真分析,最后,搭建实验平台,验证所提理论分析的合理性。     

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段,送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题,海上平台工程建设成本高,而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先,通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构,明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀,具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后,进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑,介绍了所提拓扑的基本工作原理,并搭建了仿真模型和实验平台,仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后,与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明,基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。     

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.     

基于通用生成函数的海上风电集电系统可靠性与经济性评估

集电系统的可靠性与经济性对整个海上风电场的经济效益和可靠运行有重要影响。在考虑海上风电场集电系统多状态特性的基础上,对交直流集电系统的多种拓扑进行研究,提出了基于通用生成函数的集电系统可靠性评估模型和指标,该方法可以实现多状态系统的有效化简,并建立交直流集电系统经济性评估模型。算例分析以一个装机容量400 MW的大型海上风电场为例,结合拓扑结构、交直流方案和风电机组容量对集电系统可靠性与经济性进行对比。结果表明,交流集电系统的可靠性仍然高于直流集电系统,但直流集电系统一些拓扑结构有成本优势。通过灵敏度分析说明了集电电压对集电系统电缆损耗成本和可靠性的影响。     

考虑多维应用场景的MMC-MTDC系统拓扑选择和参数配置

针对基于模块化多电平换流器的多端柔性直流 (MMC-MTDC) 输电系统,提出考虑应用场景多维特征的拓扑选择和参数配置方案。根据时间特性、空间分布和资源容量3个维度的场景特征,建立考虑拓扑差异的多端MMC-MTDC输电系统全寿命周期经济性优化模型。提出改进的二阶锥规划(SOCP)松弛方法,将非凸的二次优化转化为SOCP,得出不同应用场景下经济性最优的拓扑结构,制定相应设备出力及线路容量等参数配置方案。参考中国张北柔性直流电网和舟山多端柔性直流输电工程参数,设计对应长、短2种输电距离典型应用场景的四端和五端MMC-MTDC输电系统。从全寿命周期内的总经济效益、新能源消纳率和网损大小3个方面对3种拓扑结构进行经济性分析,验证所提拓扑选型方法的效果。     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

多功能直流集电器概念及其全直流海上风电系统

直流汇集与输送是未来大规模海上风电系统的主要发展方向之一。为了实现低成本、高效率和高可靠性的海上风电全直流组网与输送,该文提出一种多功能直流集电器概念及其海上风电直流组网方案。通过引入直流集电器对风机单元进行能量汇集和级联升压,所构成的全直流组网系统不仅减小了机侧换流器规模和海上换流站平台,同时消除了风机的功率波动对于风场内网电压的影响,使得各个风机均可实现最大功率追踪并维持原有的控制和保护架构。此外,直流集电器概念的提出使得海上风电系统的运行更加灵活,同时兼顾故障隔离、动态切入切出、直流耗能运行等多种模式,为远距离大容量的海上风电建设提供了一种切实可行的解决方案。最后,通过搭建基于直流集电器的全直流海上风电系统的仿真模型,验证了所提方案的正确性与有效性。     

远海风电场直流汇集用DC/DC变换器拓扑研究

远海风电场直流汇集方式可避免交流汇集系统中存在的多级升压、大量电抗接入和系统稳定性差等问题,具有投资设备少、汇集系统简单可靠等技术优势。作为风电场直流汇集系统中的核心设备,高变比DC/DC变换器的拓扑研究尤为重要。首先,研究了风电场并联型直流汇集系统的组网架构、系统控制和汇集系统电压选择等问题;其次,从功率、电压变比和隔离等角度对风电场直流汇集用中、高压DC/DC变换器进行了技术需求分析,为DC/DC变换器拓扑设计提供约束条件;然后,在考虑现有器件水平的基础上,提出了适用于风电场直流汇集的移相多重化三电平和模块化多电平DC/DC变换器的电气拓扑及其控制策略;最后,通过仿真验证了所提中、高压DC/DC变换器电气拓扑的可行性,并表明所提DC/DC变换器的控制满足并联型直流汇集系统的控制要求。     

