电气工程

风电直流微网的电压分层协调控制

王毅，张丽荣，李和明，等

摘要：目的：由分布式电源与负荷构建的微网，在满足本地用户对电能质量和供电安全要求的同时，可减小分布式电源渗入对电力系统的影响。与交流微网相比，直流微网不存在频率和功角稳定性等问题，具有逆变器利用率高、损耗低、可控性高等优势。直流微网中的可控单元较多并且分散，为确保其可靠稳定运行，对不同工况下各端电力电子变流器的协调控制策略需要深入探讨。本文将研究一种基于直流电压变化量的分层协调控制策略，该策略只需要各端变流器采集本地变量进行控制，可增强控制的灵活性和可靠性。方法：直流微网主要由分布式发电单元、储能单元、负荷单元以及并网变流器组成，根据与交流主网之间的功率交换形式，直流微网的运行模式可分为联网自由模式、联网限流模式和孤岛模式3类。在直流微网中，直流电压是反映系统内功率平衡的唯一指标，控制直流电压稳定，就可以控制微电源、储能设备、负荷之间的功率平衡。本文利用直流电压变化量将控制策略分为不同的控制层，通过合理调节变流器的工作方式使每层控制下至少有一端变流器根据电压下垂特性控制直流电压。为简化控制系统的复杂程度并提高控制的实时性，各端变流器只需采集本地变量，无需相互通信。结果：本文以风电直流微网为例，在分析直流微网的构成以及各种运行模式的基础上，提出了电压分层协调控制策略。该控制策略通过检测直流电压的变化量来协调各电力电子变流器的工作方式，从而确保在不同工况下都能保持微网内的有功功率平衡。各变流器独立工作，无需相互通信，可简化控制系统结构，并使直流微网具备“即插即用”功能。通过对含永磁风电机组、储能蓄电池的直流微网的仿真分析，验证所提控制策略对直流微网的有效控制。在风速或负荷变化、交流电网故障、蓄电池荷电状态达到限定值等多种工作状态下，各端变流器都能根据直流电压变化量做出快速响应，从而提高了系统的稳定性和供电质量。结论：本文提出了适用于直流微网的电压分层协调控制策略，并利用仿真验证了所提控制策略的有效性。所得结论如下：1）直流微网中的变流器类型较多，利用直流电压变化范围较宽的特点，可根据直流电压变化量对微网进行分层控制；2）直流电压的分层调节可通过变流器的下垂控制来实现，从而有效抑制系统工作状态转变引起的电压冲击，实现工作状态的平滑切换；3）所提风电直流微网的电压分层协调控制策略具有适应性和可拓展性，可为其他类型的直流微网提供参考。

