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2017年, 第38卷, 第6期 
刊出日期:2017-06-01
  

  • 全选
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    人工智能在新一代能源电力系统中的应用
  • 谢敏,杜余昕,程培军,胡昕彤,刘明波
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    将膜计算方法用于求解电力系统动态经济调度优化问题。首先利用二次罚函数将多约束经济调度问题转化为无约束优化问题,对于膜计算的3个基本要素——膜内对象、膜结构和进化规则,该方法以各发电机组24时段的出力值作为膜内对象;采用具有嵌套结构的类细胞膜型膜结构,包含并行基本膜和拟高尔基体膜;在基本膜内执行交叉规则、变异规则、修正规则和保留规则,拟高尔基体被激活后执行移位规则、提取规则和目标导向规则。通过膜内对象不断进化择优,从而实现对动态经济调度问题的求解。基于IEEE 39和IEEE 118节点测试系统的算例,表明该文所提方法能够有效求解电力系统动态经济调度优化问题,与遗传算法和粒子群算法相比,该方法的计算结果和稳定性均更优,具有很好的应用前景。
     
  • 栗然,张凡,靳保源
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     受15、16世纪地理大发现中航海家探险行为的启发,提出了一种新型元启发式智能算法——航海家优化算法(navigator optimization algorithm, NOA)来求解电力系统的最优潮流。新算法中定义了搜寻周期的概念,通过较好地平衡迭代过程中“搜索”和“利用”的程度,可以实现更好的寻优性能。将所提出算法用于IEEE 30和IEEE 118节点系统的最优潮流计算,并与现存的其他智能算法进行比较,验证了所提出算法的优越性。该算法对于实际电力系统的规划和运行具有一定的参考意义。
     
  • 郑宇,董朝阳,赵俊华,李正佳,潘振宁
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     摘 要: 针对多充电站/电动汽车区域能量管理系统(electric vehicles distributed energy management system, EV-DEMS)情景下电动汽车充放电优化的问题,将各充电站/EV-DEMS视为充电智能体,建立了考虑多个充电智能体的分散式实时优化架构来协调各智能体的充放电策略。模型在满足车主充电需求的前提下,以日负荷曲线波动最小为目标,实现电网侧的削峰填谷。仿真算例表明,和传统的集中优化方式相比,该分散式优化模型和算法能够很好地对各智能体充放电计划进行协调优化,在保证优化结果的情况下能够极大地提升计算速度。
     
  • 郑宇,赵俊华,孟科,李正佳,瞿凯平
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     摘 要: 为应对全球变暖,提高电网运行的经济与环境效益,引入碳交易机制,以系统发电能源消耗成本与碳交易成本之和作为目标函数,建立了碳交易机制下含多种分布式能源的电力系统优化调度模型。针对分布式能源接入和负荷波动给系统带来的相关性与随机性,采用基于Nataf变换的多点估计法将不确定模型转化为确定性模型求解。对IEEE 57节点电力系统的仿真分析和对蒙特卡洛法的对比分析验证了所提模型及方法的有效性。最后,在此基础上分析了估计点个数对算法的影响以及碳交易价格对系统运行的影响。
     
  • 史佳琪,张建华
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     摘 要:光伏发电系统的超短期功率预测对电网调度的计划安排及光伏发电系统的优化运行具有重要意义。机器学习、人工智能领域的技术进步为精细化分析光伏功率预测影响因素并提高光伏预测精度提供了有效途径。提出一种基于深度结构网络模型的光伏超短期功率预测方法,首先根据光伏发电系统的机理特征,分析深度学习算法处理光伏预测问题的可行性;然后提出基于深度学习算法的光伏功率预测模型,采用基于受限玻尔兹曼机的深度置信网络提取深层特征完成无监督学习过程,采用有监督BP神经网络作为常规拟合层获得预测结果;并立足于实际需求,建立含离线训练和在线预测的双阶段光伏发电预测系统,分析天气信息及历史信息的输入属性;最后利用光伏发电系统的实际运行数据进行仿真,验证算法准确性和有效性,通过比较深度结构是否包含无监督学习过程,说明其在预测中的重要性。
     
