電氣工程

大規?；ヂ撾娋W低頻振蕩分析與控制方法綜述

宋墩文，楊學濤，丁巧林，等

摘要：目的：為適應能源資源逆向分布需求，我國業已形成規模龐大、結構復雜、運行方式多變的交直流混聯大電網。電力系統動態過程可能出現多種類型振蕩，系統互聯、小干擾穩定性較弱引發的低頻振蕩問題是危及電網安全運行、限制電網發電能力、阻礙大型機組按設計滿負荷并網發電以及制約電網傳輸能力的關鍵因素之一。低頻振蕩問題最早于20世紀60年代提出，經過約半個世紀發展，相關學者在發生機制、分析方法和控制措施等方面進行了較為廣泛的研究，對低頻振蕩問題的認識獲得了很大進步。同時，由于問題的復雜性，目前在我國實際電網中，低頻振蕩事件仍時有發生。因此有必要對以往研究成果進行系統梳理和總結，并根據實際電網低頻振蕩新特點，采用新的控制技術手段，對相應防控技術開展進一步研究。方法：按照低頻振蕩機理研究、分析方法、抑制措施和結論展望4個層面展開。首先梳理了工程和學術界提到的低頻振蕩機理解釋，考慮到相關機理出現頻次、發展程度，依次對負阻尼振蕩、強迫振蕩、參數諧振、非線性振蕩核心概念進行了闡述，對其概念由來、發生背景、發展現狀進行了系統說明。其次，從計算原理、信息源分類、適應場景等不同角度出發，對低頻振蕩分析方法進行歸納總結，主要包括已經被廣泛應用于實際工程的特征值分析法、改進Prony方法以及代表當前發展趨勢的在線辨識算法，尤其是明確了各種方法的使用目標。再次，按照控制對象和控制原理，對能夠抑制低頻振蕩的控制措施進行了分類總結，包括優化電網結構類措施、附加控制類措施、運行方式調整類措施及協調控制措施。最后，面向電網安全運行實際應用，提出了有待進一步探索和解決的 7個研究方向，為后續研究提供了系列思路。結果：低頻振蕩防控對于保障電力系統安全穩定運行具有重要的基礎性意義，對低頻振蕩領域的階段成果進行了全方位總結和分類。針對低頻振蕩每一個具體研究層面，根據物理本質或出發角度，通過逐層深入的“樹狀”體系進行闡述，并對重點熱點問題開展了不同程度分析。低頻振蕩機理層面，梳理闡述了包括負阻尼振蕩、強迫振蕩、參數諧振及非線性振蕩4種機理；分析方法層面，總結了2類特征值分析法、4類改進目標的Prony方法、6類在線辨識方法；控制措施層面，包括2類優化電網結構措施、3類附加控制措施、調度運行方式調整措施及協調綜合控制措施。文章系統展現了低頻振蕩研究現狀框架，指出了現有成果存在的問題，結合電網發展，為低頻振蕩進一步分析和研究指示了方向。結論：低頻振蕩專題研究目的在于實現振蕩有效抑制。需要吸取多種分析方法優勢，在線辨識振蕩類型，實現低頻振蕩協調控制總目標?；诰C合分析內容，提出低頻振蕩領域需要探索和解決的7個問題，包括強迫振蕩源搜索捕捉方法及傳播規律、諧振類型低頻振蕩機理分析、不同機理低頻振蕩特性深入比較、在線辨識算法優勢有機結合、基于WAMS的多機理低頻振蕩實時跟蹤及防控支持系統研發、基于WAMS的低頻振蕩傳播路徑跟蹤、新型控制器研發、WAMS通信時滯解決方案研究等主要研究方向。

