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Integrated Frequency-constrained Scheduling Considering Coordination of Frequency Regulation Capabilities from Multi-source Converters

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2024年第1期12卷 261-274页

作者： Jiaming Li Ying Qiao Zongxiang Lu Wei Ma Xin Cao rongfu sun the Department of Electrical Engineering Tsinghua UniversityBeijing 100084China the China suntien Green Energy Limited Company Shijiazhuang 050011China the State Grid Jibei Electric Power Company Beijing 100054China

As the proportion of renewable energy(RE)increases,the inertia and the primary frequency regulation(FR)capability of the power system ***,ensuring frequency security in the scheduling model has become a new technical requirement in power systems with a high share of *** to a shortage of conventional synchronous generators,the frequency support of multi-source converters has become an indispensable part of the system frequency resources,especially variable-speed wind turbine generation(WTG)and battery energy storage(BES).Quantitative expression of the FR capability of multi-source converters is necessary to construct frequency-constrained scheduling ***,the frequency support performance of these converter-interfaced devices is related to their working states,operation modes,and parameters,and the complex coupling of these factors has not been fully exploited in existing *** this study,we propose an integrated frequency-constrained scheduling model considering the coordination of FR capabilities from multi-source *** FR control strategies and variable FR parameters for WTG with or without reserved power are modeled,and multi-target allocation of BES capacity between tracking dispatch instruction and emergency FR is ***,the variable FR capabilities of WTG and BES are embedded into the integrated frequency-constrained scheduling *** nonlinear constraints for frequency security are precisely linearized through an improved iteration-based *** effectiveness of the proposed model is verified in a modified IEEE 24-bus standard *** results suggest that the coordinated participation of BES and WTG in FR can effectively reduce the cost of the scheduling model while meeting frequency security constraints.

关键词： Battery energy storage(BES) wind turbine generation(WTG) frequency regulation(FR) frequency security power system scheduling

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Convective Storm VIL and Lightning Nowcasting Using Satellite and Weather Radar Measurements Based on Multi-Task Learning Models

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Advances in Atmospheric Sciences 2023年第5期40卷 887-899页

作者： Yang LI Yubao LIU rongfu sun Fengxia GUO Xiaofeng XU Haixiang XU Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjing 210044China Precision Regional Earth Modeling and Information Center Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjing 210044China Jibei Electric Power Company Beijing 100054China China Meteorological Administration Beijing 100081China

Convective storms and lightning are among the most important weather phenomena that are challenging to *** this study,a novel multi-task learning(MTL)encoder-decoder U-net neural network was developed to forecast convective storms and lightning with lead times for up to 90 min,using GOES-16 geostationary satellite infrared brightness temperatures(IRBTs),lightning flashes from Geostationary Lightning Mapper(GLM),and vertically integrated liquid(VIL)from Next Generation Weather Radar(NEXRAD).To cope with the heavily skewed distribution of lightning data,a spatiotemporal exponent-weighted loss function and log-transformed lightning normalization approach were *** effects of MTL,single-task learning(STL),and IRBTs as auxiliary input features on convection and lightning nowcasting were *** results showed that normalizing the heavily skew-distributed lightning data along with a log-transformation dramatically outperforms the min-max normalization method for nowcasting an intense lightning *** MTL model significantly outperformed the STL model for both lightning nowcasting and VIL nowcasting,particularly for intense lightning *** MTL also helped delay the lightning forecast performance decay with the lead ***,incorporating satellite IRBTs as auxiliary input features substantially improved lightning nowcasting,but produced little difference in VIL ***,the MTL model performed better for forecasting both lightning and the VIL of organized convective storms than for isolated cells.

关键词： convection/lightning nowcasting multi-task learning geostationary satellite weather radar U-net model

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基于恶劣气候条件的停运率建模及电网充裕度评估

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电力系统自动化 2009年第13期33卷 7-12+88页

作者：孙荣富程林孙元章清华大学电机系电力系统国家重点实验室

基于载荷在恶劣气候条件下对输电元件停运率的影响,考虑到气候条件和电力系统运行工况的不确定性,首先将停运率与载荷之间的确定性模型模糊化;然后将风力载荷、冰力载荷和线路潮流水平作为输入变量,构建3个输入变量的停运率模糊if-then... 详细信息

基于载荷在恶劣气候条件下对输电元件停运率的影响,考虑到气候条件和电力系统运行工况的不确定性,首先将停运率与载荷之间的确定性模型模糊化;然后将风力载荷、冰力载荷和线路潮流水平作为输入变量,构建3个输入变量的停运率模糊if-then规则和模糊推理系统;最后对模糊推理结果进行解模糊化,得到特定运行工况下停运率的确切值,以便于分析与气候条件相依的输电线路停运率对互联系统可靠性的影响。根据上述步骤可分析极端气候条件引起线路停运率变化对互联电力系统可靠性的影响。对于RTS-79系统,假设气候条件影响5条区域间的联络线,在3种气候条件下分别计算线路停运率,并求解分析气候条件对互联系统可靠性的影响。

