2016年, 第37卷, 第9期　
刊出日期：2016-09-01

  

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能源互联网
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  具有电转气装置的电-气混联综合能源系统的协同规划

  黄国日，刘伟佳，文福拴，董朝阳，郑宇，张睿

  电力建设. 2016, 37(9): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.001

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  近年来随着天然气发电比重的不断增加和电转气（power to gas，P2G）技术的逐步成熟，电力系统和天然气系统的耦合程度随之加深，只针对电力系统的规划方法已经不能满足电-气混联综合能源系统的规划和运行需求。在此背景下，考虑热电联产（combined heat and power，CHP）机组和电转气装置，对电-气混联综合能源系统的协同规划问题做了些初步研究。首先，引入能源中心概念，其中能源载体可从某种形式转换成其他形式，如热电联产机组，并对能源中心进行建模。在此基础上，构建了包含能源中心和电转气装置等的综合能源系统的非线性模型并进行线性化处理。之后，以电-气混联综合能源系统的投资成本、运行成本以及表征可靠性的能量短缺成本之和最小为规划目标，采用基于通用代数建模系统（general algebraic modeling system，GAMS）平台的CPLEX求解器对常规发电机组、热电联产机组、电转气厂站、燃气锅炉、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行优化，并对规划方案的可靠性以及电转气厂站消纳间歇性可再生能源的效益进行评估。最后，用综合能源模拟系统对所提出的方法做了说明。
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  考虑能源需求不确定性的居民小区能源中心运行策略

  张华一,文福拴,张璨, 王芃, 孟金岭, 林国营

  电力建设. 2016, 37(9): 14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.002

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  近年来,在居民侧实施热电联产和供热电气化受到了广泛关注。居民小区主要能源需求为电能和热能,主要能源输入为电能和天然气,可以采用能源中心概念来描述居民小区能源需求与能源输入间的耦合关系。在此背景下,首先构建了以热电联产和热泵作为能源转化装置的居民小区能源中心架构。然后,发展了居民小区能源中心内部优化运行的确定性模型,并将电动汽车集群负荷作为可控电负荷参与优化运行。考虑到居民小区的能源需求具有不确定性,且能源中心决策者制定调度策略时对风险的偏好也未必相同,为获得风险厌恶型决策者和风险偏好型决策者的调度策略,引入了信息间隙决策理论建立鲁棒优化模型和机会获利模型,进而建立了居民小区能源中心混合整数线性规划模型,并采用CPLEX求解。最后,以某居民小区为例来说明所发展的模型与方法的基本特征。
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  能源互联网关联数据融合的互信息方法

  李刚，杨立业，刘福炎，俞敏，宋雨，文福拴

  电力建设. 2016, 37(9): 22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.003

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  信息物理融合框架下的能源互联网需要处理的数据是海量的，要从中提取知识或分析数据之间的关联特征难度很大。在此背景下，基于互信息（mutual information, MI）理论，将信息融合理论中的“数据—特征—决策”三层结构应用到能源互联网的海量监测数据中，构建了一种基于多层模式的数据融合方案。互信息方法能够度量条件属性与决策属性间的相关性、消除冗余特征，从而提取规则、形成知识。首先，采用互信息方法发现海量监测数据间的关联度，并在数据预处理过程中筛选出关联特征。接着，采用多层前馈神经网络（multiple-layer feedforward neural network, MLFNN）对海量数据进行决策融合。之后，将该方法与在大规模数据集并行计算领域中发展起来的著名的MapReduce模型相结合，构造能够处理海量数据融合的“MutualInformation-Multiple-layer Feedforward Neural Network-MapReduce”（3M）方法框架。最后，以风电场功率预测问题为例来说明所提出的方法。计算结果表明，与传统的变量筛选方法相比，所提出的方法在预测精度和计算效率方面都有明显改善。
电动汽车
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  基于价值函数的电动汽车充电价格引导研究

