互联电网

省级电网异步联网运行是我国电力系统发展的一种必然趋势。随着交流同步电网的逐步发展，电网覆盖面积、发电装机规模、用电负荷复杂性、电源种类及数量等逐渐增大，异步联网运行有利于提高电力系统的稳定性和电力设备的安全性，可防止电网事故的扩大，降低次生灾害的风险，从而增强大电网的可控性。但就目前来看，电力系统异步运行技术尚在发展之中，谐波超标、宽频振荡等新问题严重威胁着异步互联电网的安全稳定运行。 在此背景下，云南电网公司组织电力系统异步运行领域的专家编写了《电力系统异步运行实践》一书，聚焦“电力系统异步联网运行”，以阐述异步电力系统运行相关技术理论，分析相关实践经验为宗旨，充分展示电力行业关于电力系统异步联网运行技术与实践研究的最新成果和前沿进展。

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题，提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先，分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次，在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差，对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路，寻优获得最优PID控制器参数。最后，以两区域4机组互联电力LFC系统为例，仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器，比基于MVO算法所获得的PID控制器，对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化，具有相对较好的鲁棒性能。并且，对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

交直流互联电网的送受关系复杂，电网运行调控的约束众多，使得完全依赖人工经验来判断送受电计划调整空间的难度较大。为适应市场化交易对于跨省送受电计划调整提出的精细化要求，提出了一种跨省输电功率可行域的分析方法。首先，根据交直流互联电网的运行特点，对调度可行域所含的运行约束进行拓展建模。然后，构建跨省输电功率可行域模型，并采用有序顶点搜索法进行求解。最后，基于南方区域电网的实际运行场景展开算例分析，并利用全网调度优化模型的计算结果验证了跨省输电功率可行域的有效性。依据可行域的计算结果可以获知特定送受场景下跨省输电功率的限值范围，从而为中长期送受电计划校核调整提供参考依据。

在中国提高新能源并网率、助力“碳达峰、碳中和”目标的背景下，实现电力资源的跨区域配置，有利于发挥不同区域间的资源互补效益，提高互联电网的整体新能源消纳能力。针对当前出清方法难以实现跨区备用辅助服务资源配置的难题，提出了一种联合考虑电能量与备用辅助服务的联络线可行域构建方法，并提出了计及跨区备用辅助服务互济的互联电网协同市场出清模型。通过在联络线可行域中考虑跨区备用辅助服务互济约束，完整刻画电能量-备用辅助服务交易空间，并通过互联电网协同出清实现备用跨区配置。基于某区域互联电网算例表明，所提方法可成功实现跨区备用资源的优化配置，进而整体提升互联电网的新能源消纳能力与综合运行效益。

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标，2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器（VSC）进行直流互联。在功率双向流动系统中，定功率控制模式下变流器作为功率负载时，其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性，进而减小系统阻尼，容易让系统失去稳定。针对该问题，提出一种多阻抗优化控制方法，不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗，还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化，减小两侧阻抗的相位差，多角度增强系统的稳定性。首先，对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次，对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后，分析了多阻抗优化控制的工作机理，并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据，对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明：提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化，不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正，还可以减小直流侧阻抗间的相位差，使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。

本项目依托“电力系统运行与控制山西省重点实验室”、“新能源电力系统国家重点实验室”，以高占比新能源接入的互联电网和卫星发射中心、电铁等高危敏感电力负荷为研究对象，首次提出了网荷协调发展的电能质量一体化监测、精细化评估和优化控制关键技术，项目成果已大规模应用于实际工程。创新性提出了基于模糊控制和粒子群算法的谐波和电压暂降监测统一的优化配置方法，从规划层面进行网荷协调的电能质量扰动优化监测，实现了有限监测点下的信息整体可观：协调考虑网-荷之间的兼容性，提出了云病法谐波电流概率分布模型，并首次提出了一种考虑治理效果的谐波污染多限值评估方法，实现了电能质量精细化评估；针对优化控制，提出了治理设备APF的改进单周控制方法和优化策略，建立了治理装置补偿特性分析模型库，通过“太原卫星发射中心-义井变电站”的“网一荷”协调综合治理工程示范应用，为负荷多样化、网荷交互影响复杂化的区域电网电能质量治理提供了综合解决方案；同时，开发了涵盖监测、管理与治理决策功能的电能质量智能信门息系统，实现了整体可观测。

本项目属于电气工程学科领域。电力系统是国家关键基础设施，其安全稳定运行不仅影响国民经济，而且直接关系国家安全。近年来，国内外先后发生了伊朗核电站、乌克兰电网、委内瑞拉电网遭受网络攻击导致大停电等多起电网安全事件。但是电力系统的高实时、高可靠、高业务连续性要求，使得现有信息安全监测技术难以适应我国大型互联电网安全的防护要求。 本项目在国家电网公司项目支持下，历经多年“产学研”联合攻关，攻克了电力系统网络安全实时监测与智能预警技术，自主研制了大规模企业级电力网络安全监测预警系列化装备，将我国电网网络安全防护提升为实时监测-事前预警防御水平，对保障电力系统的安全运行以及国家安全起到了重大作用. 项目获发明专利授权16项、软件著作权12项，发表SCI/EI论文32篇，出版专著1部，制定国家、企业标准5项，项目整体技术被院士专家鉴定为国际领先水平。项目开发了一系列自主可控的具有行业特点的监测工具和防护产品，项目成果通过国家公安部、国家软件测评中心等国家权威机构检测认证，已在湖南、江苏、浙江、天津、福建等省级电网推广应用，部分成果推广应用至能源、金融、石化、交通等16个行业193家单位.