  • 殷豪,董朕,马留洋
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    摘 要:针对风速时间序列的非线性特征导致其难以准确预测的问题,提出一种基于可变模式分解(variational mode decomposition,VMD)和动态NW小世界纵横交叉算法(dynamic NW small world crisscross optimization, NWCSO)优化极限学习机的短期风速组合预测模型。采用一种新型的可变模式分解技术,将原始风速时间序列分解为一系列不同带宽的模式分量以降低其非线性,然后对全部分量分别建立极限学习机模型进行预测,并采用小世界纵横交叉算法对极限学习机的输入权值和隐含层偏置进行优化,以获得最佳的预测效果。实验结果表明,基于VMD的组合预测模型较采用其他常规分解方式时预测精度明显提高。
     
  • 智能电网
  • 凌开元, 关志坚, 吴涵, 袁越, 范绚然
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     摘 要:针对主动配电网中分布式能源大量接入引起的电压越限,以及常规储能投资大、电动汽车调度困难等问题,提出一种考虑电压控制的含移动储能的主动配电网日前调度策略。将配电网与移动储能视作不同利益主体,建立双层优化模型。上层为配电网层,以网损最低为目标,根据预计的电压越限情况对下层发出调度;下层为移动储能运营层,以最大收益为目标优化移动储能充放电功率,响应上层调度,再由上层决定移动储能接入节点。在下层优化中考虑了移动储能荷电状态对其最大允许功率的影响;在配电网节点中设定充电节点与放电节点以减小移动储能接入对配电网网损的影响,并提出移动储能接入节点选择及转换策略。最后以IEEE 33节点系统为例进行分析,结果表明,所提调度策略可以在解决配电网节点电压越限、减小配电网网损的同时使移动储能盈利。
     
  • 尹忠东,汪沛
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     摘 要: 电动汽车大功率快速充电采用直流供电方式,前级整流器产生的电压纹波不仅使蓄电池中出现过电压和过电流,降低电池寿命,还会降低后级DC-DC斩波器运行的稳定性,影响充电质量。因而,将整流器输出的电压纹波限制到规定的水平至关重要。以非线性、强耦合的三相桥式PWM整流器为研究对象,将自抗扰控制技术引入整流器控制中。对系统在两相同步旋转d-q坐标系下进行建模,并采用电压电流双闭环控制,根据直流侧输出电压与d轴电流的关系,将自抗扰控制器应用于电压外环控制中,利用PSCAD对系统进行仿真,与传统PI控制器的仿真对比表明,自抗扰控制器能够快速、准确地跟踪输出指令,降低输出电压纹波,提高系统的动态特性,且具有较好的抗负载扰动能力。
     
  • 姜世公,吴志力,李红军,王云飞,郑浩
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     摘 要:与交流配电相比,直流配电技术在可靠性、供电能力、供电距离和经济性等方面具有明显优势。该文首先从各类分布式电源、典型直流负荷、国内外直流微网系统和相关电压标准等方面分析了直流配电电压等级及研究现状;通过分析影响直流配电电压等级选择的主要因素,提出相关约束条件,根据交、直流配电系统输送能力匹配原则,提出直流配电系统电压等级;根据所提出约束,从输送容量、输送距离和直流配电设备适用性等方面进行校核分析,验证所提出电压等级的有效性;为便于规划设计人员开展工作,分析了所提出直流配电电压等级满足线路末端10%电压偏差时各典型导线截面的直流负荷距。
     
  • 张爱萍,陆振纲,宋洁莹,刘海军,李卫国
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     摘 要:针对交直流配电网的需求,提出了一种可应用于交直流配电网的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑。与传统PET相比,该拓扑的优势在于为直流电源及直流负荷提供了接口,具备直流故障穿越能力,能够显著减少网络中换流器的数量,提高供电可靠性。同时,分析了新型PET在典型交直流配电网中的运行模式,并在此基础上,对PET各级的控制及调制策略进行了设计。最后,通过仿真验证了该拓扑及控制策略的合理性,突出了PET在交直流配电网中的能量调控作用。
     