  佟欣，郭春林,张明智

  电力建设. 2016, 37(9): 30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.004

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  电动汽车的大量接入将给电网的稳定运行带来危害，通过充电价格的调整可以合理引导电动汽车的充电行为，减小电动汽车负荷对电网的影响。基于价值函数推导出自弹性系数和互弹性系数的计算公式，在考虑对用户的引导程度不同和电网负荷波动的情况下提出了2种分时电价方案，并建立了电动汽车充电的分时电价引导模型。对比分析2种不同方案下的最优分时电价，结果表明实行分时电价可以对电动汽车用户的充电行为进行有效引导，并且峰谷电价差增大，更有利于平抑电网的负荷波动，提高用户充电的经济性。
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  电动汽车充电站规划方案的模糊物元评估方法

  谭洋洋，杨洪耕，徐方维，张曦

  电力建设. 2016, 37(9): 36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.005

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  科学合理地规划城市电动汽车充电站是大规模电动汽车与智能电网友好互动的重要前提。基于模糊物元理论实现电动汽车充电站规划方案评估。分析了城市电动汽车充电站规划特征，构建了备选充电站评价指标体系。利用模糊物元分析法求解多个备选点的最优模糊物元序列，并将该序列作为参考序列。采用熵权法获得备选点对应评价指标的权重，通过灰色关联分析法计算备选点的加权灰色关联度，并依据关联度大小确定电动汽车充电站规划方案。最后，算例仿真结果验证了所提方法的合理性和可行性。
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  电动汽车代理机构对电动汽车充放电控制的研究

  李文华，范新涛，孔梅娟

  电力建设. 2016, 37(9): 43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.006

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  大规模电动汽车入网参与电网调度需要在某一区域设置一个代理机构，作为电力公司调度部门和电动汽车的中介。针对代理机构对所管辖电动汽车的控制，首先，以1天为1个周期把电动汽车可能被控制的区域分为办公区、居住区和超市购物区。然后，代理机构根据各电动汽车状态信息把各区域的电动汽车分为充电集群和放电集群。之后，代理机构根据可调度容量、可调度时长、电动汽车车主违约度制定评价体系对集群内电动汽车在每个时段的充电或放电的顺序进行排队。最后，在保证电动汽车车主行驶和电池安全约束的情况下，对电动汽车进行充放电调度，使代理机构充放电尽可能满足电力公司调度部门的调度计划。
储能技术
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  基于改进无迹卡尔曼滤波法的大容量电池储能系统SOC预测

  赵泽昆，张喜林，张斌，韩晓娟

  电力建设. 2016, 37(9): 50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.007

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  大容量电池储能系统的荷电状态（state of charge，SOC）是电池管理系统（battery management system，BMS）的重要参数，必须准确预测，由于电池单体存在较强的差异性，传统的SOC预测技术很难达到准确预测的效果。针对上述问题，提出基于改进无迹卡尔曼滤波法（unscented Kalman filter, UKF）的大容量电池储能系统SOC预测方法，利用遗传算法（genetic algorithm, GA）优化无迹卡尔曼滤波的滤波参数，进一步提高SOC的预测精度。在设定工况下对串联型电池储能系统进行仿真实验，仿真结果表明该文提出的改进无迹卡尔曼滤波方法可以获得有效可靠的SOC预测结果，具有良好的工程应用前景。
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  光氢储并网控制策略

  彭龙，蔡国伟，孔令国，陈冲，杜佳豹，段洁,章昊

  电力建设. 2016, 37(9): 56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.008

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  光伏发电的间歇性、随机性以及波动性一直是制约其大规模发展的主要原因之一。该文提出了基于氢储能装置的混合并网发电系统及其控制策略。混合系统中，氢储能装置主要元件包括电解槽、储氢罐和质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）等，各单元通过功率变换器汇集到直流母线，最后经由逆变器与交流电网相连。考虑到储氢罐压力上下限约束及燃料电池和电解槽自身额定出力的限制，同时引入功率密度高的超级电容器作为备用以确保连续可靠供电以及对太阳能资源的最大利用。在满足各元件约束条件以及氢储能装置启动优先级高于超级电容器的前提下，提出了6种运行状态下的功率协调控制策略。通过仿真分析，验证了该协调控制策略的有效性。
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  规模化光伏并网对火电机组次同步振荡特性影响