江苏如东海上风电场并网方式及经济性分析

为了合理选取适用于江苏如东大规模集群式风电工程的并网方案,首先分析比较了基于交流输电方式和柔性直流输电方式的海上风电并网技术的优缺点。然后给出了基于柔性直流输电方式的海上风电场并网的几种典型拓扑,并对各种并网拓扑的优缺点进行分析。在此基础上,对规划建设中的江苏如东大规模集群式风电工程的并网拓扑展开研究,提出了全交流、交流和直流点对点、交流和直流环形、交流和直流星形4种典型的并网方案。最后,选择经济性比较范围,采用现金流折现模型,从设备成本、维护成本和损耗费用3个方面计算了所提方案的总成本,进行了经济性比较和分析。结果表明,该工程采用全交流方式时经济性最佳,其次分别为交流和直流点对点混合并网方式、交流和直流星形混合并网方式、交流和直流环形并网方式。     

考虑直流联络线功率调整的跨区风电消纳模型

为了应对风电在西北地区难以大规模消纳带来的挑战以及当前跨区域电力外送方式存在的问题,考虑直流联络线功率调整以促进跨区域风电消纳成为目前的研究热点。首先以受端电网的直流接入量为目标,优化得到了其直流功率安全接纳限值;然后结合该值以送端电网内火电成本、弃风成本以及直流联络线功率偏差惩罚成本之和为优化目标,同时考虑直流联络线功率的优化以及送端电网内的安全运行约束条件,建立了一个混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,M IQP)模型;最后以具有高压直流外送通道的西北某电网为例对模型进行了验证。仿真结果表明所提模型能够促进风电的跨区域消纳,提高互联系统的经济性。     

基于单向电流型AAMC的海上风电直流送出方案

经济高效的海上风电输电系统是推进海上风电开发的关键因素。据此,提出一种海上换流站采用单向电流型桥臂交替导通多电平换流器(UC-AAMC)的海上风电直流送出方案。首先,对UC-AAMC的拓扑结构和运行原理进行说明。然后,提出了适用于海上换流站UC-AAMC的无源网络控制策略。与常规柔性直流输电方案相比,所提方案能够减少海上换流站的投资成本,提升工程经济性。与基于二极管不控整流单元的直流输电方案相比,所提方案无须改变风电机组控制策略,并且可以实现由陆上电网向海上风电场的功率反送。最后,通过PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提方案的有效性。     

风电集群接入系统规划的混合整数线性模型

作为大规模风电集中并网的首要环节,风电集群接入系统研究方面缺乏有效可靠的规划方法。在风电集群并网输电工程各项费用建模的基础上,以规划的整体经济性最优为目标,综合考虑各风电场年出力特性及工程规划实际情况,结合等效重构、栅格地图、分段线性化等方法,提出了风电集群接入系统规划的混合整数线性规划模型。该模型能够对实际大型风电基地工程中风电集群的划分、并网输电工程的容量配置、汇集升压站的优化选址和风电场公共连接点的选取等方面的决策进行综合协调优化配置,获取整体经济效益最优的方案。为增强模型的实用性,提出了汇集升压站局部选址优化方法,使得在提升模型精度的同时,缩短模型求解的时间。算例结果验证了所提模型和方法的有效性。     

均值–方差模型在风电并网系统无功优化中的应用

针对风电并网的无功优化问题,提出基于均值–方差模型的风电并网系统无功优化模型。该模型以有功网损的均值作为无功优化控制策略的经济性指标,以网损的方差作为风险性指标,同时考虑经济性和风险性;模型采用应用反向学习策略的群搜索算法进行求解。采用含风机和无功补偿装置的IEEE-14系统作为算例,将系统的有功网损优化结果和节点电压偏移量与传统的有功网损最小化这一目标函数的无功寻优控制策略结果进行对比,验证了所提出模型的有效性。     

