半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2020年第0卷第8期文章目次
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    • >观点
    • 电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨

      2020, 44(8):1-7. DOI: 10.7500/AEPS20191101007

      摘要 (117) HTML (36) PDF 603.19 K (186) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着特高压直流的推广应用及新能源发电占比的不断提高,电网暂态频率安全保障技术面临着严峻挑战。电化学储能作为一种潜力巨大的灵活控制资源引起了广泛关注。从中国电网频率安全防御的三道防线着眼,基于储能的快速功率调节特性,分析了储能在频率稳定预防控制、紧急控制和校正控制中的定位,以不同场景下电网运行频率的控制目标为依据,探讨了面向暂态频率安全保障的电化学储能的容量配置技术要点,包括时域仿真中的计算条件选择、与传统控制措施的协调配合等方面,然后针对推动储能技术规模化应用中面临的主要问题,指出应在适应多应用场景的储能优化配置、储能电站优化运行模式研究、储能全生命周期的效益分析等研究方向开展深入研究。

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    • >信息能源系统
    • 区域综合能源系统的能效定义及其相关性分析

      2020, 44(8):8-18. DOI: 10.7500/AEPS20190523002

      摘要 (74) HTML (25) PDF 796.44 K (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先,考虑多种能源的能级水平,将区域综合能源系统分为能源供应、能源转换、能源传输、能源存储和能源需求5个环节,提出了适用于评价区域综合能源系统能效的能源利用效率表达式。然后,通过对能源利用效率相关因素的理论分析,指出5个环节中可再生能源渗透率、能源转化设备效率和容量配置结构、冷/热/电负荷需求结构是影响综合能源系统能源利用效率的核心要素。最后,依托中国某地示范园区展开实例分析,算例结果表明能效表达式能够准确反映区域综合能源系统多能互补耦合和梯级利用的特色,并通过分析区域综合能源系统能效展示了合理配置能源转化设备和优化冷/热/电负荷需求结构的重要性和方法,与理论分析结果一致,说明了所提区域综合能源系统能源利用效率表达式的有效性。

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    • 考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型

      2020, 44(8):19-27. DOI: 10.7500/AEPS20190908003

      摘要 (66) HTML (10) PDF 833.77 K (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气、冷、热等多种能源相结合的微型综合能源网架构,实现其多能耦合互补;同时,通过价格型和激励型2类响应建立气-电综合需求响应模型,前者基于价格弹性矩阵建立气负荷和电负荷的需求响应模型,后者通过补贴激励的方式对天然气管网进行调峰。综合考虑该微型综合能源网的能耗成本、运维成本、环境成本及需求响应,构建考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应优化调度模型,计算分析了不同场景下微能网电-气-冷能的优化调度结果,对所提出的集成方案及气-电需求响应模型的可行性与有效性进行了验证。

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    • 基于量子密钥分发的新型城镇电力业务安全交互架构

      2020, 44(8):28-35. DOI: 10.7500/AEPS20190312005

      摘要 (42) HTML (18) PDF 731.11 K (133) 评论 (0) 收藏

      摘要:电力系统规模庞大、微电网众多、网络边界模糊且运行环境复杂多样,使得传统城镇电网的安全威胁日益尖锐。为适应新型城镇化的发展需求,弥补电力设备加密密钥在线更新及时性不足的问题,对电力量子保密通信实用化技术和核心业务特征进行研究,提出了新一代高安全等级保护的电力量子保密通信架构,用以提升电力信息加密传输的安全级别。基于实际城镇电网线路和试验环境开展所提方案的性能测试,结果表明所提方法满足电力业务的运营需求,可有效提升电网的安全防护能力。

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    • >学术研究
    • 考虑异方差效应的风电不确定性建模及其在调度中的应用

      2020, 44(8):36-47. DOI: 10.7500/AEPS20190430016

      摘要 (43) HTML (13) PDF 884.64 K (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着风电在电力系统中渗透率的不断提升,其不确定性为电网的安全经济运行带来了重大挑战。为获得精准的风电不确定性模型,帮助运行人员实现系统的安全经济运行,文中提出了考虑异方差效应的风电预测误差条件概率分布建模方法。首先,分析了风电预测误差与各类因素的相依性水平,并基于分析结果与动态Copula理论,建立了风电波动性与风电预测误差的动态相依性模型;之后,针对边缘分布所显示出的时域特征,结合差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型与广义自回归条件异方差(GARCH)模型,考虑异方差效应,建立了时变边缘分布模型;最后,将两模型相结合,给出了不同波动水平下的风电条件预测误差分布情况,并在不确定性机组组合模型中进行验证,证明了模型的有效性。