关键词：停运率气候条件模糊推理系统风力载荷冰力载荷解模糊化

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基于区域发电可靠性的指数解析模型及其应用 (一)理论基础

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电力系统自动化 2007年第23期31卷 11-15+93页

作者：孙荣富程林孙元章清华大学电机系电力系统国家重点实验室清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京市100084

电力系统通过互联可以实现发电容量的相互支援,提高各独立系统的可靠性水平。当前各种可靠性水平的算法在计算时间与计算精度之间难以折中。文中提出了基于区域可靠性的发电可靠性指数解析模型,考虑了本区域和互联区域的备用容量以及联... 详细信息

电力系统通过互联可以实现发电容量的相互支援,提高各独立系统的可靠性水平。当前各种可靠性水平的算法在计算时间与计算精度之间难以折中。文中提出了基于区域可靠性的发电可靠性指数解析模型,考虑了本区域和互联区域的备用容量以及联络线的传输容量变化对各个区域的发电可靠性的影响,建立了基于影响分布因子矩阵的直观表达式。分别将区域可靠性水平表达成区域备用容量和联络线传输容量的指数解析式。此模型可以快速准确计算不同备用水平以及联络线传输容量时的区域发电可靠性,且考虑了区域之间的耦合关系,对简单二区域系统和TH-RTS系统的优化结果表明了模型的准确性和有效性。

关键词：区域发电可靠性影响分布因子 TH-RTS系统指数解析模型区域备用容量联络线传输容量

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电网接纳风电能力的评估及应用

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电力系统自动化 2011年第4期35卷 70-76页

作者：孙荣富张涛梁吉华北电网有限公司电力调度通信中心北京市100053

随着风电装机容量的快速增加,电网调峰能力与风电消纳之间的矛盾日益突出。文中提出一套基于电源结构、负荷特性和调峰能力的电网接纳风电能力评估体系。基于该评估体系,首先考虑了风电接入后对系统备用需求容量的影响,并基于发电可靠... 详细信息

随着风电装机容量的快速增加,电网调峰能力与风电消纳之间的矛盾日益突出。文中提出一套基于电源结构、负荷特性和调峰能力的电网接纳风电能力评估体系。基于该评估体系,首先考虑了风电接入后对系统备用需求容量的影响,并基于发电可靠性指标计算出对应的备用容量;然后根据低谷常规机组调峰能力评估电网接纳风电能力。通过对2010年京津唐电网接纳风电能力的逐月分析可知,年底可接纳风电容量将远小于规划容量。针对风电送出受限的具体情况,提出了最大限度消纳风电的应对措施。

关键词：风电接纳能力备用容量发电可靠性负荷特性调峰

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基于恶劣气候条件的抗灾型电力系统规划

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电力系统自动化 2009年第21期33卷 12-18页

作者：杨方孙荣富程林孙元章清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京市100084

建设抗灾型的电力系统,首先要提高部分电网的设计标准,强化骨干战略通道的建设;其次是电源规划的合理布局。文中分析了恶劣气候条件对输电线路的影响机理,分别采用Brostrm载荷模型和改进模型计算并分析其冰力载荷。由于冰力载荷对线... 详细信息

建设抗灾型的电力系统,首先要提高部分电网的设计标准,强化骨干战略通道的建设;其次是电源规划的合理布局。文中分析了恶劣气候条件对输电线路的影响机理,分别采用Brostrm载荷模型和改进模型计算并分析其冰力载荷。由于冰力载荷对线路停运率的影响最大,其准确性尤为重要。考虑风力载荷、冰力载荷和线路潮流水平对输电线路停运率进行模糊建模,从而得到恶劣气候和极端恶劣气候条件下系统的可靠性水平。以5节点简单2区域系统为例,对电源分层分区的合理布局和提高关键断面的设计标准2种规划方案进行优化求解,并分析2种抗灾型电力系统设计方案对规划结果的影响。

关键词：抗灾型电力系统风力载荷冰力载荷 Brostrom载荷模型

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大规模集群可再生能源有功分层协调控制策略

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电网技术 2018年第7期42卷 2160-2167页

作者：施贵荣孙荣富徐海翔乔颖国网冀北电力有限公司北京市西城区100054 清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

随着可再生能源占比不断攀升,可再生能源安全问题和消纳问题日益凸显,提高可再生能源有功控制能力十分关键。因此,针对高占比可再生能源接入电网带来的新特征,提出了大规模集群可再生能源有功分层协调控制策略,涵盖调峰控制、调频控制... 详细信息

