2017年, 第38卷, 第7期　
刊出日期：2017-07-01

  

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可再生能源电力特性分析、模拟与预测技术 ·栏目主持 黎静华教授·
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   分布式光伏发电的特性分析与预测方法综述

  王洪坤，葛磊蛟，李宏伟，迟福建

  电力建设. 2017, 38(7): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.001

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   摘要：近年来光伏产业的迅猛发展，分布式光伏大规模推广应用已成为一种趋势。间歇性强的分布式光伏大量接入配电网，给配电网带来了电能质量、谐波等诸多问题，影响了电网的安全稳定运行，分布式光伏发电特性分析与出力预测是有效解决以上问题的重要基础。首先探讨国内外分布式光伏的发展现状；其次，对分布式光伏出力特性、预测方法、预测软件的最新国内外研究进行评述；最后，探讨未来研究的重点内容，以期为我国分布式光伏的推广应用提供建议。

   
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   基于改进空间资源匹配法的风电集群功率预测技术

  彭小圣，樊闻翰，王勃，张涛，文劲宇，邓迪元，熊磊，车建峰

  电力建设. 2017, 38(7): 10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.002

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   摘要：大规模风电集群的功率预测，有利于调度部门制定科学合理的发电计划，提升电网的健壮性。基于空间资源匹配法（spatial resources matching algorithm，SRMA）的风电集群功率预测方法，比广泛采用的统计升尺度法具有更高的精度，而且需要的计算资源较少。但是现有的空间资源匹配法，匹配参数单一，不利于预测精度的进一步提升。文章在详细介绍空间资源匹配法的基础上，提出了一种考虑风电功率测量数据的改进空间资源匹配法，并通过52个风电场组成的风电集群开展了0~12 h的风电功率预测。结果表明，改进的空间资源匹配法前4 h的预测精度比传统的匹配法有较大幅度的提升，具有较强的工业应用推广价值。

   
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  基于改进马尔科夫链的风电功率时间序列模型

  赵宇，肖白，顾兵，王逍祎，张钰，王成龙

  电力建设. 2017, 38(7): 18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.003

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   摘要：模拟风电功率时间序列在风电并网系统的规划和评估研究中具有重要意义，针对原始马尔科夫链在风电功率建模上无法保留其自相关性的不足，构建了一种基于改进马尔科夫链的风电功率时间序列模型。首先分析了风电功率的季节特性、日特性和波动特性；然后将风电功率数据按照不同月份及时段进行了细致划分，生成相应的状态转移概率矩阵；最后，对风电功率波动量的概率分布进行拟合，并叠加波动量，建立了基于改进马尔科夫链的风电功率时间序列模型。实例分析表明，本文所建新模型生成的风电功率序列能够保留历史序列自相关性，同时在一般统计参数、概率密度分布和自相关性三方面的准确性也优于已有模型。

   
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   基于SOM需求响应潜力的居民用户优化聚合模型

  孙彦萍，李虹，杨文海，高亚静

  电力建设. 2017, 38(7): 25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.004

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   摘要：充分挖掘聚合对象的需求响应（demand response，DR），合理聚合响应能力高、违约率低的优质用户，是负荷聚合商（load aggregator，LA）保障收益、降低风险、提高市场竞争力的有效途径。首先根据居民用户负荷的用电特性将负荷分类，并建立相应的响应模型；其次，以居民用户24个时段响应潜力值构成的需求响应潜力向量作为自组织映射（self-organizing map，SOM）神经网络算法的输入向量进行训练学习，得到居民用户的响应类型及响应等级的分类；再次，计及响应过程中用户响应违约的概率，建立了考虑风险的LA用户优化聚合模型；最后，通过算例分析验证了模型的正确性和有效性。

   
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   考虑风电非线性相关性的配电网概率潮流研究 

  梁浚杰，兰飞，农植贵，黎静华

  电力建设. 2017, 38(7): 34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.005

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   摘要： 风电之间具有非线性相关的特性，研究其对配电网概率潮流的影响，对提高系统的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。提出一种考虑风电之间非线性相关性的配电网概率潮流计算方法，该方法基于经验Copula函数生成风电功率样本，与常规的基于高斯分布、t-分布等概率分布函数的方法相比，基于经验分布函数可以较好地反映风电功率的随机特性。建立含风电的配电网潮流模型，介绍PQ节点、PV节点以及PQ（U）节点的处理方法，并采用前推回代法进行解算。最后，将所提方法应用于纯辐射型配网和弱环型配网概率潮流计算中，对比分析不考虑风电相关性、考虑线性相关性以及考虑非线性相关性的结果。对比结果表明，考虑非线性相关性的结果与实际情况更为接近，可为电力系统运行调度提供更为准确的参考信息。 

