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Steady-state Voltage Security-constrained Optimal Frequency Control for Weak HVDC Sending-end AC Power Systems

Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2024年第2期12卷 658-669页

作者： Qiangqiang Wang liangzhong yao Jian Xu Yuping Zheng Wei Li Wei Wang School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhan 430072China Hubei Engineering and Technology Research Center for AC/DC Intelligent Distribution Network(Wuhan University) Wuhan 430072China State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control NARI Group Corporation(State Grid Electric Power Research Institute)Nanjing 211106China

Due to the fact that a high share of renewable energy sources(RESs)are connected to high-voltage direct current(HVDC)sending-end AC power systems,the voltage and frequency regulation capabilities of HVDC sending-end AC power systems have diminished.This has resulted in potential system operating problems such as overvoltage and overfrequency,which occur simultaneously when block faults exist in the HVDC link.In this study,a steady-state voltage security-constrained optimal frequency control method for weak HVDC sending-end AC power systems is proposed.The integrated virtual inertia control of RESs is employed for system frequency regulation.Additional dynamic reactive power compensation devices are utilized to control the voltage of all nodes meet voltage security constraints.Then,an optimization model that simultaneously considers the frequency and steady-state voltage security constraints for weak HVDC sending-end AC power systems is established.The optimal control scheme with the minimum total cost of generation tripping and additional dynamic reactive power compensation required is obtained through the optimization solution.Simulations are conducted on a modified IEEE 9-bus test system and practical Qing-Yu line commutated converter based HVDC(LCC-HVDC)sending-end AC power system to verify the effectiveness of the proposed method.

关键词： Renewable energy source(RES) high-voltage direct current(HVDC) AC power system optimal frequency control steady-state voltage security dynamic reactive power compensation

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Detection Method for Cascading Failure of Power Systems Based on Epidemic Model

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2024年第3期10卷 1356-1370页

作者： Jian Xu Zhonghao He Siyang Liao Yuanzhang Sun liangzhong yao Deping Ke Jun Yang School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhan 430072China IEEE

The early detection of cascading failure plays an important role in the safe and stable operation of the power system with high penetration of renewable energy.This paper proposes a fault propagation dynamic model based on the epidemic model,and further puts forward a method to detect the development of cascading failures.Through the simulation of the IEEE 39-bus and 118-bus systems,this model is proven to be valid and capable of providing practical technical support for the prevention of cascading failures in power systems with high penetration of renewable energy.This paper also provides an analysis method for the choice of different protection and control measures at each stage of cascading failure,which has critical significance and follow-up value.

关键词： Cascading failure complex network epidemic model fault propagation renewable energy weight method of game theory

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Small Signal Stability Analysis with Penetration of Grid-connected Wind Farm of PMSG Type

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电力系统自动化 2012年第8期36卷 171-177页

作者： Shi, Libao Kang, Li Ni, Yixin yao, liangzhong Bazargan, Masoud Graduate School at Shenzhen Tsinghua University Shenzhen 518055 China State Grid Electric Power Research Institute Nanjing 210003 China Grid Research and Technology Center ALSTOM Stafford ST17 4LX United Kingdom

The impacts of large-scale grid-connected wind farm on direct-driven permanent magnet synchronous generator(PMSG)type are discussed on the small signal stability performances of power systems.Firstly,a simplified practical model of wind farm of PMSG type is derived for analyzing small signal stability.The rotor-fluxoriented control strategy is applied to the modelling of PMSG.Secondly,the framework of small signal stability analysis incorporating wind farm of PMSG type is built.Finally,the different simulation scenarios based on the IEEE 3-generator-9-bus test system as benchmark are designed to conduct the eigenvalue analysis and to assess the impacts of wind farm of PMSG type on power system small signal stability.Some conclusions are drawn with simulation results.