含HVDC与P2G的跨区域电-气互联系统优化调度

远距离直流外送和电能转换存储是实现高比例可再生能源消纳的重要手段。考虑跨区层级高压直流输电(high-voltage direct current,HVDC)和区域内电转气(power to gas,P2G)相配合,提出面向大规模风电消纳的跨区域电-气互联系统优化调度策略。首先,针对HVDC功率传输计划独立编制难以匹配风电出力强随机性的问题,建立HVDC阶梯式运行优化模型。同时,考虑风电反调峰特性提出利用P2G进行风电转换,并与天然气系统管存配合实现间接存储。然后,综合考虑系统电压稳定性等安全约束条件,以系统运行经济性最优为目标建立日前优化调度模型,并针对模型非凸、非线性问题,采用电压幅值精确计算的线性化潮流和分段线性化方法进行处理。最后,通过多个场景仿真分析,验证了所提优化策略的有效性和经济性。     

计及火电机组灵活性改造的电源扩展弱鲁棒规划

风电出力的不确定性给电力系统规划与优化运行带来较大挑战。对火电机组进行灵活性改造能有效提升电力系统的灵活性、促进风电的消纳。文中利用盒式约束与1-范数约束对不确定风电出力进行建模,考虑火电机组的灵活性改造技术优势和经济耗费,从电力系统价值整体提升的角度出发,建立了以投资费用与系统运行成本之和最小为优化目标的电源弱鲁棒优化规划模型。所提模型改善了传统鲁棒规划模型的保守度,提升了规划方案的经济性。以改进的IEEE-RTS24节点系统与区域电网实际系统对所提模型进行仿真分析,算例结果验证了所提模型的鲁棒性与经济性。     

一种基于二重移相变换的大容量海上直流风机及控制技术EI北大核心CSCD

海上风电场采取直流汇集方案,相较于交流汇集无需笨重的工频变压器,避免交流电缆带来的过电压问题,系统效率更高。直驱风机作为海上风电场的主流机型,通过直流转直流电源(DC/DC)变换器的设计和机组控制策略的改进可实现直流并网。首先依据机组直流并网需求提出一种二重化移相三电平DC/DC变换器方案,优化设计双占空比调制策略,分析子变换器功率传输特性;其次建立直流风机的控制策略,实现机组正常工作时最大风能跟踪目标,并且保障故障期间机组的安全稳定运行;最后通过仿真算例验证所设计DC/DC变换器拓扑的可行性和直流输出型直驱风机控制策略的有效性。     

风电高渗透率交直流外送系统直流闭锁稳控方案研究

针对特高压直流闭锁后的交流系统暂态过电压问题,深入剖析了直流闭锁后盈余的无功功率、短路容量与交流系统暂态过电压的关系,对比分析了安控切风电与极控切滤波器时序对交流系统暂态过电压的影响。提出基于风电机组故障穿越能力的交流系统稳控方案以及相应的暂态过电压抑制措施。以DIg SILENT为平台搭建哈密电网仿真模型,对所提稳控方案及暂态过电压抑制措施的正确性和可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提稳控方案及暂态过电压抑制措施可有效降低系统暂态过电压,规避风电机组连锁脱网的风险,并有利于交流系统电压恢复。     

考虑载荷与网损均匀性的配电网拓扑多目标规划

配电网拓扑结构规划中除经济性外还需考虑配电网拓扑结构可靠性。针对配电网拓扑结构研究中存在特征指标单一、难以对配电网拓扑特征均匀性进行科学评估从而影响规划可靠性的问题,提出一种综合考虑配电线路荷载率和网损率的基于均匀分布系数的配电网拓扑结构均匀规划方法。提出以荷载率拓扑熵和网损率拓扑熵来衡量配电网的网络拓扑结构,并将二者的加权和定义为均匀分布系数指标,用以表征配电网网络拓扑结构的均匀性。在此基础上,建立了以配电网经济成本最小和均匀分布系数最大为目标的配电网多目标规划模型,以提高配电网规划的经济性和可靠性。通过仿真分析验证了所提方案的合理性和优越性。     

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源,是未来风电发展的主要趋势,目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）具有明显的经济优势和发展前景,是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性,以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑,提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案,通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz,可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时,提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略,其中,机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对所提方案的可行性进行验证。