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    • 同步优化容许区间与期望发电成本的风电鲁棒估计法

      2020, 44(8):48-56. DOI: 10.7500/AEPS20190601002

      摘要 (20) HTML (8) PDF 770.34 K (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的风电鲁棒区间调度模型往往以最小化基态发电成本和最大化风电利用作为目标,难以考虑在实际调度过程中对发电成本的优化。针对上述问题,文中提出了一种同步优化风电容许区间和机组期望发电成本的方法,基于Nataf逆变换的三点估计法,在保证风电容许区间最大化的同时,将应对风电波动的发电成本期望值作为经济目标,以反映实际发电成本的最小化。为提高风电消纳能力,将机组的风电承担系数作为变量,并对因此引入的非线性项进行松弛处理。而对于期望发电成本作为目标所引入的非凸性,则采用一种凸-凹过程进行迭代处理,以确保方法的准确性。最后,通过校正模型在修改的IEEE 118节点系统上进行蒙特卡洛模拟,验证了所提方法的有效性。

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    • 风电功率物理预测模型引入误差量化分析方法

      2020, 44(8):57-65. DOI: 10.7500/AEPS20191224003

      摘要 (42) HTML (20) PDF 736.64 K (180) 评论 (0) 收藏

      摘要:风电功率短期预测是风电调度运行的基础之一,物理预测方法是风电短期功率预测的基本方法之一,在欧美等国家仍作为主要预测方法,分析风电功率物理预测方法的误差源对提升预测精度具有重要作用。针对风电功率物理预测方法的误差来源问题,在分解物理预测关键环节的基础上,分别从物理模型、地转拖曳定律、数值天气预报(NWP)风速、风速-功率转化等方面,采用单一变量原则研究了各环节误差探明方案,通过物理过程推导,提出了一种面向风电功率物理预测模型的误差源分析方法,获得了物理预测方法各环节引入预测误差的量化结果。采用实际算例进行测试的结果显示,所提出的误差源分析方法能够获得误差源量化分析结果,且分析结果与实际相符,验证了方法的准确性。

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    • 考虑新能源性能风险的调频辅助服务市场出清与调度策略

      2020, 44(8):66-73. DOI: 10.7500/AEPS20190423009

      摘要 (53) HTML (47) PDF 745.69 K (152) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源机组具有控制灵活以及响应迅速等特点,在技术上具有参与电力系统调频的能力,如将其作为一种调频资源,将有利于缓解系统调频压力。考虑到新能源机组出力具有一定的波动性与不确定性,文中提出了新能源参与调频的辅助服务市场机制,以调频准确性概率指标评估其调频性能指标,进行其调频风险损失量化计算,建立了考虑新能源调频风险的市场出清模型;在实际调度过程中,考虑新能源机组实时调频准确性与历史数据的偏差,构建了基于模型预测控制的实时调频调度模型,根据调度结果和机组实时出力的准确性指标对调度进行反馈校正。提出的市场机制和调度策略既充分利用新能源作为调频资源,又有效地控制了新能源调频出力不确定性的风险。仿真结果验证了模型和算法的有效性。

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    • 实时电价条件下基于用户引导的电动汽车-充电桩匹配策略

      2020, 44(8):74-82. DOI: 10.7500/AEPS20190726003

      摘要 (49) HTML (18) PDF 728.53 K (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电动汽车数量的快速增长,充放电需求也日益增加,但基础设施的增长速度却较为缓慢,车多桩少的现状带来了充电桩分配不合理的问题。据此,结合市场实时需求提出一种基于用户引导的电动汽车-充电桩匹配策略。首先,从聚合商的角度建立分配函数并给出可用充电桩的信息;其次,从用户的角度建立择优函数确定可选充电桩的范围;最后,在实时电价的条件下,通过更新补贴费用引导用户在待选范围内选择合适的充电桩充放电并有效参与市场平衡。仿真结果表明,在满足市场要求的前提下,该策略更好地兼顾了用户与聚合商的双向意愿,为充电桩的合理分配提供决策依据。

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    • 注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

      2020, 44(8):83-91. DOI: 10.7500/AEPS20190823004

      摘要 (33) HTML (14) PDF 1.11 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。

