logo全球能源互联网期刊信息服务平台

东北大学王睿、孙秋野等:面向“碳达峰、碳中和”的新型电力系统的潮流计算

阅读原文 阅读原文

面向“碳达峰、碳中和”的新型电力系统的潮流计算

王睿1,孙秋野1,胡伟23,张化光1,王鹏3

1.东北大学信息科学与工程学院;2.湖南大学机械与运载工程学院;3.南洋理工大学能源研究所

本文发表在《全球能源互联网》2022年第5期“综合智慧能源关键技术”专题上,欢迎点击品读。本文受国家重点研发计划(2018YFA0702200);国家自然科学基金重点项目(U20A20190)资助。

文章导读

在含高比例可再生能源的新型电力系统中,由于不考虑电力电子变换器的阻抗特性,使得潮流计算的精度降低。为此,需要一种基于本地控制器阻抗特性的由大量分布式发电机组成的新型电力系统潮流计算方法。首先,基于小信号扰动法和dq轴、αβ轴、abc轴之间的等效变化,对变换器的源端等效输出阻抗矩阵进行了估计。然后将总线-分布式电源等效阻抗模型转化为总线-总线的阻抗模型。同时,将等效阻抗模型嵌入雅可比矩阵迭代过程中,提高了潮流计算方法的精度。

研究成果

1

提出了d-q轴阻抗参数模型,反映电流源变换器本地控制器的阻抗矩阵对潮流计算过程中的导纳矩阵的影响。

2

提出了一种改进雅可比矩阵精度的总线阻抗变换方法,将DGs的输出等效阻抗应用于潮流计算。

主要内容

图1、图2展示了总线-总线阻抗变换的流程以及原理,将abc轴上电流源变换器的等效输出阻抗模型转换为总线—总线阻抗模型,以直接应用于雅可比矩阵迭代过程中的系统导纳矩阵。

图片

⬆ 图1 总线-总线阻抗变换流程图

图片

⬆ 图2 总线-总线阻抗变换原理图

DG安装在IEEE-4总线模拟测试系统的3rd总线上,如图3、图4所示,系列1代表常规潮流计算的电压幅值和功角结果,系列2代表所提出的潮流计算的电压幅值,系列3代表实际系统的电压幅值和功角结果。系列2的计算结果是利用修正潮流计算过程获得,即将等效阻抗嵌入雅可比矩阵当中,以此体现本地控制器的等效阻抗对潮流计算结果的影响。通过图3、图4可知,所提出的潮流计算结果更接近于实际值。从而验证了所提出的潮流计算方法的准确性。

图片

⬆ 图3  IEEE-4总线测试系统中电压标幺值

图片

⬆ 图4 IEEE-4总线测试系统中电压相角

DG安装在PG&E-69总线辐射网电力系统的12th总线、26th总线、58th总线和66th总线上。如图5、图6所示,系列1表示所提出的潮流计算结果,系列2表示传统潮流计算结果。同时,通过得到的母线电压的大小和角度,说明考虑电流源变换器本地控制器的潮流计算结果会发生变化。

图片

⬆ 图5  4个DG的PG&E-69总线电力系统的电压标幺值

图片

⬆ 图6 4个DG的PG&E-69总线电力系统的电压相角

此外,总的损耗功率也发生了变化。更多地,继续在PG&E-69总线电力系统线辐射网络电力系统的16th总线和20th总线上增加DGs,分别得到了新的母线电压大小和角度,如图7和图8所示。说明考虑电流源变换器本地控制器潮流计算结果会发生很大变化。

图片

⬆ 图7  6个DG的PG&E-69总线电力系统的电压标幺值

图片

⬆ 图8 6个DG的PG&E-69总线电力系统的电压相角

当DGs安装在IEEE-118总线环网电力系统的2nd总线、20th总线、33th总线和114th总线中。如图9、图10所示,系列1代表所提出的潮流计算结果,系列2代表传统潮流计算结果。从图9、图10可以看出,考虑电流源变换器的本地控制器会改变潮流计算结果。

图片

⬆ 图9  4个DG的IEEE-118总线电力系统的电压标幺值

图片

⬆ 图10 4个DG的IEEE-118总线电力系统的电压相角

此外,总的损耗功率也发生了变化。同时,继续在IEEE-118总线辐射网络电力系统的52th总线、67th总线和88th总线、97th总线中增加了DGs。如图11、图12所示,分别得到了母线电压大小和角度,说明考虑到电流源变换器本地控制器的潮流计算结果会发生很大变化。因此,随着分布式可再生能源的增加,电流源变换器的本地控制器无疑应嵌入到潮流计算中。

图片

⬆ 图11  8个DG的IEEE-118总线电力系统的电压标幺值

图片

⬆ 图12  8个DG的IEEE-118总线电力系统的电压相角

本文引文信息

王睿,孙秋野,胡伟,等. 面向“碳达峰、碳中和”的新型电力系统的潮流计算[J]. 全球能源互联网,2022,5(5):439-446.

WANG Rui, SUN Qiuye, HU Wei, et al. Power flow calculation of new power system for carbon peaking and carbon neutralization[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2022, 5(5): 439-446(in Chinese).

 研究团队

东北大学信息科学与工程学院电气自动化研究所,由教育部长江、国家杰青、IEEE Fellow的张化光教授担任团队负责人,团队包括10位教授和7位青年教师。团队曾以第一完成单位/完成人获得国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖等。主持国家重点研发计划、基金委重点项目、基金委仪器仪表专项计划等纵项课题30多项。

作者简介

图片

王睿

讲师

主要研究高比例可再生能源的新型电力系统潮流计算。

E-mail:

wangrui@ise.neu.edu.cn

图片
图片

孙秋野

教授

研究方向为多能耦合系统能流分析与分布式优化控制、能源路由器硬件拓扑、自能源状态感知、非侵入式检测与建模、电力设备状态监测技术、人工智能算法设计及应用。

E-mail:

sunqiuye@mail.neu.edu.cn

编辑:张鹏

审核:周舟

《全球能源互联网》中文期刊贯彻落实习近平总书记关于探讨构建全球能源互联网重要指示精神而创办,是国家电网有限公司重点培育的科技期刊,致力于通过发表能源电力、先进信息、气变环境、经济社会等领域最新研究成果,推进构建新型电力系统,加速全球能源绿色低碳转型,助力实现“碳达峰、碳中和”目标。

期刊面向全球公开发行,是中国科技核心期刊,并被中国科学引文数据库(CSCD)、DOAJ 数据库等收录。期刊审稿速度快,平均周期2个月,不收取版面费并设有优厚稿酬。优秀论文作者有机会受邀出席联合国、全球能源互联网发展合作组织、IEEE、中国电机工程学会等国际组织和学术团体举办的学术活动。

诚邀各位专家赐稿交流。

郑重声明

根据国家版权局相关规定,纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编本网站作品,需包含本网站名称、二维码等关键信息,并在文首注明《全球能源互联网》原创。 个人请按本网站原文转发、分享。