  • 瞿艳霞,马覃峰,时伯年
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     摘 要: 区域小电网同时通过交流及柔性直流输电通道与其他大电网连接的互联电网,当交流输电通道故障导致区域小电网孤岛时,柔性直流系统的定有功功率控制方式限制了大电网对孤岛的支援能力。根据柔性直流系统具有潮流控制快速可靠的特点,设计了一种基于离线计算与在线判断相结合的柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制方案。首先,通过离线策略初步确定功率缺额,随后根据在线频率变化率判定采取粗调或精调的实际控制措施,用于粗调的离线计算结果使得在线判断时计算量小、采样少,动作快速;用于精调的频率限制控制器(frequency limit controller,FLC)可以实现无差调节,能够对粗调结果进行补充,增强可靠性,并能与区域电网的切机(负荷)措施紧密配合。仿真结果表明,所提的故障孤岛频率快速控制方案能够有效解决孤岛系统频率稳定问题。
     
  • 刘青,王皓
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     摘 要:STATCOM以快速无功控制稳定电压,但缺乏协调配合会产生交互影响。采用模态分析与相对增益矩阵 (relative gain array, RGA)结合的方法进行交互影响分析,借助精确反馈线性化改进内层电流控制。建立多STATCOM系统的状态空间表达式,通过模态分析确定系统出现负阻尼振荡模式的控制器参数;结合状态空间表达式系数矩阵,求解相对增益矩阵,研究输入信号及电气距离与交互影响的关联机理;结果表明STATCOM控制器比例增益设置会引入新的局部振荡模式,引起低频功率振荡;而参考电压与电气耦合程度是负交互影响产生的重要因素。针对传统内环电流控制,利用非线性控制理论对其改进,设计输入状态反馈线性化控制器;借助线性二次型控制理论确定状态反馈矩阵,推导最优控制律,实现受控状态对期望状态的最优逼近;仿真结果表明非线性控制器能有效改善参考信号阶跃引起的功率波动,显著提高系统阻尼。
     
  • 贺继锋, 杜治,黄家祺,方仍存,周玉洁,刘源,杨军
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     摘 要: 随着储能技术的发展,储能站在电力系统中的建设与应用具备了基本条件。随着我国电力市场迅速发展,越来越多的供应商参与到配电网侧寻求利益分配。为了均衡配电网运营商和储能站投资商的利益需求,该文以配电网拓展规划和储能站接入为规划场景,提出了考虑储能站投资收益的配电网双层规划模型。上层规划模型以配电网线路建设成本最低为优化目标,实现配电网运营商利益最优;下层规划模型以储能站通过“低储高发”获利最高为优化目标,实现储能站投资商利益最优。以一个小型配电网系统为算例,通过遗传算法求解上层规划模型完成配电网线路规划,并通过下层规划模型进行储能站的选址定容。仿真计算结果表明,在提出的运行策略下,储能站投资回报率与储能站所接入节点的负荷特性密切相关:负荷峰值越高,峰值持续时间越长,接入储能站获得的收益越高。
     
  • 闫瑜,周勤勇,贺海磊,梁才浩
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     摘 要:首先,为了解决传统边介数理论中电网潮流传输仅走最短路径的缺点,提出了加权极大边介数的概念,该指标在一定程度上结合了电网拓扑和当前运行方式对分区的影响,使得分区方法更适用于实际电网;进一步,提出了分区终止判据,有效地利用了关键支路,在减少了计算量的同时防止了孤立节点单独成区的现象发生;最后,在电网分区的基础上搜索割集得出断面。在某实际电网中的应用验证了该算法在关键断面搜索中的可行性。与现有的断面搜索方法相比,该算法能搜索出更薄弱的断面,并且不依赖于过载支路的选取,也不要求计算网络的所有割集,更适用于实际电网。
     