来源出版物：中国电机工程学报,2013,33(4)：16-24

入选年份：2017

中外智能电网发展战略

张东霞，姚良忠，马文媛

摘要：目的：在能源问题和环境压力的驱动下，能效提升、可再生能源利用、电气化交通等低碳技术得到了快速发展，并逐步进入大规模应用阶段，促使传统电网形态和特性发生了改变，并给输、配电网的发展和安全运行带来了新的挑战。以此为背景，智能电网概念应运而生，并成为世界电力工业未来发展的共同方向。2009年以来，包括中国在内的世界主要国家和地区都根据自身行业基础和社会经济发展需求制定了智能电网发展战略，并启动了技术研发和示范工程建设。在共同的发展趋势之下，各国对智能电网的理解、技术路线、发展模式、部署重点等却不尽相同，发展经验和面临的挑战也千汇万状。他山之石可以攻玉，面对智能电网这一长期发展课题，总结分析主要国家发展战略和实践经验，取其长、避其短，对指导我国智能电网建设具有积极意义。本文从对比分析中国、美国和欧盟智能电网发展的内部环境、现有基础和发展动力入手，剖析了智能电网的主要特征，梳理了智能电网技术体系，总结分析了3国（地区）发展战略、研究和实践经验、面临的主要挑战，对未来发展趋势进行了预判，并以此为基础，对未来我国智能电网的进一步发展提出了建议。方法：本文首先从社会经济可持续发展、低碳技术应用给电网带来的技术挑战和电力行业发展基础3个层面，分析了智能电网发展的背景、环境和基础。随后通过对比分析中国、美国和欧盟对智能电网的理解，总结提炼了智能电网的主要特征，并围绕“提高灵活性、可观测和可控性，实现互操作”的发展目标，梳理了智能电网现有技术体系。在此基础上，从战略定位、资金投入和分布、示范项目和技术研发重点几个层面入手，总结中美欧3国（地区）智能电网发展的主要方向，梳理了技术研发、工程实践和标准化工作进展，并分析了3国（地区）各自面临的主要挑战。结合智能化、信息通信等相关领域技术研发和应用情况，对智能电网未来发展趋势进行了预判，并依据我国资源禀赋和行业发展基础，提出了4项发展建议。结果：传统能源日益短缺和环境污染日趋严重的现实推动各国纷纷转向大力发展新能源的方向，以减少对化石能源的依赖、减轻为满足能源需求而造成的环境污染。然而，以风能及太阳能为代表的新能源具有随机性和间歇性特征，大量新能源电力集中或分布接入电网，必然会对传统电力系统的安全性及可靠性产生各种不利影响。提高电网智能化水平，应对新能源电源的不可控性及波动性、确保系统的安全性及可靠性需求是中美欧3国（地区）发展智能电网的共同背景。由于各国的内部环境及已有电网基础条件不同，决定了智能电网发展的工作重点、发展路径必然不同。中美欧在智能电网发展的组织方式和激励机制、相关的监管和电价机制、用户特点、能源结构和分布形式、电网发展状况、电力工业的管理模式等方面均存在差异。美国强调了数字化技术在智能电网中的重要作用，认为现代数字化技术和新能源技术的结合是智能电网发展的动力；欧洲由于分布式能源和电动汽车发展迅速，配电网面临巨大的压力和挑战，因此特别强调对Prosumer的服务和管理；中国由于电力工业仍处在快速发展时期，强调在增强电网智能化水平的同时，需要建设坚强的输电网，并保证各级电网协调发展。相对而言，美欧之间差异较小，中国与欧美差异较大。欧美提出的智能电网技术体系基本相同，以配用电侧的技术为主，同时涵盖提高发输电系统可观测、可控性的先进输电技术、广域监控技术和其他自动化技术。在配用电侧，借助AMI技术，配合相应的市场机制，将用户侧的分布式能源、电动汽车和智能用电设备集成在一起，实现需求响应，由此构成的智能配用电技术是智能电网技术示范和部署的重点。国家电网公司在发输电系统的技术与欧美差别不大，但在配用电侧特别是用户侧存在较大差异，不仅技术领域的名称不同，技术内涵和解决方案也有很大差别，由于相适应的市场机制尚未形成，中国实施智能用电技术的条件不够成熟，难以支持智能配电系统和用户侧系统的有效集成。智能电网是一个不断演变的生态系统，新技术的发展，政策、市场机制的调整及标准的形成都将对智能电网的发展产生较大的影响。在智能电网基础上，智能能源系统、智能社区、智能城市等新概念涌现，工业互联网的提出将智能化的机器、人脑和网络联系在一起，物联网、云计算、大数据等信息通信技术不断发展，储能技术的突破和电动汽车的大规模应用等都将对未来智能电网的发展产生重要影响。结论：能源压力和环境问题促使发展智能电网成为近来世界电力工业发展的共同趋势。然而，由于各国能源结构和分布及电网基础设施存在差异，各国智能电网发展侧重和技术路线则不尽相同。中国一次能源分布及区域经济发展的不均衡性，决定了资源大规模跨区域调配、全国范围优化配置的必然性。随着中国经济的高速发展，电力需求持续快速增长，就地平衡的电力发展方式与资源和生产力布局不均衡的矛盾日益突出。缺电与窝电现象并存，跨区联网建设滞后，区域间输送及交换能力不足，电力资源配置范围和配置效率受到很大限制，更大范围优化资源配置能力亟待提高。为促进能源资源的优化配置，提升电网接纳清洁能源的能力，满足经济快速发展需求，实现可持续发展，国家电网公司提出建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展、具有“信息化、自动化、互动化”特征的坚强智能电网。这是符合电力工业的发展规律和中国的具体情况的。同传统电网相比，智能电网需要能够有效应对复杂多变的系统工况。新技术的突破，政策和机制的调整，商业模式和技术标准的形成，对智能电网的发展将产生重大的影响。在这一长期的发展过程中，应重视如下几方面的工作。①持续跟踪研究欧美等发达国家智能电网的发展状况。充分借鉴其经验教训，以期在智能电网建设过程中少走弯路，同时也有利于中国智能电网标准国际化工作以及其在智能电网领域的国际合作和技术输出。②欧美国家在智能电网的系统工程方法、架构体系研究、技术产品功能设计和效益分析、商业模式设计与实证研究等方面有着比较深厚的研究基础和丰富的工程经验，中国应加强这方面的研究和实践。③在影响智能电网发展的一些基础研究和新技术开发方面应加强科研支持力度，如物联网技术、大数据技术、超导技术、储能技术等。④应进一步确立智能电网的国家战略地位，由政府主导，颁布相关法规、给予充分的资金支持、建立相应的政策机制，吸引全社会参与，持续推动中国智能电网发展。