來源出版物：電網技術, 2011, 35(10): 22-28

入選年份：2016

大規模風電參與系統頻率調整的技術展望

劉巨，姚偉，文勁宇，等

摘要：目的：電力系統運行是一個發電與負荷實時平衡的過程。當系統發生頻率變化時，常規同步發電機因為其轉速和系統頻率之間的耦合關系，快速改變其有功出力來保障系統頻率恢復到正常允許范圍。然而利用變頻器控制的風電機組通常與系統頻率完全解耦，不具備響應系統頻率變化的能力。為了保障大規模風電并網后的系統頻率穩定性，各國風電并網導則均要求風電場需要具有參與系統頻率調整的能力。為了補償風電隨機性帶來的系統備用電源不足，消除風電機組弱頻率響應能力產生的系統頻率穩定問題。從風電參與調頻的控制策略以及風電參與調頻的能力評估兩個方面進行了綜述、分析和展望。方法：風電參與系統頻率調整的問題主要由兩方面組成，第一個是風電如何參與系統頻率調整，第二個是風電參與系統頻率調整的能力如何。對于第一個問題，風電機組參與系統頻率調整的方法包括模擬慣量控制、下垂控制、轉子轉速控制、槳距角控制以及協調控制。風電場參與系統頻率調整則主要解決功率協調分配、轉速協調恢復以及風電場與新型電力元件間的配合等幾個技術要點。對于第二個問題，利用統計分析的方法對比風電機組、風電場群與等容量常規同步發電機組的快速調頻能量大小，以等容量常規同步發電機的調頻能力為基準，評估風電場參與系統頻率調整的能力。結果：（1）風電機組采用模擬慣量控制、下垂控制以及轉速控制可以為系統提供短暫的頻率支撐，為常規調頻機組的動作提供響應時間，但是其對頻率支撐的時間非常有限。（2）風電機組在減載運行情況下，采用轉速控制、槳距角控制以及協調控制方式能夠長時間參與系統頻率調整。（3）風電場參與系統頻率調整時需要在場內機組間協調好功率分配以及轉速恢復，避免風電場內部機組被保護裝置強制切除或引起系統頻率二次跌落。（4）風電場在全年大約40%時間里能夠提供的調頻容量比等容量同步發電機多；另外的大約40%時間內風電場能夠提供調頻容量，但是比同步發電機能提供的調頻容量??；其余20%的時間里，風電場根本不具備任何有效的調頻能力。結論：（1）雖然模擬慣量控制、下垂控制、轉子轉速控制、槳距角控制以及協調控制可以有效協助風電機組參與系統頻率調整，但現階段風電場層面以及系統層面調頻控制策略的研究才剛剛起步，尋找風電參與系統頻率調整的完整解決方案仍亟待解決。（2）儲能作為一種快速功率響應元件，其為風電場參與系統頻率調整提供了一條解決思路，也將成為未來解決大規模風電并網問題的熱點技術。（3）如何在滿足安全穩定約束條件下優化協調風電場與常規發電機組之間的調頻能力，充分發揮風電自身調頻能力也將是未來研究的一個熱點。

