构建新型电力系统背景下的微电网鲁棒简化建模.docxVIP

编者按

2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论大会上向世界庄严承诺：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。同年12月，习近平主席在气候雄心峰会上进一步宣布：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿kW以上。“双碳”目标的提出以及2030可再生能源目标的宣布，为中国能源转型规划了明确的发展路线图和时间表。作为推动可再生能源消纳的关键技术，微电网建设已成为构建新型电力系统，实现“双碳”目标的重要手段和迫切需求。《中国电力》2024年第1期刊发了王大兴等人撰写的《构建新型电力系统背景下的微电网鲁棒简化建模》一文。文章在考虑模型鲁棒性的基础上，提出了一种微电网简化建模新方法。首先，建立系统运行特征数据库，以包含微电网不同运行状态下的暂态特征数据。其次，为表征微电网的随机性和时变性，采用k-means++聚类方法对系统特征数据进行聚类，以获得准确的系统典型运行状态。然后，为避免等值模型多解问题，基于灵敏度分析选出模型“关键参数”进行辨识，利用卷积神经网络的强非线性映射能力对等值模型参数进行泛化。最后，基于Fisher判别准则实现了等值模型参数的在线匹配，并在中国东南沿海某微电网模型中验证所提方法的有效性。

摘要

发展高比例可再生能源接入的微电网是构建新型电力系统，实现中国能源安全和低碳发展的重要手段。在分析微电网所接入系统的动态特征时，现有等值模型存在鲁棒性不强的问题，即等值模型虽然可以很好地复现真实系统在训练故障下的动态特征，但却无法准确反映系统在未知故障（非训练故障）下的真实响应。为此，首先采用k-means++对微电网的典型运行方式进行有效区分，以表征系统的随机性和时变性特征；其次，采用基于关键参数筛选的参数辨识方法，避免了参数辨识过程中的多解问题；然后，针对系统不同典型运行方式，利用卷积神经网络对等值模型参数进行泛化；最后，基于Fisher判别准则实现了等值模型参数的在线匹配，并在某实际微电网模型中验证了所提方法的有效性。

01

微电网等值模型选型

1.1?微电网等值模型结构

本文在充分表征真实系统元件多样性以及等值模型结构最简的前提下，选取微电网模型对微电网进行简化建模，如图1所示。

图1??微电网等值模型

Fig.1??Equivalentmodelofactivedistributionnetwork

由图1可知，并网型微电网等值模型由一个电压源型变流器（voltagesourceconverter，VSC）与一个等值同步发电机（equivalentsynchronousgenerator，ESG）并联后经电阻和电抗分别为Req和Xeq的线路阻抗模型与系统公共连接点（pointofcommoncoupling，PCC）相连。在PCC处并联一个有功功率和无功功率分别为Peq和Qeq的负荷模型用于模拟微电网内部的静态负荷。微电网内部的所有同步电源将被聚合为一个等值同步电机，同时微电网内所有经变流器并网的分布式电源将聚合为一个电压源型变流器。线路阻抗模型用于模拟不同运行方式下微电网内部线路损耗的差异。

1.2?微电网等值模型建模

1）同步发电机建模

采用6阶同步电机模型对等值同步电机本体进行建模。与此同时，采用“GOV1”型调速器对同步发电机调速器进行建模，其逻辑框图如图2所示。其中，Kd为量测环节放大倍数；ε为调速器死区；Ts、T0为调速器控制时间常数；ω为同步发电机测量角速度；ωR为同步发电机参考角速度；σmin和σmax分别为配压阀行程下限和上限；μ0为汽门开度；μmin和μmax分别为汽门开度下限和上限；PT为原动机功率。

图2??同步发电机调速器模型

Fig.2??Governorcontrolmodelofthesynchronousgenerator

此外，采用“AVR12”型励磁调压器对同步发电机励磁系统进行建模，其逻辑框图如图3所示。其中，T1、T2、T3和T4分别为串联校正环节时间常数；Ta为功率放大环节时间常数；Tr为量测环节时间常数；K为串联校正环节的直流增益；Ka为功率放大环节增益；Kc为与换相电抗相关的整流器负荷系数；Uc为量测量；Uref为参考电压；Us为电力系统静态稳定器的输出电压；Uamin和Uamax分别为放大环节输出下限和上限；Urmin和Urmax分别为调节器输出下限和上限；Ifd为励磁电流标幺值；Efd为励磁电压标幺值。

图3??同步发电机励磁系统

Fig.3??Excitationsystemmodelofthesynchronousgenerator

2）电