ISBN: (纸本)9787569102369

关键词： 储能系统   风电场   容量配置   不确定性   电力系统规划   电力系统分析  

摘要： 当今时代,全球社会正面临能源转型发展的关键时刻。一方面,全社会能量需求总量持续上升,日益减小的化石燃料存量难以支撑经济的长期高速发展;另一方面,化石燃料燃烧所排放的气体在一定程度上造成了大气污染和全球变暖等环境问题。为此,各国政府和组织机构都在努力发展新能源发电形式,力求大幅提升新能源在能源消耗结构中占比。但是,以光伏发电、风电为代表的新能源发电技术的出力多受到外部气象条件影响,发电功率呈现出较强的间歇性与波动性。因此,大规模波动性新能源接入电网势必将给电网的安全稳定运行带来不良影响。随着储能技术的发展进步,将储能设备与新能源打捆或者在电网中关键节点安装适量储能设备,并采用适当储能控制策略可以有效平抑电网功率波动、提升电网运行效率与新能源消纳率。为此,本论文将从电源侧和电网侧角度分别研究储能用于平抑联络线功率波动、风电功率平滑接入和协同电网优化运行等多种运行场景的储能配置问题,为不同场景电网的储能配置问题提供解决方案。本文所开展的重要技术课题研究主要内容有:1.研究了用于平抑地区联络线功率波动场景,基于理想低通滤波思想储能配置计算的历史数据及采样频率选择问题。依据所建立的计及储能运行连续性约束和荷电状态约束的基于理想低通滤波储能配置模型,求取了不同时间尺度及相应时间尺度不同功率平滑要求情况下的储能配置结果。同时,对历史功率数据进行频谱分析,结合储能配置结果讨论用于该种场景储能配置计算数据选择的合理性,为针对联络线功率波动场景储能配置计算及波动率控制标准制定提供参考。2.提出了基于移动平均滤波思想、Savitzky-Golay滤波思想等时域滤波思想的用于地区联络线功率波动平抑的储能配置方法。根据所获得的典型日联络线功率波动数据,计算基于所提出的时域的滤波思想和理想低通滤波思想等多种数字滤波思想的联络线功率波动平抑储能配置结果。研究用于储能配置计算数字滤波方法的滤波器在时域和频域中的滤波器核结构,讨论不同滤波方法在平抑波动中所起作用,以及滤波方法在依据不同类型典型日数据计算储能配置的适用性与局限性。3.为了实现风电场功率平滑接入电网,提出一种计及储能能量转换损耗的风电场储能协同优化控制策略。该储能控制策略由两个部分组成:在每个调度周期起始时刻,控制器检测储能荷电状态并结合调度周期预测平均风电功率计算周期上的调度目标功率;在调度周期内部,根据采样功率,通过模型预测控制策略调节储能系统充放电功率以使得风电储能系统有效跟踪设定目标功率。并在此基础上,给出一种不考虑储能运行约束的风电场储能配置工程设计方法。4.在风电场储能系统控制策略的基础上,提出了考虑储能运行约束风电场功率平滑的风电场储能容量配置方法。在调度周期内,运用Hildreth算法求解了计及储能运行约束的模型预测控制二次规划问题,该算法具有较强的稳定性,可以实现二次规划问题的快速求解。基于该控制模型,计算不同储能配置组合设置下系统优化调度平均波动率指标,并绘制储能配置决策图。在此基础上,根据决策图确定满足风电储能系统功率调度波动率指标要求时,所对应的最经济储能配置方案。5.从储能协同电网优化运行角度,提出一种考虑风电、负荷等可调度资源预测误差相关性的电网优化运行及储能配置一体化计算方法。问题的核心是通过优化储能系统容量及运行数据使得调度运行周期内平均投资成本及运行成本总和最小。在优化问题求解前,需要利用所建立的计及预测误差相关性的灵活性资源数学模型将优化问题中的机会约束转化为确定性约束。其中,优化模型考虑了包含双边功率传输和场景生成约束在内的两类网络功率传输过载机会约束,并给出了针对两种机会约束的转化方法。实际规划中,可以根据运行要求建立优化模型计算储能配置及优化运行策略,进而实现运行安全性和经济性的折中。