來源出版物：電網技術, 2014, 38(3): 638-646

入選年份：2016

自動需求響應的理論與實踐綜述

高賜威，梁甜甜，李揚

摘要：目的：自動需求響應不依賴任何人工操作，通過接受外部信號觸發用戶側需求響應程序，從而提高需求響應的時效性、可靠性、靈活性和成本效益。目前美國勞倫斯伯克利國家實驗室的需求響應研究中心已開發出支持自動需求響應的通信架構，并開展了一系列相關研究和試點工程。但國內需求響應的自動化遠未實現，在自動需求響應的學術研究、工業實踐等方面也都極為初步。針對此問題，對自動需求響應的技術支撐、相關標準和政策支持進行了研究闡述。方法：首先分析了需求響應在電力系統運行中的作用和價值，主要體現在實現電能在負荷側的優化配置以及提供輔助服務。其次，闡述了傳統需求響應的發展進程及實效性不強、靈活性不強、響應可靠性無保障等應用缺陷。在此基礎上，引出自動需求響應的必要性，從供電側與用戶側的自動化信息傳輸系統、用戶側的設備能量管理控制系統、實時采集用戶側用電數據的遙測技術3方面突出了自動需求響應的自動化和實時化，并具體展現了自動需求響應參與系統運行全過程。負荷管理控制設備、參與電力市場、自動需求響應出現的問題是自動需求響應項目的主要研究內容，在此基礎上闡述了美國、歐洲等主要發達國家以及中國的自動需求響應實踐案例，并分析了國內實施自動需求響應存在的障礙，指出了我國開展自動需求響應的潛力和發展方向。結果：（1）自動需求響應將需求響應的主要功能從優化電能配置拓展到向系統提供實時輔助服務，真正將需求響應納入實時調度范疇，充分利用負荷的實時可調節潛力，直接作用于系統的運行。（2）主要發達國家均開展了自動需求響應的研究，形成了一系列的標準和通用通信模型。（3）我國對自動需求響應的研究還非常初步，相關實踐案例也是基于國際合作的示范項目。（4）智能電網中的高級量測體系（advanced metering infrastructure，AMI）是自動需求響應參與系統運行的技術支撐，自動需求響應的發展需要智能電網新技術的支撐、政策協調以及相關技術標準的支持。結論：（1）自動需求響應是智能電網的核心技術功能之一，也是當前國際智能電網研究的熱點領域之一。（2）自動需求響應不依賴于任何的人工操作，可大大提高需求響應的時效性、可靠性、靈活性和成本效益。（3）大量的試點和示范工程表明自動需求響應具有實踐的可操作性，為相關新興行業的發展提供了有效技術支持。（4）為促進自動需求響應在國內的發展，需要挖掘負荷的實時可調能力，加快設施建設、相關研究和用電側市場化進程，推進輔助服務的合理定價和相關標準的制定進程。

來源出版物：電網技術, 2014, (2): 352-359

入選年份：2016

微網多目標經濟調度優化

陳潔，楊秀，朱蘭，等

摘要：目的：為了減少氣體污染物的排放，微網節能減排發電調度成為一種必然趨勢。對于一個包含風、光、儲、微型燃氣輪機、燃料電池以及熱電負荷的熱電聯產型微網，考慮同時調度微源的有功和無功出力，能夠以盡量小的經濟成本達到較好的環境保護效果，實現節能環保發電調度。方法：目前，微網多目標經濟調度優化研究所采用的網架較簡單，一般只考慮系統的有功平衡，較少考慮無功的影響，也并未考慮同時優化調度微源的有功和無功出力；另一方面，相應的約束條件過于簡化，對微網聯絡線交換功率、旋轉備用、儲能元件充放電等指標與約束條件很少考慮?？紤]微源同時提供有功和無功出力并計及制熱收益的熱電聯產型微網系統多目標經濟調度模型，在研究模糊優化理論的基礎上，運用改進遺傳算法優化考慮實時電價的并網運行方式下各微源的有功、無功出力和多目標優化的滿意度。結果：對熱電聯產型微網進行研究，提出考慮微源同時提供有功和無功出力并計及制熱收益的微網系統多目標經濟調度模型，以一個包含風、光、儲、微型燃氣輪機、燃料電池以及熱電負荷的具體微網為例，在研究模糊優化理論的基礎上，采用最大模糊滿意度法將多目標經濟調度問題轉化成非線性單目標優化問題，并運用改進遺傳算法優化考慮實時電價的并網運行方式下各微源的有功、無功出力和多目標優化的滿意度，對比分析單目標與多目標系統優化值。結論：提出了貼合實際的微網多目標經濟調度模型，并將該方法以一熱電聯產型微網為例進行了驗證。（1）多目標模型比單目標模型更能確切反映微網的實際運行狀態，能夠以盡量小的運行成本實現較好的環境效益，驗證了所提模型和算法的有效性；（2）兼顧了微網擁有者和用戶的利益以及社會效益，不僅提高了供電質量，而且兼顧了環保和可再生能源的利用，實現了分布式電源的經濟調度與合理利用；（3）在綜合考慮經濟性和環保性等多目標時，綜合性能好的機組（如蓄電池）有明顯的優勢；（4）微源本身提供無功出力配合外網向微網提供的無功出力來滿足系統無功需求，減少了安裝無功補償裝置的額外投資，確保外網無需向微網提供過大的無功支撐且保證外網與微網間傳輸的功率具有較高的功率因數，較好地符合供電公司對接入微網的要求。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(19): 57-66