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    • 基于元件-系统分级优化的光伏电站维护策略

      2020, 44(8):92-99. DOI: 10.7500/AEPS20190626009

      摘要 (20) HTML (10) PDF 696.12 K (118) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了能够最大限度地提高光伏电站的发电效率、降低维护成本,提出了元件-系统分级优化的光伏电站维护策略。首先在考虑光伏电站中各元件故障率的基础上,确定各个元件的状态转移矩阵,采用马尔可夫链对元件进行状态预测。然后在元件级优化阶段,借助于马尔可夫链状态预测结果,依据元件的直接维修费用、维修停机费用和故障风险损失,确定每个元件最经济的预防性维修时间及次最优维修时间,得到各个元件的维修策略集合,为系统级优化提供选择依据。在系统级优化阶段,依据元件之间的维修费用相关性与结构依赖性计算元件共同维修的时间阈值,从而确定系统最优维修策略。算例分析表明,该维护策略能够大幅节省维修费用,减少系统停机时间,验证了所提方法的有效性。

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    • 计及分布式电源与需求响应的智能配电系统安全域

      2020, 44(8):100-107. DOI: 10.7500/AEPS20190617001

      摘要 (51) HTML (13) PDF 689.83 K (145) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国城市电网正逐步发展为智能配电网,系统运行环境将更为复杂。配电系统安全域(DSSR)是指导配电网安全运行的新理论,文中考虑智能配电网的2个主要元素——分布式电源(DG)和需求响应(DR),从传统的负荷视角研究DSSR。首先,分析含DG和DR的配电系统安全性特点,给出相应的数学表达式,然后建立考虑DG和DR的DSSR数学模型。其次,通过观测算例电网的DSSR的二维截面图像,分析DG和DR对DSSR的作用机理,并基于此给出系统规划运行的指导建议。提出的DSSR的负荷视角与现有调度人员习惯一致,对于仍以负荷供电为主、以DG和DR服务为辅的城市配电网,可作为实用的安全运行分析工具。

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    • 计及电网结构参数变化的有功静态安全域快速构建方法

      2020, 44(8):108-115. DOI: 10.7500/AEPS20190709007

      摘要 (74) HTML (65) PDF 680.36 K (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:注入功率空间有功静态安全域(APSSR)表征了在给定网络结构下电力系统安全稳定运行的注入功率可行域,有助于电网在线安全评估和预防控制。随着以可控串联补偿器(TCSC)、统一潮流控制器为代表的柔性交流输电装置的接入,电网结构参数连续可调。传统的APSSR构建方法基于固定结构参数得到,电网结构参数频繁调整时计算速度受限于高维导纳矩阵的求逆运算,难以满足在线应用的需要。为此,以TCSC为例进行研究,将电网结构参数变化对潮流分布的影响转化为修正节点注入功率,构建了计及电网结构参数的APSSR超平面边界系数矩阵的显式表达式,为APSSR的快速构建和在线应用提供了一种可行思路。进一步,针对APSSR安全裕度评估对电力系统预防控制和结构参数优化两方面的指导作用进行了分析。最后,基于多个不同规模、不同数量TCSC的IEEE算例,验证了所提方法的正确性和在计算效率方面的优越性,并以某省级电网500 kV输电线路为例进一步对所提方法的应用价值进行说明。

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    • 基于准稳态模型的中长期电压稳定轨迹多项式逼近方法

      2020, 44(8):116-123. DOI: 10.7500/AEPS20190903005

      摘要 (38) HTML (15) PDF 991.14 K (137) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电力系统中存在的影响中长期电压稳定性的可变参数,提出了一种基于准稳态模型的中长期电压稳定轨迹的多项式逼近方法,该方法可以利用所得的多项式逼近函数准确地分析系统参数的变化对中长期电压稳定性的影响。多项式逼近作为分析参数对系统状态影响的有效工具,其基本思想是用多项式近似地表示连续函数,文中在此基础上考虑电力系统中长期过程中的连续动态和离散动态,通过传统伽辽金方法构造出能够显式地描述系统变量与参数之间近似关系的多项式逼近式。与传统的线性化方法相比,由于文中所提方法可以描述系统的非线性特征,所以逼近精度有大幅提升,且方法的精度随着所选多项式基函数阶数的增加而提高。Nordic 74节点系统的算例分析结果表明该方法能在中长期电压稳定问题的研究中提供更准确的分析结果。