来源出版物：中国电机工程学报,2013,33(31)：1-14

入选年份：2017

磁耦合谐振式无线电能传输系统串并式模型研究

黄学良，吉青晶，谭林林

摘要：目的：随着科学技术的发展和新兴技术领域的出现，输电技术的方式与种类也日趋多样化。磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输效率高、距离远、功率大的特点。本文利用磁耦合谐振式无线电能传输的串并式电路模型，探讨了系统输出功率和工作频率的关系。方法：利用等效电路理论，建立磁耦合谐振式无线电能传输系统的串并（series-parallel，SP）式电路模型，该串并式电路的特点是发射端的线圈电感与谐振电容以串联的形式连接，接收端的线圈电感与谐振电容以并联的形式连接，符合实际无线电能传输的结构。利用基尔霍夫电压定律建立串并式电路模型的等效KVL电路方程。求解KVL方程可得系统传输效率及输出功率的解析解，两者的解析解中均包含工作频率、负载电阻及线圈间互感等参数，线圈间互感与线圈间距离有关，故系统传输效率及输出功率解析表达式可写为只与工作频率、负载电阻及线圈间距离的关系。设定系统线圈匝数、半径、导线半径、分布电容、可调电容、线圈等效内阻、系统电源电压等参数，其中线圈等效内阻利用线圈高频电阻公式计算。由于效率和输出功率的表达式较为复杂，直接求此函数的最大值较为困难，并不易反映出随频率、距离、负载电阻这3个变量的变化趋势。为直观的分析效率和功率随其它因素的变化规律，利用固定一个或两个变量以减少方程的维数，再借助MATLAB的函数绘图，直观地观察系统传输效率及输出功率随频率、距离、负载电阻3个变量的变化趋势。绘图曲线中发现：在电源频率f=615 kHz时，输出功率在近距离下会出现变小的现象，一方面是由于在近距离情况时，采用互感公式计算得到的M误差较大，且由于互感增强，导致系统谐振频率分裂；另一方面随着距离的减小，使得M增加，导致系统不能实现负载匹配，从而使Pout呈现下降的趋势。利用互感电路的等效模型可以解释传输效率的变化原因。结果：利用传输效率、功率与频率、负载电阻变化的解析式，设置相应电路参数，可以得到系统工作在谐振频率615 kHz以下时，电阻的变化对效率的影响较小；在高于谐振频率下，效率会因电阻的变大而变小。输出功率Pout的大小随频率的变化比较敏感，仅在谐振频率附近才有明显的功率输出，且Pout随负载的变化也较明显。利用传输效率、功率与频率、距离变化的解析式，可以得到近距离下传输效率较高，且此时频率变化对系统的高传输效率基本无影响，系统的输出功率随频率的变化仍比较敏感，只在谐振频率附近才有明显的功率输出，且Pout与传输距离D有关，存在最大值。结论：本文从 SP型等效电路的角度出发分析了磁耦合无线电能传输系统的传输效率、输出功率的表达式。由分析及实验结果得，效率及输出功率与频率密切相关，与效率相比，输出功率对工作频率的变化更敏感，得出在传输距离及负载固定的情况下最佳效率与最大功率对应的频率重合的结论。