入選年份：2016

1000 kV同塔雙回線路感應電壓和電流的計算分析

李寶聚，周浩

摘要：目的：特高壓交流輸電是指1000 kV及以上電壓等級的交流輸電，具有輸送容量大、距離遠、損耗低、占地省等顯著優勢，是一種資源節約型和環境友好型的先進輸電技術。同塔雙回線路在特高壓輸電中得到越來越多的應用。當同塔雙回線路一回線運行、另一回停運時，由于回路之間存在靜電和電磁耦合，將在停運線路上產生感應電壓、電流。對于1000 kV電壓等級的同塔雙回線路，感應電壓會達到幾十千伏甚至近百千伏。此外，運行輸電線路也會在地線上通過靜電耦合和電磁感應產生較大的感應電壓、電流。計算分析運行回路在停電檢修回路及地線上的感應電壓、電流，對于1000 kV同塔雙回線路的檢修和維護十分重要，關系到停電線路檢修安全措施的制定、線路接地刀閘等設備參數的確定。對淮南—皖南—浙北—滬西1000 kV交流特高壓同塔雙回輸電工程中的淮南—皖南段輸電線路進行感應電壓、電流方面的仿真分析研究。在線路穩態運行且沒有遭遇任何類型過電壓的運行條件下，用EMTP軟件仿真計算了一回線路停運檢修時運行回路對檢修回路和架空地線的感應電壓與電流，并就輸電線路長度、輸送功率大小、換位與否、高抗補償等影響因素進行分析?？蔀樘馗邏和p回線路檢修及帶電作業等方面的工作提供參照依據。方法：同塔雙回輸電線路在一回運行、一回檢修時，檢修回路及地線中會產生感應電壓、電流。使用EMTP仿真計算了1000 kV交流特高壓同塔雙回輸電線路一回線路停運檢修時，運行回路對檢修回路和地線的感應電壓、電流，并對輸電線路和地線上的感應電壓、電流的影響因素進行了分析。結果：當一回線路停運檢修、一回線路運行時，淮皖線首末接地時的感應電流最高可達136.89 A，單端接地時感應電壓最高為11.52 kV，單端接地時感應電流最高可達27.56 A，兩端都不接地時感應電壓最高為95.88 kV。地線上的感應電壓最高可達363.03 V，感應電流最高為83.40 A。檢修時應參考上述參數采取適當的防護措施。結論：靜電耦合電流、電磁感應電壓隨線路長度的增加而顯著增加，且基本成正比例關系。靜電耦合電壓、電磁感應電流隨線路長度的增加變化不大。電磁感應電流、電磁感應電壓隨線路傳輸功率的增加而增加；而靜電耦合電流、靜電耦合電壓受運行線路傳輸功率的影響不大。換位能夠在一定程度上改善線路上的感應電壓、電流，并且換位次數越多，改善效果越好。同塔雙回線路帶有高壓電抗器時，靜電耦合電壓顯著增加。高壓電抗器對靜電耦合電流影響很小，對電磁感應電壓、電流影響也很小。絕緣地線感應電壓隨著絕緣地線段的長度、線路輸送功率的增加而增加，且基本成正比例關系。土壤電阻率對絕緣地線上的感應電壓影響不大。隨著系統輸送功率的增長，接地線感應電流隨之增長。土壤電阻率對地線感應電流影響不大?？蔀樘馗邏和p回線路檢修及帶電作業等方面的工作提供參照依據。