  郑超，李媛

  电力建设. 2016, 37(9): 62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.009

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  光伏规模化开发与集中并网，是我国太阳能资源利用的重要形式之一；波动性光伏电源与可调节常规火电机组近电气距离联合并网外送，则是提高交流送电线路利用效率的重要途径。在上述场景中，光伏对火电机组次同步振荡（sub-synchronous oscillation，SSO）阻尼特性的影响亟待研究。建立了包括光伏电池板、电压源型逆变器以及控制系统3个主要组成部分的光伏发电单元电磁暂态仿真模型；研究了规模化光伏系统接入及其汇集线阻抗、运行点、接入位置等电气特征量，对近电气距离火电机组SSO阻尼特性的影响。针对交流线加装串补可能引发的SSO问题，提出在光伏汇集站动态无功补偿装置配置附加阻尼控制器的抑制措施，并通过仿真验证了该抑制措施的有效性。
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  储能优化配置关键问题分析

  李丹丹，苏小林，阎晓霞，谭逸雪

  电力建设. 2016, 37(9): 70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.010

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  储能优化配置是储能高效应用的基础，涉及技术和经济2个维度方面的问题，也涉及多应用时间尺度和功率能量的不同需求问题。基于储能在安全稳定、调频、新能源接纳、电能质量等方面的应用需求，深入分析了其优化配置的目标、条件、方法和理论。基于储能系统的成本效益分析，建立了通用净现值优化模型。结合不同储能的应用特性，分析了储能类型的选择原则，以及复合储能组合形式与容量配比的确定方法。针对储能应用的评价，从补偿效果、安全性、可靠性、经济性等方面给出了相关评价指标和评价方法。最后，提出了在储能应用实践中有待深入开展的研究性课题。
输配电技术
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  改善多直流馈入系统稳定性的VDCOL参数优化

  吕思卓，杨滢，郑超，孙维真，李晶，张静

  电力建设. 2016, 37(9): 79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.011

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  我国华东、华南等电网已形成多直流馈入受端电网格局，由于直流间强关联耦合作用，交流扰动将引发多直流同时换相失败、电压失稳等问题。该文首先分析了双馈入直流系统逆变站动态无功变化轨迹，揭示了通过优化低压限流环节（voltage dependent current order limiter，VDCOL）参数，实现降低总体无功功率需求的机理。根据换流母线抗扰动能力强弱对直流恢复特性的影响，提出了基于多馈入短路比（multi-infeed short circuit ratio，MSCR）的VDCOL参数优化方案，华东多直流馈入系统仿真结果表明，所提出的VDCOL参数优化方案降低了逆变站总体无功功率需求，提高了受端电网电压稳定性。
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  并联换流器特高压直流输电系统可靠性研究

  赵峥，马为民

  电力建设. 2016, 37(9): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.012

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  特高压直流输电工程输送容量大、送电距离远，其安全、可靠运行具有重要的现实意义。该文建立了并联换流器特高压直流输电系统的“故障树”模型，可以有效计算特高压直流输电系统的强迫能量不可用率和单、双极停运次数等可靠性指标；然后，提出了一种新的反映设备影响系统可靠性的灵敏度指标，可以有效发现钳制系统可靠运行的薄弱环节。最后，基于国家电网公司近10年的直流工程可靠性运行统计数据，对3种并联换流器特高压直流输电系统主接线方案，进行了可靠性指标计算和对比分析，并完成了设备影响系统可靠性指标的灵敏度分析，确定了影响系统强迫能量不可用率和单、双极停运次数的关键环节。结果表明，本研究能够确定可靠性高的并联换流器特高压直流输电系统拓扑结构，可以为提高特高压直流工程的可靠性提供重要的参考信息。
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  计及电能质量约束的微电网接入规划