来源出版物：电工技术学报,2013,28(3)：171-176

入选年份：2017

灵活互动智能用电的技术内涵及发展方向

李同智

摘要：目的：智能用电作为互动服务体系的核心，是智能电网研究的热点、难点，而灵活互动的供用电模式已成为智能用电的发展趋势。本文以实现灵活互动的智能用电服务为目标，以智能用电技术体系架构为总线，探讨智能用电技术的内涵、发展方向以及研究路线。方法：基于高级量测体系（advanced metering infrastructure，AMI）标准、系统及终端技术，智能用电双向互动运行模式及支撑技术，用户用电环境与用电模式的相互影响3方面的关键技术，分析了灵活互动智能用电技术的内涵。通过对当前关键技术研究与实践的总结，分析并探讨了灵活互动智能用电技术的发展现状及存在的问题。针对所存在问题，结合电力用户的用电需求及中国的实际国情，明确了灵活互动智能用电的发展目标、发展方向和研究技术路线。结果：基于灵活互动智能用电技术的发展目标，应积极建立灵活互动的智能用电技术体系结构，突破各种智能用电双向互动核心技术，为构建友好互动的电能交换平台、实现即插即用和灵活互动的供用电模式提供技术基础，支撑阶梯电价和分时电价，具体包括：1）制定适合中国国情的智能用电技术体系架构，并提出配套标准体系；2）开发满足百万以上用户接入的AMI系统，研制支撑用户与电网灵活互动的智能设备，并实现互动服务功能；3）研究符合用户用电需求特性的互动模式以及需求响应理论框架，研发需求响应分析控制和仿真系统、电力用户用能管理系统、智能用电双向互动支撑平台；4）揭示用电环境与用电模式相互影响的规律以及用电环境对负荷特性的影响机理，并全面建立气象因素与电力空调负荷的关系；5）开展灵活互动的智能用电示范工程。依据以上发展方向，具体的研究路线为：1）在体系架构方面，应考虑中国电力营销模式特点，借鉴国外先进经验，并梳理各支撑技术间的关系，形成配套体系；2）在AMI方面，应提炼业务需求及关键环节，根据需求建立AMI基础架构及技术标准，并根据分时电价及阶梯电价标准及法律，提出修订电能计量计费标准的建议，开展 AMI系统示范工程；3）在智能用电双向互动运行模式及支撑技术方面，应分析互动业务场景、用户用电行为特性，搭建互动业务模型，并结合电价机制研究需求响应实现的机理，建立用能评价指标体系，开发相应平台；4）在用电环境与用电模式的影响方面，则通过分析历史数据建立影响机制的数据模型。结论：灵活互动智能用电技术能够通过支持和引导用户参与自动需求响应，为用户提供灵活友好、支持电能量交互的用电互动平台，提高终端的用能效率。目前，中国正在积极推进该技术的发展，预计在不远的将来进行更加深入与广泛的实践，以促进节能减排，构建和谐的供用电关系。