本书紧扣“电力系统异步联网运行”主题，从电力系统的发展演变出发，介绍了电力系统异步互联结构形态，分析了电力系统异步运行的特征，系统地阐述了电力系统异步运行安全稳定控制技术和数字仿真技术，并结合实践经验总结了电力系统异步运行的典型案例，对新型电力系统异步运行的发展趋势和构建进行了展望。

一方面，目前国内基于IEC 61850 的数字化变电站自动化系统和基于IEC 61970 的数字化电网调度自动化系统已有多项工程投入使用，但变电站和调度自动化系统间如何数据交互，仍然没有公认和完善的解决方案，导致了在互联电网的规模越来越大的情况下，模型却分割孤立，调度端和变电站端各自重复建模，模型的实时性不够，各种自动化、智能化应用模块缺乏统一的模型基础。同时，由于模型不统一，变电站自动化系统大量丰富的有用信息不能传输到调度系统，系统之间处于分割状态产生信息孤岛，没有充分发挥IEC 61970，IEC 61850两大标准的优势；到目前为止，国内电网在基于IEC 61850的站内一、二次设备数字化与局部数据的互操作性研究方面有了较大进展，但在变电站数据的全面有效整合和综合运用，与调度自动化系统无缝对接等方面仍处于刚刚起步阶段，尚有大量关键技术需要研究和突破。 另一方面，为适应市场发展的需要，对电能质量指标进行监测、统计和分析，降低电能质量问题造成的一系列损失，实现对电能的全面质量控制是十分必要的。然而，随着智能变电站的迅猛发展，电子式互感器引进到实际应用中来，使得传统的互感器和电能质量监测设备趋于无效化。智能变电站相对常规变电站具有很多优点，是将来变电站建设的方向，但是由于IEC61850中定义的逻辑节点类和数据类并没有涵盖电能质量的所有指标，同时，在测量方法等方面可能不符合相关国标的规定要求，这影响到了IEC61850在电能质量监测方面的应用。现有的电能质量监测设备在不久的将来将不能满足电能质量监管的需要，必要使电能质量监测系统接入符合IEC61850的智能变电站电能质量监测终端，实现全网电能质量监测。

当前大型火力发电机组均投入一次调频功能，并根据电网稳定性和安全性的要求，一次调频机组要在规定时间内完成电网规定的机组负荷动作量。目前大型机组采用的比较成熟的一次调频控制方式主要策略是由 DEH 调节和 CCS 控制两部分组成，其中 DEH 主要负责一次调频动作量的快速调节，在一次调频动作开始的数秒内完成动作量的大部分；CCS 负责在接下来的时间里完成调频动作量剩余部分的调节和稳定机组负荷的作用。由于现行火电机组不同参数型号不同，机组负荷不稳定，控制参数设置各不相同，还有设备等因素，造成现在许多火电机组一次调频功能不能够完全达到电网的技术要求，主要体现在一次调频负荷动作量不足，一次调频时间不不达标等问题。一次调频机组不能完成一次调频任务会造成电能质量下降，电网稳定和安全性下降等严重后果，因此通过技术改进使得一次调频功能完全达标具有重要的经济和安全意义。 2004 年罗（平）—马（广西马窝）500KV 输电线跳闸引发云南电网频率大幅度波动，造成大朝山电厂机组误甩负荷事故，其主要原因来自汽机调速系统的内部功能实现。事故发生时不仅没有对电网频率稳定起到有益作用，反而加剧了电网频率波动。因此，在西电东送，南北互联的条件下，我国将形成全国联网的巨型电网，如果出现电网重大事故，其规模和造成的损失有可能大幅度增加。因此，保证大规模互联电网的安全、稳定和经济运行是一个重大而迫切的问题，必须作为一个重大战略问题解决。因此，为了保证电力系统的稳定性，有必要对机组参与电网一次调频的特性进行了系统的分析，给出了机组调频死区与一次调频容量以及负荷扰动之间的关系，指导机组调节系统调频死区的设置和电网一次调频容量的选择。为此，本课题的主要内容是通过理论分析和试验研究，确定 DEH 调节系统中合理的一次调频频差系数、调频死区，制定机组参数设置的准则，确定采用 DEH 控制系统机组的试验验收规范，保证电网调度部门获得机组全面、规范、可靠的一次调频参数和调频能力，使得负荷调度更加合理可靠。