关键词：稳定性分析 PMSG 小信号电场穿透类型连接电网永磁同步发电机

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The design and fault ride through control of un-interrupted DC-DC Autotransformer

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Science China(Technological Sciences) 2018年第12期61卷 1935-1949页

作者： LI MengBo XIANG Wang ZUO WenPing yao liangzhong LIN WeiXing WEN JinYu State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology Huazhong University of Science and Technology Renewable Energy Department China Electric Power Research Institute TBEA China Xinjiang Sunoasis Co. Ltd

This paper proposed a novel type of DC-DC converter, termed as un-interrupted DC Autotransformer(un-interrupted DC AUTO), which has the capability to ride through DC fault on either side of the converter without blocking any devices. Besides that, the adequately designed converter retains the advantages of DC AUTO technology, namely reduced investment cost and transmission loss. To begin with, the topology and basic attributes of the un-interrupted DC AUTO are illustrated. Then the design goals and the corresponding design procedures are analyzed. Furthermore, an effective control system is proposed to enable the converter steady operation during both normal and faulted conditions. Finally, a 1000 MW ±320 kV/±640 kV test system is built on PSCAD/EMTDC platform to verify the technical feasibility of the proposed converter and the effectiveness of the control strategy.

关键词： DC-DC power conversion DC Autotransformer HVDC converters DC fault control strategy

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面向储能多应用价值协同的风光储系统日前优化调度方法

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高电压技术 2024年第6期50卷 2511-2522,I0004-I0006页

作者：赵小磊姚良忠刘运鑫赵波喻恒凝徐箭交直流智能配电网湖北省工程中心武汉430072 武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014

在新能源发电侧配备储能不但可平滑新能源波动、移峰填谷、提高新能源的可调性及消纳能力,而且还具有峰谷套利等多方面应用价值。针对储能价值挖掘问题,首先分析了储能在具有互补性和关联性的峰谷套利、波动平抑、功率预测误差补偿3种... 详细信息

在新能源发电侧配备储能不但可平滑新能源波动、移峰填谷、提高新能源的可调性及消纳能力,而且还具有峰谷套利等多方面应用价值。针对储能价值挖掘问题,首先分析了储能在具有互补性和关联性的峰谷套利、波动平抑、功率预测误差补偿3种应用价值中所能够获得的收益,在此基础上提出了考虑储能多价值协同的风光储系统优化调度方法,以风光储系统总收益最大为目标,同时考虑到储能的损耗成本,对日前协同优化调度模型进行线性化求解,实现了储能同时响应多种应用价值需求的协同优化。最后对实际系统进行仿真,并与不同调度方案对比,结果表明:所提方法通过协同优化具有互补性和关联性的多种应用价值,在保障储能使用寿命的同时,能够更好地提高储能的利用率和收益,具有较好的经济性和适应性;不同储能容量配置下储能总净收益会随着容量增大呈现先增后减的趋势,其套利空间有限。

关键词：储能多应用价值互补性风光储协同调度线性化

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考虑制氢效率优化的氢-储-风直流微网功率协调控制

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电力系统自动化 2024年第13期48卷 19-29页

作者：尹德强姚良忠程帆徐箭吴鸣翟冬阳交直流智能配电网湖北省工程中心(武汉大学) 湖北省武汉市430072 武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 中国电力科学研究院有限公司北京市100192

利用风电等新能源制氢是提高新能源消纳能力的一种有效技术手段。为适应风电及负荷功率的波动性并确保制氢电解槽高效运行,提出一种考虑制氢效率优化运行需求的氢-储-风直流微网功率协调控制方法。根据制氢电解槽优化运行区间和直流母... 详细信息

利用风电等新能源制氢是提高新能源消纳能力的一种有效技术手段。为适应风电及负荷功率的波动性并确保制氢电解槽高效运行,提出一种考虑制氢效率优化运行需求的氢-储-风直流微网功率协调控制方法。根据制氢电解槽优化运行区间和直流母线电压波动范围,将直流微网划分为正常运行模式(即制氢电解槽优化运行)和极端运行模式(即制氢电解槽非优化运行)。在正常运行模式下,通过电解槽的自适应下垂控制和电池储能含虚拟电容的变系数下垂控制,将电解槽运行点维持在优化运行区间内,保证电解槽高效安全运行;在极端运行模式下,通过氢/储控制策略灵活切换以确保直流微网电压安全。所提协调控制方法不但可快速抑制风电及负荷功率波动所引发的直流母线电压波动,而且可维持制氢效率处于较高水平。最后,通过PSCAD/EMTDC的仿真算例分析验证了所提方法的有效性和优越性。

关键词：风电制氢直流微网优化运行区间效率优化功率协调控制

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Participation of large-scale wind power generation in power system frequency regulation

