在碳达峰和碳中和目标的推动下, 高比例可再生能源接入导致新型电力系统的低惯量特征突出。为保障电网安全稳定运行、支撑可再生能源消纳, 对电力系统惯量相关领域的研究进行综述与展望。阐述电力系统惯量的内涵, 探讨传统惯量、虚拟惯量和等效惯量间的关系, 剖析虚拟惯量控制的物理意义。从惯量来源的角度总结风机、光伏和储能等虚拟惯量控制技术的研究动态及成果, 并对电力系统惯量评估方法进行归纳梳理。总结电力系统惯量相关领域中亟待研究的重点内容并给出建议。

结合新形态电力系统发展实际,阐释电力系统调度必须走向协同的必要性。提出在协调有功平衡过程中,挖掘协同效应,合作地化解不确定性,实现协同调度的研究思路。研究借助主动负荷来消除强不确定性的源协同调度、网络结构形态趋同于源的源网协同调度的理论问题,以及分布自治与全局统筹结合的源网协同聚类框架下的分布一致性的定位与追踪的时变建模、算法及实现。

为解决分布式能源接入场景下用户行为不确定性与需求计划的冲突问题,建立一种基于用户行为预测的分布式光伏智能社区响应策略,通过分布式光伏与需求负荷资源的协调配合,协调用户行为的不确定性与需求计划的制定。建立需求资源的数学模型,采用广义回归神经网络和概率神经网络预测用户行为,形成预前调度措施。基于建立的模型与措施形成光伏社区需求响应整体策略,提出用户自主响应算法以提升用户舒适度。基于分时电价、光照辐射、负荷参数等信息,构建智能家居控制系统并进行仿真分析,预测模型的准确性达96.33%,具有较强的适用性,验证了需求响应策略的有效性,解决了用户行为与需求调度的配合问题,有效降低用户用电成本。

考虑锅炉在频率稳定分析中对机组的影响,提出计及热动态的机组一次调频能力评估方法。构建含锅炉热力学动态过程的扩展系统频率响应(extended system frequency response, ESFR)模型,推导扰动事故后频率动态响应在一次调频时间尺度下的时域表达式。构建综合频率偏移幅值和时间的评估框架,以量化表征一次调频能力。基于广域量测信息计算并校正ESFR模型参数,估计扰动事故后频率动态响应的特征量,实现对一次调频能力的量化。算例分析表明,本研究模型和方法能够减小频率动态响应分析和一次调频能力评估的误差。

为高效分析大规模时滞电力系统的小干扰稳定性,基于现有的部分谱离散化时滞电力系统特征值计算方法,提出一种改进的特征值计算方法。针对现有部分谱离散化时滞电力系统特征值计算方法存在矩阵LU分解计算量大和离散化特征方程存在冗余的问题,通过矩阵初等变换对无穷小生成元离散化矩阵的结构进行优化,解决子矩阵奇异的问题,并消除其中的冗余变量。改进方法能够充分利用优化后的无穷小生成元离散化矩阵的稀疏结构,提高大规模时滞电力系统的关键特征值的计算效率。四机两区域系统、山东电网和华北-华中特高压互联电网的计算结果验证了改进方法的准确性和高效性。

针对含分布式电源配电网的实际运行情况,根据主动配电网的设备调度时间尺度和调节次数,建立一种基于日前阶段、日中阶段以及实时阶段的配电网三阶段优化调度流程,解决分布式电源出力不确定性的影响。在日前阶段,采用配电网动态重构,依据分布式电源出力预测的持续分量进行网络拓扑结构变换。在日中阶段,采用列和约束生成算法处理分布式电源出力的不确定性,建立配电网的鲁棒优化模型,对有载调压变压器、分组投切电容器档位进行再调整,确定下一级在线控制的分布式电源和储能的运行基点。在实时阶段,建立时间解耦的储能平抑分布式电源出力不确定性模型,利用分布式电源和储能可以快速响应特点,在实时风光场景下进行根节点功率波动的平抑。改进的IEEE33节点算例验证了所确定模型的有效性。通过多时间尺度的协调调度,可以有效降低分布式电源出力不确定性带来的影响,提高配电网运行稳定性。

针对新型电力系统实时运行期间,各个新能源机组的一次调频能力难以定量评估问题,源于数据驱动理论,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)和层次分析法的新能源机组调频能力综合评估方法。以新能源机组有功出力、调频持续时间以及机组容量为指标,建立评估指标体系;采用卷积神经网络技术合理预测不同指标的数值,并通过层次分析法确定各指标间的相对权重。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建包含风电场和光伏电站的IEEE 3机9节点模型进行仿真验证,算例结果表明所提出指标可以在数值上定量反映出各个新能源机组的调频能力,也验证了文中所提评估方法的有效性。