  • 新能源发电
  • 魏梦洋,刘力铭,李耀华,王永,王飞
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     摘 要:风电功率的预测精度与其出力模式密切相关,然而现有的风电功率评价指标对不同出力模式的风电场采用统一的评价标准,评价结果有失公允。文章研究了不同风电出力模式对预测结果的影响,并基于研究结果为实现合理评价提供思路方法。首先提取了日尺度样本熵、样本熵超阈值天数占比以及月尺度样本熵这3个特征指标,在此基础上利用一种密度聚类算法对不同风电场出力模式进行聚类;其次针对聚类得到的若干出力模式,分别采用持续法、一次指数平滑算法、径向基函数(radical basis function, RBF)神经网络法3种常用的预测算法进行预测,以说明不同出力模式可预测性的差别;之后采用云南某地风电场集群的实际运行数据进行仿真计算,结果表明所提出的3个特征指标能够有效表征不同风电出力模式不同时间尺度下的可预测性强弱;最后给出了研究结果在风电功率预测评价上的具体应用。
     
  • 王跃,吕 林,李星雨,宁世超,廖秋萍
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     摘 要:为给微电网配置合适的储能容量以平抑网内有功功率波动,提出了一种基于极点对称模态分解(extreme-point symmetric mode decomposition,ESMD)的混合储能系统容量配置模型。基于微电网净负荷功率,利用ESMD方法分解为自适应全局均线作为微电网与电网的交换功率,以及低频和高频分量作为蓄电池和超级电容器的平抑目标;为使分解后的各个分量最优,分析了剩余极点个数对全局均线的影响,研究了临界模态的选择原则以得到合适的低频和高频分量;在此基础上,考虑储能设备的运行寿命,建立了包含年投资成本和年运行维护成本的微电网混合储能系统成本模型。仿真实例验证了所述模型的可行性和经济性。
     
  • 符杨,马媛,刘璐洁,唐征歧,屠聂华
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     摘 要:针对海上恶劣环境所引起维修费用昂贵的问题,结合部件失效率曲线,提出了海上风电机组分阶段预防性维修策略。首先引入容量因子,修正海上风电机组单位时间停机损失。其次,视风电机组为多部件复杂系统,结合维修情况更新部件和机组可靠性。在考虑预防性维修成本和对机组可靠性提高量的影响下,构建费效比(return on investment,ROI),采用离差标准化方法,确定各个部件的维修方式。以单位时间维修成本最低为目标,部件可靠性为约束,采用反向粒子群算法(opposition based learning-particle swarm optimization,OBL-PSO),得到最优维修时间间隔和全寿命周期内预防维修次数。最后,以某海上风电机组为例进行仿真分析。仿真结果表明,分阶段预防性维修策略比传统等时间间隔的维修策略减少了停机维修次数,能够进一步降低维修成本,为海上风电机组维护策略的制定提供指导。
     
  • 李晖,王丹,李庚银,刘崇茹,张宁
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     摘 要:针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。
     
  • 电力经济研究
  • 杜蜻蜓,刘继春,王冬,杨常
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     摘 要:在售电市场开放的环境下,为获取最大社会效益,把售电公司参与市场竞价的行为与其内部的多类型柔性负荷管理有机结合起来,建立两阶段优化模型,第1阶段是售电公司参与市场竞价,第2阶段是在第1阶段基础上售电公司对内部多类型柔性负荷的管理。为配合获取最大社会效益,得到最小柔性负荷补偿费用,售电公司对内部用电客户柔性负荷的中断费用、转移费用和激励费用组成的目标函数进行优化管理。实际算例采用遗传算法(genetic algorithm,GA),以IEEE 14节点测试系统为例验证该模型有效提高了社会整体效益。
     
  • 林艺城,孟安波
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     摘 要:为解决复杂的热电联产经济环保调度问题,提出了一种改进的多目标灰狼优化算法。标准灰狼算法只适用于处理单目标优化问题,而改进的算法也适用于多目标优化,并通过融入方向修正操作以修正狼群前进方向,并改善算法的全局搜索能力。其次,结合快速非劣解排序、拥挤距离计算等,在更新狼群位置时,采用“精英保留策略”淘汰弱势狼个体,进一步提高算法的收敛速度,并通过模糊决策理论获得最优折中解。最后,通过对某典型7机组热电联产系统的仿真,验证了所提出方法不仅能够有效地求取热电联产发电计划在经济性与环保性之间的最优折中,同时克服了标准灰狼算法的缺陷,且较其他群智能优化算法在求解质量、收敛性等方面具有明显优势。