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Chinese Science Bulletin 2013年第36期58卷 4557-4565页

作者： SUN HaiShun LIU Ju WEN JinYu CHENG ShiJie LUO Cheng yao liangzhong State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electrical and Electronic EngineeringHuazhong University of Science and Technology Midwest Independent Transmission System Operator Inc. China Electric Power Research Institute

The initiative participation of wind power generators in power system frequency regulation is an inevitable demand to ensure power system safe operation with large-scale wind power integration.However,it is principally difficult for conventional wind turbines to participate in power system frequency regulation.For this reason,solution to this problem is becoming a hot topic in the current studies.This paper systematically reviews the relevant research progresses in the control strategies and the capability assessment of using wind power generators in the power system frequency regulation,including the comparing among the emulating inertia control,the droop control,the rotor speed control,the pitch angle control and the coordinated control.Also,future research in this area is pointed out in the paper.

关键词：风力发电机电力系统频率调节控制策略风力涡轮机安全运行惯性控制转速控制

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基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

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电网技术 2024年第1期48卷 140-149页

作者：王强强姚良忠徐箭程帆毛蓓琳闻章陈汝斯武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北省武汉市430077

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,... 详细信息

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。

关键词：高比例新能源电力系统不确定性等效惯量概率评估时序变化区间

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Review of Operational Control Strategy for DC Microgrids with Electric-hydrogen Hybrid Storage Systems

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2022年第2期8卷 329-346页

作者： Wei Pei Xue Zhang Wei Deng Chenghong Tang liangzhong yao the Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190 University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China the Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China the NARI Group Corporation Nanjing 211106China the School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhan 430072China

Hydrogen production from renewable energy sources(RESs)is one of the effective ways to achieve carbon peak and carbon neutralization.In order to ensure the efficient,reliable and stable operation of the DC microgrid(MG)with an electric-hydrogen hybrid energy storage system(ESS),the operational constraints and static dynamic characteristics of a hydrogen energy storage system(HESS)needs to be fully considered.First,different hydrogen production systems,using water electrolysis are compared,and the modeling method of the electrolyzer is summarized.The operational control architecture of the DC MG with electric-hydrogen is analyzed.Combined with the working characteristics of the alkaline electrolyzer,the influence of hydrogen energy storage access on the operational mode of the DC MG is analyzed.The operational control strategies of the DC MG with electric-hydrogen hybrid ESS are classified and analyzed from four different aspects:static and dynamic characteristics of the hydrogen energy storage system,power distribution of the electric-hydrogen hybrid ESS and the efficiency optimization of hydrogen energy storage.Finally,the advantages of a modular hydrogen production system(HPS)are described,and the technical problems and research directions in the future are discussed.

关键词： Hydrogen energy DC microgrid modeling method operation control renewable energy sources

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面向并联环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制

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全球能源互联网 2024年第2期7卷 155-165页

作者：翟文超姚良忠喻恒凝徐箭李妍朱寰毛蓓琳交直流智能配电网湖北省工程中心湖北省武汉市430072 武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院江苏省南京市210008

重力储能利用高度落差对固体重物储能介质进行升降,实现储能系统的充放电。和抽水蓄能相比,由于其具有不依赖水资源、选址灵活等特点,应用前景广泛。为提高重力储能系统的充放电运行效率,研究了面向多机并联功率环流最小化的垂直式矩阵... 详细信息

重力储能利用高度落差对固体重物储能介质进行升降,实现储能系统的充放电。和抽水蓄能相比,由于其具有不依赖水资源、选址灵活等特点,应用前景广泛。为提高重力储能系统的充放电运行效率,研究了面向多机并联功率环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制问题。首先,基于PSCAD/EMTDC构建垂直式矩阵型重力储能系统模型,分析了其充放电特性;其次,通过对重力储能系统多机并联运行时产生的机组间功率环流机理及抑制问题进行分析,提出了基于重力储能系统双层控制架构的多个机组间协调控制方法,该控制方法可在快速满足电网侧功率充放电需求的同时,实现并联运行机组间的功率环流最小化,提高了重力储能系统的充放电运行效率,最后,仿真结果验证了上述多机协调控制策略的有效性。

关键词：重力储能充放电特性功率环流重力储能系统协调控制序贯控制

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