来源出版物：电力系统自动化,2012,36(2)：11-17

入选年份：2017

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

谢震，张兴，宋海华

摘要：目的：电网电压骤升故障对双馈风力发电系统的运行构成了威胁。本文旨在研究双馈风力发电机（DFIG）的高电压穿越（HVRT）特性，分析电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程，制定相关控制策略来减小HVRT过程中转子电流振荡，提高双馈风力发电系统的HVRT性能。方法：对电网电压骤升时DFIG的电磁暂态过程进行数学建模，得到定子磁链、转子电压的时域模型。从系统稳定性分析的角度引入有源阻尼控制方案，通过系统bode图和理论分析，发现在不同转速和电网骤升幅度时，需要选择合适的虚拟电阻。根据转子侧变流器的最大电流、电压允许值，分析得到虚拟电阻的设计方法。通过 MATLAB/Simulink仿真及实验验证所提出的变阻尼控制策略的有效性。结果：通过分析DFIG暂态模型中电磁变量之间的关系，电网电压骤升时定子磁链中包含以同步角速度旋转的并且由骤升的电网电压决定的强制磁链部分和由于磁链连续而产生的幅值衰减的静止瞬态自然磁链部分，基于电磁关系相应地也有暂态变化的定、转子电压。兆瓦级别的DFIG定子电阻较小，其阻尼系数又与定子电阻正相关，因此DFIG具有欠阻尼特性，并且其自然振荡频率在电网工频附近，这样当电网电压发生骤升故障时，系统容易发生振荡。引入有源虚拟电阻能有效作用于反电动势到转子电流的响应，进而抑制电网电压骤升时转子电流、电磁转矩的振荡，提高了DFIG转子侧阻尼，同时降低双馈风力发电系统的时间常数，提高了系统的动态响应速度。但是，虚拟电阻的增加会导致转子电压的升高，DFIG的转速和电网的骤升幅度也会对转子电压产生影响。因此必须选取合适的虚拟电阻，保证在一定的转速和电网电压骤升幅度的条件下，既要抑制转子电流振荡，也要保证转子电压不至于过高，暂态时间不至于加长。虚拟电阻的选择必须满足转子侧变流器的电流和电压小于所允许的最大电流和电压。分析得到当电网电压骤升幅度较大或者转差较大时，需要选择较小的虚拟电阻，当电网电压骤升幅度较小或者转差较小时，需要选择较大的虚拟电阻。仿真和试验分析表明，理论分析中的主要关系正确，变阻尼控制对振荡抑制的效果达到预期，且转子电压在允许范围内。结论：本文对电网电压骤升故障下DFIG的电磁暂态过程进行了分析，在研究了无源阻尼控制的基础上，将有源阻尼控制引入到DFIG转子励磁控制中，并提出了变阻尼的改进控制策略。基于有源阻尼控制方法，抑制了电网电压骤升故障所造成的转子电流振荡和电磁转矩振荡，同时减少了撬棒动作及其不利影响。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响，采用变阻尼控制方式，提高了双馈风力发电系统的HVRT性能。