关键词： 《电力系统分析》   教学模式   教学改革与探索   仿真实践   柔性输电技术   基于项目   等效模型   交直流混合   项目实践  

摘要： 随着我国电力行业的快速发展,出现了区域电网系统、交直流混合输配电系统、柔性输电技术、新能源电网技术、智能电网技术等新现象、新技术。针对应用型本科教育课程教学侧重实践的要求,本文提出了一种基于项目实践的《电力系统分析》教学方式,使学生掌握在电力系统规划、系统分析中涉及的基本问题、基本现象,掌握《电力系统分析》的建模方法、分析方法、计算方法,由此构建一种新型的教学模式。

关键词： 电力系统分析   现代仿真软件   教学改革  

摘要： 为适应新形势下《电力系统分析》教学面临的任务,并结合长沙理工大学硬件条件和师资配备情况,提出了一种基于现代仿真软件的《电力系统分析》教学改革方案。拟从教学内容、教学手段改革创新入手,将现代仿真软件工具引入《电力系统分析》的课堂教学中,从而加深学生对基础理论的认识与理解,也培养学生的动手实操能力。

关键词： 电力系统分析   不对称短路计算   教学方法   仿真计算  

摘要： "以"电力系统分析"中的不对称短路计算这一重难点内容为例,进行教学方法的设计与探索。首先分析了不对称短路计算的理论基础及难点内容,然后结合仿真计算的方法,分析了故障后各种故障量的特征,加深了学生的直观印象,有助于加强对该内容的理解。

关键词： 泛雅网络教学平台   电力系统分析   教学改革  

摘要： 随着电力系统行业的数字化以及综合自动化水平的不断提高,对电力系统分析课程的教学提出更高的要求。探讨以泛雅网络教学平台作为依托,结合传统教学方式,对电力系统分析课程的教学内容、方法及手段等方面的改进。采用线上线下相结合的模式,使学生能够提前了解课程主要内容,有针对性地学习,提高学生积极性以及师生之间的互动性。

关键词： Electrical engineering   Energy   Optimzation   Power Flow   Power Systems   Statistical Distributions   Synthetic Test Cases   Transmission and Distribution  

摘要： Synthetic power system test cases offer a wealth of new data for research and development purposes, as well as an avenue through which new kinds of analyses and questions can be examined. This work provides both a methodology for creating and validating synthetic test cases, as well as a few use-cases for how access to synthetic data enables otherwise impossible analysis. First, the question of how synthetic cases may be generated in an automatic manner, and how synthetic samples should be validated to assess whether they are sufficiently ``real'' is considered. Transmission and distribution levels are treated separately, due to the different nature of the two systems. Distribution systems are constructed by sampling distributions observed in a dataset from the Netherlands. For transmission systems, only first-order statistics, such as generator limits or line ratings are sampled statistically. The task of constructing an optimal power flow case from the sample sets is left to an optimization problem built on top of the optimal power flow formulation. Secondly, attention is turned to some examples where synthetic models are used to inform analysis and modeling tasks. Co-simulation of transmission and multiple distribution systems is considered, where distribution feeders are allowed to couple transmission substations. Next, a distribution power flow method is parametrized to better account for losses. Numerical values for the parametrization can be statistically supported thanks to the ability to generate thousands of feeders on command.