随着可再生能源占比不断攀升,可再生能源安全问题和消纳问题日益凸显,提高可再生能源有功控制能力十分关键。因此,针对高占比可再生能源接入电网带来的新特征,提出了大规模集群可再生能源有功分层协调控制策略,涵盖调峰控制、调频控制、断面控制、市场交易和风光协调模式,协调优化系统运行安全性、消纳经济性和控制公平性。所提策略动态评估全网乃至各断面可再生能源最大消纳能力,确保电网安全运行;按照全网层、场群层、场站层顺序逐层优化有功控制指令,拓展可再生能源消纳深度和广度;针对性配置合理有功分配权重系数,保障不同可再生能源场站群、同断面风光发电之间消纳公平。冀北电网的实际运行情况证明了文中所提可再生能源控制策略的有效性。

关键词：可再生能源有功控制调峰约束断面约束电力市场

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考虑系统频率二次跌落的风电机组辅助调频参数确定方法

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电网技术 2020年第3期44卷 807-815页

作者：乔颖郭晓茜鲁宗相孙荣富电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084 国网冀北电力有限公司北京市西城区100051

随着以变流器接口并网的新能源比例不断提高,电力系统一次调频能力降低,频率稳定受到威胁。风电机组通过在并网变流器附加综合惯性控制实现辅助调频。然而,风电机组提供频率响应后,转子转速恢复可能给电力系统带来频率二次跌落危害。现... 详细信息

随着以变流器接口并网的新能源比例不断提高,电力系统一次调频能力降低,频率稳定受到威胁。风电机组通过在并网变流器附加综合惯性控制实现辅助调频。然而,风电机组提供频率响应后,转子转速恢复可能给电力系统带来频率二次跌落危害。现有辅助调频参数设置多从风力机组自身调节能力出发,缺少考虑与系统的耦合作用。首先研究风电机组调频控制参数对系统一次调频的影响机理,分析参数整定的制约因素,然后根据一次调频综合评价指标来确定参数的取值范围。最后,设置了不同风电出力占比的仿真场景,探究参数在不同风电出力占比下的取值规律。

关键词：一次调频辅助调频风电机组惯性频率二次跌落

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基于风电场功率特性的风电预测误差分布估计

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电网技术 2017年第6期41卷 1801-1807页

作者：吴晓刚孙荣富乔颖鲁宗相电力系统国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 国网冀北电力有限公司北京市西城区100053

风电功率预测对风电场运行和电网调度决策具有重要影响。基于风电场的功率特性曲线,提出了一种风电预测误差分布的估计方法。首先根据历史运行数据对风电场的功率特性曲线进行拟合;然后按照风电场的切入风速和额定风速将历史实测数据划... 详细信息

风电功率预测对风电场运行和电网调度决策具有重要影响。基于风电场的功率特性曲线,提出了一种风电预测误差分布的估计方法。首先根据历史运行数据对风电场的功率特性曲线进行拟合;然后按照风电场的切入风速和额定风速将历史实测数据划分为3部分,并利用改进后的广义误差分布等模型提取每一部分风电功率预测误差的概率密度特性,根据其数值特征,设定相应的风电功率修正方法和预测误差分布的估计方法;最后按照待测日预测风速的大小选择对应的修正方法补偿所预测的功率,并估计预测误差的分布范围。结合中国北方某风电场的实际运行数据进行了仿真算例分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：风电预测误差分布分段拟合功率特性曲线改进广义误差分布

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考虑中长期电量不确定性的可再生能源系统嵌套运行优化

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电网技术 2020年第9期44卷 3272-3280页

作者：林弋莎孙荣富鲁宗相乔颖电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 国网冀北电力调度通信中心北京市西城区100054

针对未来高比例可再生能源电力系统场景,设想以有库容水电和风电为主导,火电进行补足的电源构成。从目前发展情况来看,大多数水电只有季度以内的调节能力,虽然风水具有天然的季节性互补能力,但受水库库容的限制,水电库容留取需兼顾跨时... 详细信息

针对未来高比例可再生能源电力系统场景,设想以有库容水电和风电为主导,火电进行补足的电源构成。从目前发展情况来看,大多数水电只有季度以内的调节能力,虽然风水具有天然的季节性互补能力,但受水库库容的限制,水电库容留取需兼顾跨时段互补优化和时段内的寻优空间。构建以水电库容为关联物理量的嵌套调度模式,由上层的年度计划优化以及下层的月内发电计划优化组成。针对上层提供的月末库容边界值,提出考虑发电能力不确定性的优化模型以及基于Benders分解的3层求解算法。算例结果验证了在该嵌套调度模式下,结合月末库容优化留取,可以减少对火电的依赖,提高水电和风电的利用水平。

关键词：中长期嵌套运行风–水互补库容留取高比例可再生能源系统

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