来源出版物：电力系统自动化,2012,36(3)：39-46

入选年份：2017

基于计算几何方法的电动汽车充电站规划

唐现刚，刘俊勇，刘友波

摘要：目的：电动汽车的规模化发展，需要完善基础配套设施，其中充电设施尤为重要。电动汽车充电站建设作为电动汽车设施建设的重要环节之一，对于整个电动汽车产业的发展至关重要。科学合理的充电站布局规划关系到未来城市智能电网、交通网的可持续发展，具有十分重要的意义。本文综合分析了影响电动汽车充电站规划的若干因素，利用粒子群优化算法的全局寻优能力，结合加权伏罗诺伊图的方法对充电站进行选址定容和服务区域划分的优化规划。方法：以充电站和变电站的带负荷能力与电压安全以及充电站有效服务半径为约束条件，以充电站年运行收益最大为目标函数，建立了一种电动汽车充电站规划的最大收益模型。用蒙特卡罗仿真方法求出 1天24个时刻单台电动汽车充电功率需求的期望。充电站的有效服务半径与充电站的容量、所处位置的交通情况以及所属区域的电动汽车分布密度相关。通过加权伏罗诺伊图所引入的权重来反映各因素对充电站有效服务半径和各充电站平均负载率的影响。利用粒子群算法求解充电站规划的最优值，通过用表征充电站位置和容量的粒子的不断寻优过程来模拟各种充电站规划方案的寻优选择。结果：以某一面积为400 km2、规划年汽车总量为40万辆的区域为目标规划区，算例1和算例2分别设定其电动汽车占比为5%和8%。利用本文所述的加权罗诺伊图和粒子群优化的方法，对该规划区进行大量计算以后得到了两个规划方案，虽然在两种规划方案中充电站位置分布和服务区域划分差异很大，但是其年收益却非常接近。同时也可以看出由于使用了加权伏罗诺伊图方法，各个充电站负载率都维持在80%～110%的设定范围之内。因城市各区域经济增长和发展定位的不同，实际各区域电动汽车的分布可能会存在很大差异，从而导致电动汽车充电负荷分布出现不均衡。为分析因此给充电站规划带来的影响，算例3在负荷分布和负荷总量不变的基础上，根据负荷分布的不均衡引入一个负荷分布修正系数。当负荷分布出现较大区域差异时，规划方案会发生明显变化，充电站个数由4个增加到了5个，投资收益也出现了下降，但各规划充电站负载率仍能保持在目标范围且分布均衡。结论：影响电动汽车充电站规划的因素众多，本文在综合考虑电动汽车分布、电网结构和交通网分布的基础上建立规划的最大收益模型。应用文中提出的基于粒子群优化算法和加权伏罗诺伊图的方法求解模型，得出充电站规划的选址定容以及各个充电站服务区域的优化划分。通过多次测算可以看出采用加权伏罗诺伊图的方法克服了采用常规的优化算法在服务区域划分和负载率无法控制的缺陷。规划方案中各充电站服务区域划分更合理，负载率也更均衡，证明了模型和算法的有效性和所提方法的可行性。

来源出版物：电力系统自动化,2012,36(8)：24-30

入选年份：2017

智能电网调度控制系统现状与技术展望

辛耀中，石俊杰，周京阳

摘要：目的：纵观中国电网调度自动化技术的发展，一直伴随着电网的发展而不断进步。2003年的美加大停电、2008年冰灾与汶川大地震，促使我国对大电网动态稳定分析和预警、多级调度联合处置重大电网事故、调度中心异地容灾备用等开展研究，并推动智能电网调度控制系统（D5000）的技术研发与集成应用，以保障大电网的安全经济运行。本文作者在最后还对智能电网调度控制系统需要进一步研究的关键技术进行了展望，以指导后续研究。方法：（1）确立技术路线：立足安全性高的软硬件，采用多核计算机集群技术提高系统运行可靠性和处理能力，采用面向服务的体系结构提升系统互联能力，将原来一个调度中心内部的10余套独立的应用系统，横向集成为由一个基础平台和4大类应用（实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理）构成的电网调度控制系统，同时，纵向实现国、网、省3级调度业务的协调控制，支持实时数据、实时画面和应用功能的全网共享。（2）攻克关键技术难题，包括：a）针对特大电网多级调度中心的全网实时数据共享和调度业务协同需求，制定了多项行业、国家和国际标准，研发了分布式实时数据库、图形界面高效远程浏览和大电网统一建模等关键技术，研发了支撑电网调控业务、统一标准的一体化D5000平台，率先解决了特大电网多个控制中心实时工况共享的重大技术难题。b）通过研究多级调度协同的大电网实时监控、综合智能告警和安全控制技术，实现了国家电网500 kV及以上电网故障的全网联动实时告警，率先解决了特大电网多级调度协调控制和故障联合处置的世界性难题，加强了特大电网的可控制性。c）研发了基于特大电网实时实测运行工况、事件触发、多级调度互动的在线动态安全预警技术，提高了特大电网安全状态评估的及时性，解决了长过程多重连锁故障预警处置的重大难题。d）研发了适应节能与经济等多种调度模式、考虑新能源消纳、兼顾安全与经济的发电计划模型与方法，开发了日前、日内和实时发电计划优化决策软件，实现了自适应负荷变化的多目标发电计划优化决策和精细化安全校核，解决了大规模间歇性可再生能源发电的有效消纳和节能发电调度等重大技术难题。e）按照国家等级保护四级结构化安全要求，基于安全可靠软硬件研发了电网调度控制系统，创造性地构建了省级以上分组分布式备调体系，基于分层虚拟专用网（VPN）建立了调度专用数据网双平面，构建了更加坚强的电力二次系统纵深安全防护体系。结果：基于上述研究方法，开展了关键技术研究，攻克了多项技术难题，研发了智能电网调度控制系统，至2013年底，智能电网调度控制系统已部署到国家电网公司全部32个省级以上调度控制中心，并迅速推广应用到 59个地市调度控制中心，覆盖了国家电网公司范围内全部国家等级保护 4级系统。结论：1）特大电网的可观测性大幅提高。2）特大电网的可控制性得以加强。3）多调度中心协同运行和在线安全预警的能力大为提升。4）电网运行经济性和新能源消纳能力持续提高。5）电网调度抵御重大自然灾害和集团式网络攻击的能力显著增强。