基于交直流混联系统解耦求解的思想,提出一种换流站交流滤波器最优投入组数和交直流系统之间最优无功交换量确定方法。对于解耦后的交直流系统,利用连续潮流方法得到换流站无功功率与交流母线电压之间的变化曲线,由此确定不同投切目标下直流输电换流站交流滤波器最优投入组数和最优无功交换量。以某省级交流电网及ZZ换流站为例,得到不同投切目标下换流站最优交流滤波器投入组数,在保证换流站交流母线电压合格的前提下,通过切换投切目标可以增大换流站交流滤波器的冗余度。

提出一种基于小波包变换和相关性分析的中压配电电缆潜伏性故障行波双端测距方法。利用小波包变换对电缆故障相信号进行处理,提取故障特征信号,确定故障行波到达电缆双端的准确时间。通过相关性分析确定故障行波到达双端时刻的时间差,结合一般情况下的高频行波波速及行波测距公式对故障进行定位,并通过仿真验证本研究所提潜伏性故障行波双端测距方法的有效性。

针对大量分布式电源分散接入电网的背景下,电源、电网规划面临的问题,提出电源与电网协调均匀规划的概念。在考虑电源、电网扩建成本作为基础目标的前提下,将输电线路负载率标准差作为均匀性指标嵌入到目标函数中,建立电源、电网扩展规划的优化模型。结合粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm, PSO)与遗传算法(genetic algorithm, GA)的优点以及模型的特点,提出改进的结合粒子群优化-遗传混合算法对模型进行求解。基于IEEE Garver-6系统进行算例分析,验证了该模型的有效性。

针对双馈风机虚拟惯量控制的研究大多聚焦于转子转速恢复策略设计和控制参数优化,难以应对双馈风机出力骤降所带来的频率波动问题,本研究提出一种基于改进虚拟惯量法的频率综合控制策略,在双馈风机退出调频过程中,附加基于风机转速反馈的微分控制环节,降低转速恢复的速度,避免发生风机出力骤降,以抑制频率波动,同时综合超速控制,使双馈风机调频性能更优。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了仿真模型,对比验证了所提控制策略在不同场景下的有效性。算例结果表明,所提控制策略能够改进风机的惯量响应和一次调频特性,有效地避免频率快速变化。

针对目前动态经济调度研究中风电波动性和不确定性引发旋转备用响应风险难以有机考虑的问题,提出一种针对高风电接入比例下的动态经济调度方法。将机组强迫停运引发的旋转备用响应风险有机统一到时间耦合引起的响应风险中,将旋转备用响应风险的用户停电损失期望和弃风损失期望加入目标函数中,在寻求目标函数最小的同时,自动为系统配置适宜备用,保证各时段系统响应风险的一致性。利用改进的多宇宙并行量子遗传算法以及图形处理器(graphics processing unit, GPU)加速技术对模型进行求解。10机系统算例及其分析证明了该方法的有效性和可行性,能够在动态经济调度中准确度量风电波动性和不确定性共同引发的旋转备用响应风险。

为建立一种新型的电力系统灵活性评估方法,实现高比例可再生能源电网的消纳及调峰灵活性的综合量化分析,在电力系统灵活性理论的基础上,将可再生能源的消纳情况纳入灵活性评估的范畴,提出以系统功率供需平衡为核心的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性理论和分析方法。结合不同的可再生能源出力曲线,分析可再生能源接入对系统调峰灵活性的影响机理;基于系统总体的功率过剩和灵活性资源实时的爬坡能力不足情况,从可再生能源消纳灵活性和系统调峰灵活性两个方面构建评估指标;基于某含高比例可再生能源区域电网的实际数据设置算例,对所评估系统的灵活性盈余以及灵活性不足情况进行定量计算,并以可再生能源和储能机组装机量为变量进行工况区分,分析不同影响因素下系统灵活性的变化。算例表明,随可再生能源机组容量的增大,系统的调峰和消纳灵活性均有所降低,但随着储能机组接入容量的增加,高比例可再生能源造成的功率波动与消纳问题得以有效解决,系统调峰及消纳灵活性均有所提高,验证了本研究所提出的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性综合评估体系的有效性。

针对高层建筑电气火灾监控系统物联终端信息交互的互联互通问题,分析其功能通信需求,基于IEC 61850对电气量采集和非电气量采集等功能所需信息模型进行研究,补充建立了位置信息逻辑节点,对监控终端设备进行信息建模并提出工程配置方法。将本研究信息模型应用于武汉某园区建筑,解决了监控系统终端互联互通的问题,实现了高层建筑电气火灾的实时监控。