來源出版物：電網技術, 2011, 35(3): 14-19

入選年份：2016

最小二乘支持向量機在光伏功率預測中的應用

朱永強，田軍

摘要：目的：太陽能作為綠色、環保的清潔能源，其大量利用可有效緩解環境污染和能源短缺的壓力。但由于光照的晝夜周期性，光伏輸出功率具有波動性、隨機性和間歇性，其大量并網可能影響電能質量和電力系統安全運行。因此，準確地預測光伏輸出功率對光伏的發展至關重要。此前，對功率預測的研究主要集中在負荷預測和風電功率預測，對光伏陣列發電預測技術的研究不多。光伏功率預測是以數值天氣預報數據或/和實測數據為基礎，結合光伏電站地理坐標及具體地域特點的參數化方案，建立預測模型及算法，實現對未來一定時間段內光伏電站輸出功率的預測。太陽輻射強度、陣列的轉換效率、安裝角度、大氣壓、溫度、濕度以及風速等都會對光伏陣列的輸出特性產生影響，因此，在光伏陣列發電預測中，合理地加入部分影響因素對預測精度的提升有積極作用。基于光伏陣列的發電量、地表太陽能輻射量和氣溫序列，分別按統一建模和時間序列建模兩種方案，采用最小二乘支持向量機對輸出功率進行預測，并對訓練好的模型在不同日類型下進行了測試和評估。方法：首先對歷史發電量、地表太陽輻射量、溫度數據進行歸一化處理；然后按照與預測日同季節、同日類型的方式選擇訓練樣本；根據樣本，以最小函數擬合精度的平方項作為最小二乘支持向量機的優化目標，建立目標函數；引入拉格朗日乘子，運用最小二乘法進行求解；將下一時間段的地表太陽輻射量和溫度預測值代入線性回歸函數，對發電量進行預測；再引入自給時間，即系統在沒有任何外來電源的情況下，只依靠儲能補償實際光伏功率與預測功率之間差額的持續時間，計算儲能安裝容量。結果：為了分析基于最小二乘支持向量機的光伏功率預測方法的優勢，進行實例分析時，在兩類建模方案下，對比LS-SVM、BP神經網絡和線性回歸方法下的預測結果。在統一建模方案下，LS-SVM的平均相對誤差和最大絕對誤差均最小，但與其他方法相差不大；在時間序列建模方案下，LS-SVM的平均相對誤差明顯小于其他方法。因此，按時間序列建模要優于統一建模。根據預測結果和電池儲能計算公式，通過設置不同直流母線標稱電壓，設計出了不同的電池儲能系統。結論：（1）建立了基于最小二乘支持向量機的光伏功率預測模型，分析了地表太陽輻射量、氣溫、季節以及日類型等因素對光伏陣列發電的影響，分析了統一建模和按時間序列建模的光伏功率預測結果，表明后者比前者預測精度更高，但后者計算量更大。折中的辦法是儲能和預測模型配合解決并網光伏隨機波動問題。（2）研究結果表明，應用LS-SVM方法比BP神經網絡法有更高的預測精度和魯棒性，其原因可能是采用梯度下降法優化權值的 BP網絡不能得到全局解，而求解線性約束的2次規劃問題的LS-SVM解是全局最優的。（3）引入磷酸鐵鋰儲能電池對預測與實際功率之差進行補償，減小了天氣及季節變化對模型預測準確度的影響，同時能夠顯著降低儲能成本，有效解決光伏發電的隨機化問題。（4）地表太陽輻射量預測的準確性跟預測周期密不可分，光伏功率預測的準確性亦然。針對電力系統的不同要求，預測周期不同，對應的光伏功率預測方法也不同。

來源出版物：電網技術, 2011, 35(7): 54-59

入選年份：2016