关键词： 直流配电网   母线电压控制   线路功率控制   灵活潮流控制   灵活系统运行方式   电力系统分析  

摘要： 面对能源危机的巨大挑战,大力发展可再生能源已经成为人类社会的必由之路。电力系统中的配电网是消纳可再生能源的主要场所。而当前的配电网在供电能力、电能质量、新能源消纳能力、新型负荷接入等多方面均有大量的亟待改进提升之处。在电力电子技术的快速发展和支撑下,直流配电网成为系统解决以上技术问题的有效途径。但是直流配电技术的的研究与实际应用之间还有很大的距离。本论文将针对直流配电网所面临的关键技术难题展开研究,在电力电子建模与控制、系统级灵活潮流控制、直流配网运行方式和直流系统中的非线性问题分析等多个方面开展系统深入的研究工作,为直流配电系统构建起全面而坚实的技术架构。本文所开展的关键技术问题的研究工作主要包括:1.针对直流配电技术的特点,提出了典型的直流配网结构。为实现对直流配网中母线电压的有效控制,针对双极直流配网,开展了用于连接交流网和直流网的VSC的拓扑结构和控制方法的研究,同时考虑了不同元件的协同控制、能量管理等问题。所提出的方法能够适应双极直流配电网场景,并有效提升了电能质量。2.研究了直流配网中的线路功率控制问题,提出了在直流配网的线路当中串联DC/DC变换器,从而主动控制线路功率的方式。着重分析了适用于线路功率控制的DC/DC变换器的拓扑结构、运行模式和控制方法,还对单条线路功率控制对全网潮流分布的影响进行了定量评估。3.针对系统级的直流配网分析,提出了母线电压控制技术和线路功率控制技术的元件模型。在此基础上提出了通过协调组织多个母线电压控制节点和多条功率被控的线路来共同实现系统级的灵活主动潮流控制。4.针对能够同时满足系统潮流控制和友好接入分布式电源与新型负荷的要求,提出了直流电网的扩展节点类型。在扩展节点类型的支撑下,一些原本不得不被舍弃的系统要求变得能够被满足,进而提升了系统运行的灵活性。同时,还提出了一种扩展节点类型的选择方法,该方法能够在保证系统可行性的前提下,最大程度上满足系统优先级较高的节点类型要求。5.研究了一种新型高性能直流电力系统分析方法。分析了电力系统电路结构当中具备线性特征的分量并定义了LRBNP(Linear Relationship Based Nonlinear Problem)。对所提出的理论进行了全面、详细、深入、严格的数学推导。从推导的结果当中,可以提炼出传统电力系统分析方法中难以被显性描述的变量关系。电力系统的拓扑分析结果和节点类型分析结果也被成功地从非线性方程组当中分离,并以常矩阵表征的线性关系表达。一些电力系统当中的抽象问题的数学和物理本质也能够被所提出的理论简洁深入地解释。从而直流配网中的非线性问题分析打下了坚实的基础。6.基于高性能直流电力系统分析方法,提出了用来解决电力系统中的LRBNP的通用迭代校正方法。基于基础理论和潮流计算的校正方法,提出了一种新型电力系统潮流计算方法。之后,在理论基础的支撑下,针对电力系统电压崩溃的数学和物理本质意义进行了讨论。最后,针对直流电力系统的静态电压稳定性分析问题,又提出了校正法和基于数学物理特征的直接法。新的潮流算法和静态电压稳定分析算法均在不影响精度的前提下大幅提升了整体运算速度。

关键词： 电力系统分析   工程实践   教学改革  

摘要： 伴随当前能源革命的急剧变革以及国家中长期发展规划"卓越工程师"计划的实施,对电力专业学生综合素质要求和对学生工程素质的需求也在不断提高。为克服《电力系统分析》课程教学理论与实际脱节的问题,适应电力工业的发展,本文提出了基于工程实践模式的《电力系统分析》的教学改革方法及培养构思,将学校、学生、企业有机结合,构建了电力系统分析课程的工程实践培养新模式。

关键词： Electrical engineering  

摘要： The Equivalent Circuit Formulation (ECF) was found to enable robust Power System analysis by formulating Power System problems in terms of their true state variables and further applying circuit simulation methods for their robust solution. This thesis describes the theoretical background to formulate equivalent circuit problems for three different Power System analyses: AC Power Flow analysis, an optimization algorithm to identify Power Flow feasibility, and an optimization-based linear State Estimation (SE) algorithm. We further discuss the design and implementation of a prototype ECF based Power System simulator SUGAR (Simulation with Unified Grid Analyses and Renewables) in C++ that is able to solve the aforementioned analyses effectively. Furthermore, we utilize this implementation to build a framework for probabilistic Power System analyses using a Monte Carlo-based algorithm. We propose a continuation method that effectively and robustly solves Monte Carlo samples given a reference solution, which enables probabilistic Power Flow analysis on models up to continental interconnection-sized systems. In addition, we implement variable correlations within and between models, and propose a probabilistic generation control algorithm. After comparing our linear State Estimation algorithm that incorporates linear models for PMU and RTU measurements to a traditional WLS estimator, we propose a probabilistic approach to State Estimation utilizing this algorithm. We further demonstrate the feasibility of such an approach and present probabilistic SE studies including network uncertainties. Finally, we propose an approach to identify “true”-grid states by a Monte Carlo-based stochastic optimization.