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    • 考虑电热耦合的交直流微电网多目标优化配置

      2020, 44(8):124-132. DOI: 10.7500/AEPS20190731014

      摘要 (41) HTML (19) PDF 733.22 K (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:在当前电热联系日渐紧密以及交直流微电网日益成熟的发展趋势下,以投资成本、CO2排放量以及换流损耗最小为优化目标,综合考虑微电网电/热功率平衡、自治能力等多种约束,提出了考虑电热耦合的交直流混合微电网电/热源双层优化配置模型。其上层为微电网内的各设备容量配置模型,下层是对微电网内各设备运行策略的确定,通过上下层的联合优化对微电网内各设备容量进行配置研究。对比不同规划场景,分析电热耦合对优化目标的影响,通过全年的设备出力和典型日的功率平衡曲线,说明了含电热耦合的交直流微电网供电/热的可靠性,最终验证了所述模型的合理性和有效性。

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    • >研制与开发
    • 基于MPPMSG的混合高压直流风电系统故障穿越技术

      2020, 44(8):133-140. DOI: 10.7500/AEPS20190427001

      摘要 (22) HTML (10) PDF 1.00 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决传统风电系统变换级数多的问题,文中提出了一种基于多相永磁同步电机(MPPMSG)的混合高压直流风电系统拓扑。电机多套绕组分别连接单极性变流器并在直流侧串联形成高压直接接入直流母线,一套绕组向电机注入无功功率以改善电机调速和稳态性能。岸上变电站采用电网换相换流器,直流母线短路时可阻断短路电流。为解决多绕组耦合问题,MPPMSG采用了反馈解耦的控制策略。根据发电机短路特性分析,提出了直流母线短路时限制电机短路电流以及直流故障穿越的控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建风电系统开关电路仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

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    • 采用VSG的柔性配电装备交流端口电压控制及稳定性分析

      2020, 44(8):141-148. DOI: 10.7500/AEPS20190812008

      摘要 (31) HTML (14) PDF 1.05 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:向负载供电及接纳分布式电源是柔性配电装备的重要功能,因此柔性配电装备端口控制至关重要。文中针对柔性配电装备交流端口电压控制问题,在虚拟同步发电机控制基础上,对三相进行独立控制,通过级联准比例-谐振电压外环、电流内环提高其动态性能。进而以单相为例,详细分析柔性配电装备交流端口输出电流对电压的影响,并提出电流前馈控制策略,保证负载变化、分布式电源接入等变化过程中交流端口电压的稳定。利用阻抗建模方法分析交流端口的输出阻抗,并根据广义奈奎斯特判据验证柔性配电装备交流端口向负荷供电及接纳分布式电源时的稳定性。通过仿真和相关实验验证了所提控制策略的有效性和正确性。

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    • 空心并联电抗器匝间故障三阶段特性分析及综合保护方法

      2020, 44(8):149-156. DOI: 10.7500/AEPS20190304007

      摘要 (160) HTML (35) PDF 675.42 K (404) 评论 (0) 收藏

      摘要:空心并联电抗器匝间故障频发以及有效保护技术的缺乏,导致了许多着火燃烧事故。文中以多起故障案例动态录波数据为基础,综合模型匝间短路静态特性测试,以及空心线圈电磁感应特点分析,提出了并联电抗器匝间故障发展过程中出现的具有内在发展机理和外在显著电气特性的“三阶段特性”理论。指出了匝间短路环流巨大是故障发展迅速、产生巨大有功损耗以及电感损失的直接原因,进而分别提出了匝间短路初始阶段、快速发展阶段以及平衡阶段有效灵敏的保护方法。最后,通过真实模型匝间短路试验分析,证明所提保护方法能够快速可靠识别匝间短路故障。

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    • 基于谐波磁势平衡的12脉波整流器一体化滤波方法

      2020, 44(8):157-167. DOI: 10.7500/AEPS20190808006

      摘要 (139) HTML (23) PDF 1.39 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于谐波磁势平衡的12脉波整流器一体化滤波方法,对该一体化滤波器的拓扑结构、数学模型、滤波原理进行了详细阐述。该方法将一个背靠背变流装置接入12脉波整流器变压器二次侧的星形与三角形绕组抽头中,通过背靠背变流装置向各绕组抽头中注入指定次谐波电流,并利用该注入谐波电流与12脉波整流器负荷侧所产生谐波电流的磁势平衡,以达到消除12脉波整流器网侧指定次谐波电流的功能,在控制算法上引入比例-积分(PI)+比例-谐振(PR)控制器以实现对指定次谐波分量的无误差跟踪。该方法能有效提高滤波变流装置的电压、电流适应性,从而节省电压匹配变压器的成本,并能充分发挥滤波变流装置的容量潜能。最后,通过仿真和实验验证了所提滤波方法的正确性。

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    • 共享风险链路组与风险均衡的电力通信网路由优化策略