   
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   电网多时间尺度接纳可再生能源能力评估指标体系 

  刘敦楠, 李奇, 秦丽娟，赵佳伟

  电力建设. 2017, 38(7): 44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.006

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   摘要： 以风光为代表的非水可再生能源发电出力具有波动性和随机性，这使得电网在日常调度中将风光发电出力视为负负荷，系统内风光比例的增多会增加不可控因素，使得电网接纳风光发电能力受到限制。限制因素包括电网调峰能力、电网调频能力、风光出力特性、负荷特性、电网外送通道等，构建电网接纳可再生能源能力评估指标可以反映电网的“饱和程度”，为电力系统的规划运行提供参考和评价依据。根据影响电网接纳能力的多种因素构建多时间尺度的电网接纳可再生能源能力评估指标体系，分别从电网短期、中期和长期3个时间尺度，兼顾系统运行安全和经济因素，系统地评估电网接纳能力。通过指标量化值反映电网对不同比例的可再生能源的接纳程度。 

   
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   基于极点对称模态分解和需求响应的风电消纳策略 

  李星雨，邱晓燕，赵劲帅, 王跃，陈科彬

  电力建设. 2017, 38(7): 51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.007

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   摘要：在全球能源互联网的大背景下，风力发电作为一种清洁能源受到重视。由于风电的波动性对电力系统的经济、稳定运行造成强烈的冲击，弃风情况日益严峻。文章提出一种新的风电消纳策略，采用极点对称模态分解（extreme-point symmetric mode decomposition，ESMD）把原始风电出力分解为光滑的出力曲线和波动分量，使用混合储能吸收其波动分量，同时在系统运行中通过需求响应消纳更多的风电。针对粒子群算法容易陷入局部最优的缺点，将莱维飞行引入粒子群算法以增强粒子跳出“早熟”的能力。算例结果证明了这种风电消纳策略的有效性，即在维持一定的运行费用的同时，利用混合储能和需求响应，提高系统的风电消纳能力。 

   
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   含高渗透率风电的电力系统小干扰概率稳定性研究综述 

  和萍, 史峰, 姚依林, 曲忠杰，耿斯涵

  电力建设. 2017, 38(7): 59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.008

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   摘要： 随着以风电为代表的新能源规模开发利用，传统电力系统的结构特性发生了改变，风电并网对系统的稳定运行及控制带来了新的挑战。从风力发电的基本特性出发，归纳风电并网对系统小干扰概率稳定性研究的最新动向和进展，阐述改善风电并网后电力系统小干扰概率稳定性相关控制措施，最后对该领域的未来发展方向进行讨论，以期为大规模风电并网后对系统小干扰概率稳定性研究提供借鉴。 

   
综合能源系统 ·栏目主持 文福拴教授·
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  电力-天然气集成能源系统的统一规划模型与Benders解耦方法  

  张睿, 黄国日, 文福拴, 赵俊华, 董朝阳

  电力建设. 2017, 38(7): 67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.009

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   摘要：近年来随着天然气发电渗透率的逐步提高，电力系统规划和运行时就需要适当考虑天然气系统的影响。同时，多能源互联代表了未来能源系统的发展趋势之一。这样，电力系统和天然气系统的统一规划和运行就成为值得研究的重要问题。在此背景下，在考虑天然气系统稳态潮流模型的基础上，对电-气集成能源系统的统一规划进行了初步探索。首先，研究了考虑电力系统和天然气系统边界条件约束的电-气集成能源系统的统一规划问题，对燃气电厂、输电线路、天然气供给站、天然气管道的选址和定容进行优化，构造了混合整数非凸非线性规划模型。接着，采用Benders解耦将该混合整数非凸非线性规划问题简化为双层主、子问题，并分别采用高效的商业求解器CPLEX和IPOPT迭代求解。最后，采用所构建的包括54节点电力系统和19节点天然气网络相互耦合的电-气集成能源系统，说明了所发展的基于Benders解耦的统一规划模型的可行性。 

   
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    供热管网分布参数模型与电热耦合网络协同规划 

   