来源出版物：电力系统自动化,2015,39(1)：2-8

入选年份：2017

含风电接入的发输电系统风险评估

蒋程，刘文霞，张建华

摘要：目的：电力系统在正常运行情况下能够正常供电，不会出现切负荷的事件。如果系统受到某些偶发事件的扰动，特别是风电并网后风电的间歇性和波动性，可能会引起系统功率失衡、线路过载和节点电压超限等故障，进而导致切负荷。随着风电机组单机容量和风电场规模的不断增大，迫切需要研究大型风电场并网对发输电系统的影响及其带来的风险，全面评估风电的价值。方法：考虑了风速的随机性、风电机组的功率特性、风机运行条件、风机的降额运行状态、风电场升压变压器和输电线路故障率等因素建立了风电场可靠性模型；考虑发电商和电网运营商的特点，分别建立了发电系统经济损失期望值（EGEL）和输电系统经济损失期望（ETEL）指标以及风电对这两个系统经济损失期望值贡献系数指标（WFEGELB、WFETELB）；考虑风电接入下，蒙特卡洛方法中样本容量大、计算效率低等不足，提出了基于分散抽样蒙特卡洛算法的含风电发输电系统的风险评估方法，其原理是把[0,1]区间分成若干子区间，在抽样后分别对每个子区间进行系统状态的判断和指标计算。通过对改进IEEE-RTS79算例的计算分析以及仿真验证所提出模型和评估方法的有效性。结果：（1）选取一个包含100个2 MW机组的风电场作为研究对象，风机降额状态对风电场高出力（＞150 MW）的概率密度影响较大，主要体现在：使风电场高出力状态（180～200 MW）的概率变小，次高出力状态（160～180 MW）的概率变大；风电场用升压变压器和输电线路故障对出力的概率密度也有一定的影响，主要体现在：风电场出力为0的概率大大增加，其它出力状态的概率有所降低。（2）设计了含3座200 MW风电场的IEEE RTS79测试系统作为研究对象，风电的接入可以使整个发输电系统的损失降低，其中对发电系统风险的贡献较大；方案1、2、3为3个风电场分别集中接入母线16、18、23上，从指标ETEL和WFETELB可以看出，风电接入对输电系统的风险影响相对发电系统较小，而且不同接入方式下其影响程度相差较大，其中方案2效果最差，其指标WFETELB的值为-1.1176，它表示风电接入不但对输电系统的风险没有贡献，反而增加了输电系统的风险；方案4为3个风电场分别接到3个不同的母线上，但对输电系统而言，方案3的效果要比方案4好，分析RTS79系统可以发现，方案4中的3个风电场虽然分别接到3个不同的母线上，但由于母线7只有1条线路与外界相连，一旦这条线路故障，可能造成输电线路过负荷或系统解列，最终引起系统供电不足，而方案3中虽然3个风电场集中接入一个母线上（Bus23），但由于其与外界连接的线路较多，在若干多线路故障停运时，其他几条线路也可以输送所发出的风电，因此其风险较小。（3）蒙特卡洛法和分散抽样蒙特卡洛法的抽样次数都设为50000次，从指标EGEL和ETEL的收敛过程可以看出后者的收敛速度以及计算精度明显高于前着。结论：（1）风电机组的降额状态、运行条件（风速）、风电场用变压器和高压输电线路的故障等对风电场的出力有很大的影响，在可靠性建模中应加以考虑。（2）风电接入可以降低发电系统的风险，其降低的程度随风电的接入容量增加而增大，而且不同风电的接入方式对发电系统风险的影响不大；风电接入对输电系统风险的降低比发电系统相对要小，而且随着风电容量的增加，其风险先减小再增加，当风电容量大于某个值时，风电的接入增加了输电系统的风险；对于同一风电接入容量，不同的接入方式对输电系统风险的影响较大，有的接入方式会使输电系统的风险增加。（3）基于分散抽样的蒙特卡洛法与蒙特卡洛法相比具有更快的收敛速度，对于相同的抽样次数，前者比后者具有更高的计算精度。