  胡畔，陈红坤，朱晓航，陈聪

  电力建设. 2016, 37(9): 93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.013

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  近年来，电压波动、谐波等电能质量问题严重制约着配电网中微电网的大规模接入。该文创新性地提出了一种在规划前期考虑电能质量约束的微电网接入规划方法。首先推导了微电网功率概率波动模型，并给出了微电网电能质量静态评估方法。在考虑系统网损等其他经济因素的前提下，将电能质量指标转化为相关约束条件，并给出了微电网并网机会约束规划模型。由于所提出的模型是一个非线性混合整数规划问题，因此引入线性递减粒子群算法（linear decreasing inertia weight-particle swarm optimization, LDIW-PSO）进行求解。为了验证所提出的方法，在IEEE 33节点环境下针对某实际工业园微电网接入案例进行了仿真，仿真结果验证了所提出的方法能够有效提高微电网在配电网里的渗透率。
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  计及资产全生命周期的电网规划方案比选

  刘利平，彭波，顾熹，刘晟，陈聪，廖志伟

  电力建设. 2016, 37(9): 101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.014

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  电网资产全生命周期成本（life cycle cost，LCC）是电力系统规划中控制长远成本与短期投资的关键技术。计及可靠性、经济性指标的协调统一及设备不同更替周期对成本计算的影响，针对性地提出一种输电网LCC成本计算模型，以实现面向智能电网规划的方案比选评估。结合电网可靠性分析理论与LCC理论，提出了基于蒙特卡洛模型的可靠性指标计算及量化方法，研究不同负荷类型对可靠性成本影响，并进一步建立了考虑设备更替的电网规划LCC成本模型；最后采用某110 kV变电站的2种规划方案的比选来验证所提出的计及LCC的成本计算模型的准确性和有效性。
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  计及相关性的含分布式电源配电系统可靠性评估

  胡美玉，胡志坚，胡梦月

  电力建设. 2016, 37(9): 108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.015

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  为了分析风速、光照强度和负荷间相关性对配电系统可靠性的影响，提出了一种计及相关性的含分布式电源（distributed generation，DG）配电网可靠性评估模型。首先，采用秩相关系数矩阵、拉丁超立方抽样技术和Cholesky分解建立了样本抽样方法，该方法能有效处理非正态分布随机变量的相关性以及非线性相关关系。然后，提出了基于孤岛稳定运行概率修正传统可靠性指标的方法,将传统配电网可靠性评估与含DG配电网可靠性评估有效结合，以提高评估效率。最后，通过算例定量分析了相同类型DG、不同类型DG、DG与负荷相关性强度变化对孤岛稳定运行概率以及配电系统可靠性指标的影响，验证了所提模型与方法的合理性。
发电技术
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  基于自适应下垂特性的虚拟同步发电机控制策略

  林岩，张建成

  电力建设. 2016, 37(9): 115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.016

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  基于虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）控制的光储单元可用于组建独立微网，并为微网稳定运行提供有力支撑。但由于分布式电源输出存在波动性和间歇性的问题，在长期运行过程中，功率供需不平衡将会导致储能设备的荷电状态超过安全运行范围。针对该问题，将根据荷电状态调整下垂系数的方法拓展到VSG控制之中。通过分析发现，改变下垂系数难以有效实现控制目标，且可能造成系统失稳。通过引入自适应下垂特性的概念，使用平移下垂特性的方法对VSG控制做了进一步改进，改进后的VSG控制减少了对系统稳定性的影响，更有利于实现有功功率的合理分配与荷电状态的快速调整。通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型，对相关分析和所提策略进行了系统仿真和方法验证。
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  双馈风力发电机空载并网运行控制建模与仿真研究