      2020, 44(8):168-175. DOI: 10.7500/AEPS20190702006

      摘要 (28) HTML (14) PDF 744.74 K (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:从电力通信网的构成出发,分析了网络承载的业务和业务重要度的重要性。提出评价业务重要度的逼近理想解排序法(TOPSIS),分析了网络中广泛存在的共享风险问题,建立了风险均衡模型,提出了共享风险链路组(SRLG)与风险均衡的电力通信网路由优化算法。引入平均业务风险、风险均衡度、阻塞-风险综合指数和SRLG剩余带宽容量占比等指标进行路由优化和性能评价。以江苏省某市的光缆路由拓扑为例进行仿真,验证了所提算法的有效性。仿真结果表明,所提算法在不增加阻塞风险的情况下,有效降低了网络平均业务风险,提高了工作路径的风险均衡度,减少了SRLG剩余带宽容量占比进而降低了共享链路的业务失效风险。

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    • 基于t-SNE降维和BIRCH聚类的单相用户相位及表箱辨识

      2020, 44(8):176-184. DOI: 10.7500/AEPS20190621001

      摘要 (42) HTML (18) PDF 823.89 K (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:低压台区单相用户的相位及接入表箱信息的准确性对户变关系纠错和线损治理分析有重要影响。目前,拓扑档案的校验主要依靠电力员工现场排查,人力物力消耗大且排查效率低下。因此,亟需一种效率较高的低压台区拓扑档案校验方法。在此背景下,文中提出了一种基于智能电表电压数据的低压台区单相用户相位及接入表箱辨识方法,可以为低压台区的拓扑辨识及排查提供参考。首先,采用t分布的随机近邻嵌入(t-SNE)技术对原始负荷数据进行降维处理,解决台区用户原始负荷特征维度过高带来的冗余性问题;接着,应用BIRCH方法对降维后的负荷数据进行聚类,实现台区下单相用户所属相位和接入表箱的辨识。最后,以浙江省海宁市某台区为例进行验证,算例分析的结果表明所提模型具有可行性和有效性。

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    • 采用牛顿环光栅的光学电压互感器相位延迟检测方法

      2020, 44(8):185-191. DOI: 10.7500/AEPS20190508005

      摘要 (25) HTML (13) PDF 753.75 K (107) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于非线性解调模式的光学电压互感器存在测量结果与光功率相关、电压测量范围受半波电压限制等问题。文中提出一种基于牛顿环亚波长光栅实现的线性光学电压互感器。与径向检偏光栅相比,牛顿环光栅的消光比沿径向均匀分布,可将电光相位延迟转换为光斑图像的同步旋转。四象限探测器用于对光斑图像进行定位,实现电压信号的实时线性测量。实验结果表明:该光学电压互感器的测量结果与光功率无关,对电光相位延迟的测量范围可以达到±80°,在实验室条件下准确级为0.2级。

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    • >工程应用
    • 抑制超低频振荡的稳定器控制机理及策略验证

      2020, 44(8):192-199. DOI: 10.7500/AEPS20190530013

      摘要 (42) HTML (4) PDF 1.10 M (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:电力系统稳定器(PSS)是解决低频振荡的有效手段,但对于富集水电互联系统出现的超低频振荡,无法提供有效正阻尼。文中基于复转矩系数法对超低频振荡机理进行剖析,理论推导出附加阻尼控制的可行性。利用分频段控制思想,对传统PSS附加低通分支以拓展超低频控制段,构建新型抑制超低频振荡的PSS控制结构,同时提出频段设定和计及系统工况变化的控制参数鲁棒整定算法。通过应用于四川电网某水电外送区域的实例测试,验证了该附加阻尼控制策略对不同工况下产生的超低频振荡均能有效抑制。

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    • 西南电网交直流协调控制系统设计与应用

      2020, 44(8):200-206. DOI: 10.7500/AEPS20190719002

      摘要 (116) HTML (52) PDF 706.56 K (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国渝鄂背靠背柔性直流工程投运以后,异步运行的中国西南电网面临的主要问题变成了自身频率问题,而现有安控系统只能解决局部问题,因此需要构建西南电网交直流协调控制系统。在处理手段、协调方式和构建模式上,对设计西南电网交直流协调控制系统进行了解析。详细阐述了系统的总体架构,在站点配置和通信设计方面介绍了建设的原则。从西南电网交直流协调控制系统的设防原则和控制策略方面详细说明了交直流协调控制系统的功能和作用,并且将构建的交直流协调控制系统应用于实际西南电网中,同时进行了详细的试验验证。

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