来源出版物：电工技术学报,2014,29(2)：260-270

入选年份：2017

大规模光伏发电对电力系统影响综述

丁明，王伟胜，王秀丽

摘要：目的：人类对能源安全的担忧和环境恶化的焦虑，使得充分利用可再生能源已经成为全球共识。以太阳能、风能为代表的大规模可再生能源并网发电已经成为新型电力系统不可阻挡的发展趋势，对电力系统深层次的影响正在凸显，各国学术界和工程界均给予极大关注。该文的目的，在于综述国内外大规模光伏发电研究现状，探究光伏发电与电力系统间交互影响的因素，提炼存在的学术和工程问题，理清下一步研发思路。方法：一方面，论文从电力系统规划、仿真、调度、控制角度，重点讨论了大规模光伏系统的建模与仿真、大规模光伏接入对系统动态和稳态特性的影响、大规模光伏外送及消纳的关键技术分析。具体如下，1）详细介绍当前光伏阵列、光伏并网换流器及控制模型的国内外前沿技术进展，深入分析光伏发电系统的静态、动态建模方法，综合对比国内外光伏发电系统模型工具及仿真平台开发现状。2）从源网荷三侧分别描述大规模光伏接入对系统有功频率、无功电压、功角稳定性、小扰动稳定性、配电系统保护及电能质量等六个维度的交互影响。3）光伏消纳方面，从光伏外送新型输电技术、光伏电站规划设计技术、光伏消纳综合技术（包括综合规划技术、源网协调技术及精细化预测技术）3个角度分析提升光伏消纳能力的关键举措。另一方面，本文结合当前光伏发电面临的挑战及存在的问题，针对性提出未来研究重点及建议，为光伏发电的健康可持续发展提供理论基础和实践参考。结果：通过对国内外学术界和工程界已有研究的对比分析，可知 1）我国光伏发电未来呈现“规模化分散开发、低压接入、就地消纳”以及“大规模集中开发、中高压接入、高压远距离外送消纳”两种方式并存的格局；2）大型光伏电站和并网换流器控制技术的理论、方法、模型构建及光伏电站的差异化、精细化建模是发展好大规模光伏发电的理论基础；3）大规模光伏接入系统后将对系统功角、频率以及电压等多个方面均带来影响，剖析规模化光伏与大电网动态特性的交互作用机理是当前亟需解决的难题；4）大规模光伏外送及消纳技术的提升能有效促进光伏大规模发展，其是实现光伏发电在更大空间范围内消纳的重要技术手段。结论：本文从大规模光伏系统的建模与仿真、大规模光伏接入对系统动态和稳态特性的影响、大规模光伏外送及消纳的关键技术3个方面对国内外研究现状进行了归纳、总结，指出当前大规模光伏发电发展的关键问题主要有大型光伏电站及变流器建模技术、含大型光伏电站的电力系统综合规划技术及光伏消纳的关键技术等。并且根据作者的思考，提出了进一步研究重点及建议供参考。

来源出版物：中国电机工程学报,2014,34(1)：1-14

入选年份：2017