  兰飞，姚知洋，黎静华，陶丽

  电力建设. 2016, 37(9): 123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.017

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  针对双馈风力发电机（doubly-fed induction generator，DFIG）空载运行和并网运行特点，采用一种“空载—并网”两阶段控制的方案，从而实现“空载”和“并网”2个工作状态的平滑转移。基于Matlab/Simulink平台，分别搭建了双馈风力发电机空载运行和并网运行的模型，给出了基于定子磁场定向矢量控制技术的空载和并网运行控制的详细仿真模型和具体参数，为研究双馈风力发电机并网控制技术提供重要的基础信息和平台。提出了一套较为完整的双馈风力发电机空载并网的仿真实验方案，通过该实验方案，可得到较为全面反映控制策略性能的实验结果，依据此可对并网控制策略的性能进行检验。最后，通过空载运行、并网瞬间的过渡过程以及并网后的最大功率追踪（maximum power point tracking，MPPT）等仿真结果验证了本文所提控制方案以及建立的仿真模型的有效性。
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  基于Godlike算法的海岛型分布式电源规划模型

  牛东晓，马天男，黄雅莉，刘冰旖

  电力建设. 2016, 37(9): 132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.018

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  为实现海岛地区低污染、低成本电力的有效供给，提高可再生能源的利用消纳能力，针对海岛型分布式电源规划特点，建立了综合考虑投资运行费用、系统损耗和系统稳定性这3个方面的多目标分布式电源目标规划模型；在引入 Pareto最优解概念的基础上，提出了采用Godlike算法对上述多目标、多约束、非线性优化问题进行求解。将所建立的模型及其求解算法应用于我国南方某岛分布式发电系统电源规划实际问题中，仿真结果表明Godlike算法计算结果要远远优于单体遗传算法、模拟退火算法、差分进化算法和粒子群优化算法，其能够有效避免单个算法在求解分布式电源规划问题时容易陷入局部最优、算法过早成熟等问题，保证了算法可有效得到全局Pareto最优解。
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  考虑不同利益相关者的分布式电源并网成本效益分析

  栾伟杰，刘舒，程浩忠，张沈习，肖远兵

  电力建设. 2016, 37(9): 140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.019

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  随着分布式电源接入配电网逐渐增多，其对分布式电源和配电网的成本效益产生了影响。在总结了当前分布式电源并网的商业模式的基础上，采用净现值法和投资回收期法从配电公司和独立投资商两个方面对分布式电源接入后配电网的成本效益进行了计算和分析。比较了不同商业模式和不同负荷大小下分布式电源并网的成本效益的不同。计算表明当前商业模式下分布式电源接入从经济上来说对配电公司是不利的，独立投资商自用发电比例越大收益越多。
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  计及需求响应的含风电场日前两阶段动态环境经济调度

  刘旭，杨德友，孟涛，张旺，刘曦，姜明磊

  电力建设. 2016, 37(9): 146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.09.020

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  需求响应作为发电侧与需求侧之间的重要互动资源，能有效调节负荷需求分布来实现节能减排和提高系统风电接纳能力的目的。基于此，将需求响应融入环境经济中，提出一种智能电网下的日前两阶段调度模型：第1阶段为日前用户互动阶段，通过分时电价的杠杆作用引导用户理性用电，以调整次日负荷需求分布，综合考虑负荷水平和用户用电满意度确定最优负荷曲线和分时电价；第2阶段为日前调度阶段，针对风电出力随机性，建立基于机会约束规划的环境经济调度模型，采用风电出力分布函数将其转化为确定性模型。将种群多样性指标和随机黑洞理论引入粒子群算法中，结合多目标搜索机制，提出一种改进多目标粒子群算法对模型求解，并采用逼近理想解排序法（technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS）对Pareto前沿个体排序，辅助调度人员进行科学决策。改进10机系统的仿真结果验证了该模型及方法的有效性与合理性。