  徐岩, 杨文涛, 齐峰, 文福拴, 赵俊华, 董朝阳

  电力建设. 2017, 38(7): 77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.010

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   摘要： 随着多能源互联的逐步发展，电力系统（power system，PS）和供热管网（heating pipe network，HPN）系统的耦合程度不断加深，耦合形式也趋于多样化。需要适当考虑电力系统和供热管网系统在规划与运行方面的相互影响。在此背景下，对电力系统和供热管网系统的协同规划进行探讨。现有供热管网系统的数学模型和分析方法不够精细，无法满足协同规划的需要。为此，首先发展适用于电气分析的供热管网系统的分布参数模型，并对现有的温度场和压力场并行求解方法进行简化和统一。接着对所构造的分布参数模型进行线性化处理，并发展了基于管道和环境参数计算热能和压力损失的方法。之后构建了热网潮流方程，并与电力系统潮流方程统一求解。在此基础上，发展了电力系统和供热管网系统的协同规划模型，以发电成本与电力网损、热网损耗之和最小为优化目标，并考虑电力网络和供热网络的运行约束。该协同规划模型为0-1混合整数非线性规划问题，采用商业化的YALMIP工具箱求解。最后，以修改的IEEE 30节点电力系统和某实际供热管网系统为基础，构建了电力系统和供热管网系统耦合形成的集成系统，以说明所发展的供热管网电气化模型及协同规划方法的可行性和有效性。 

   
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   含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略 

  郑宇, 李杨, 焦丰顺, 文福拴, 赵俊华, 董朝阳

  电力建设. 2017, 38(7): 88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.011

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   摘要：随着电转气（power-to-gas，P2G）技术的不断发展和商业化应用，风电机组（wind power generation unit，WPGU）与电转气设备的协同运行逐步受到关注。电转气设备的运行方式比较灵活，可有效平衡风电出力波动，二者可协同形成虚拟电厂（virtual power plant，VPP）参与电力市场运营。在此背景下，研究了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略。首先构建了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂参与电力市场运营的模型架构。之后，以最大化总体收益为目标，构建了虚拟电厂在日前电力市场的竞价策略模型，并确定虚拟电厂自调度运行策略。然后，考虑到风电出力预测误差的不确定性，发展了基于信息间隙决策理论（information gap decision theory，IGDT）的鲁棒竞价策略和机会竞价策略，以反映虚拟电厂不同的风险偏好水平。接着，采用成熟的商用求解器AMPL/IPOPT求解所构造的非线性优化模型，确定针对预期成本的鲁棒和机会竞价策略。最后，以北欧电力市场的实际数据为例说明所构建的优化模型和采用的求解方法的基本特征。 

   
人工智能在新一代能源电力系统中的应用 ·栏目主持 余涛教授·
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  网格化知识迁移学习算法及其在碳能复合流优化中的应用

  江浩荣，徐茂鑫，王克英

  电力建设. 2017, 38(7): 96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.012

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   摘要： 建立了计及碳责任分摊的碳能复合流优化模型，并提出了一种网格化知识迁移学习算法，以便实现电网的低碳、经济、安全最优运行。算法采用二值编码的方式实现连续-离散空间的转换，以解决连续状态-动作空间的学习和维数灾难问题；从优化任务的状态信息和最优Q值之间的关系从发，构建了知识迁移的基本框架；为了避免在弱联系环境下，整体性提取状态特征信息给学习网络带来干扰，影响迁移学习的准确性，提出了一种网格化信息提取方式，分散式地对各局部特征进行提取和迁移。最后，通过IEEE 118节点系统的碳能复合流优化仿真验证了算法的有效性。 

   
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   计及大规模电动汽车接入的AGC功率动态分配深度交互教学优化算法  

  文芸，周彬，杜振川，张孝顺，余涛

  电力建设. 2017, 38(7): 106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.013

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   摘要：为提高区域电网自动发电控制（automatic generation control, AGC）的控制性能指标，利用接入电网的大规模电动汽车参与AGC。在满足车主充电需求的前提下，建立了电动汽车的实时上下调节容量评估模型。在此基础上，构建了电动汽车集群与传统水电、火电机组的AGC功率分层分配框架。为满足上层不同类型机组的快速经济分配，提出了一种深度交互教学（deep interactive teaching-learning, DITL）优化算法进行求解，该算法在标准教学优化算法的基础上，将单个班级扩展到多个班级，并采用小世界交互网络构建不同教师/学生之间的交互网络，从而提升算法的全局搜索及局部搜索能力。在电动汽车集群内部，则根据调节成本系数实现第二层不同局部控制中心的AGC功率分配，然后根据充电时间裕度排序实现不同电动汽车的底层AGC功率分配。海南电网仿真算例表明：该文所提的上层分配框架可有效实现电动汽车与传统水火电机组的协调，DITL算法能有效提升AGC的动态控制性能，降低系统的调节成本。 

   
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   配电系统中变电站智能化升级策略 

  谭嫣，孙磊，齐峰，向丽玲，龙霏，林振智，文福拴

  电力建设. 2017, 38(7): 114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.014

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   摘要：代表变电站技术发展趋势的智能变电站是智能电网的重要组成部分。智能变电站的配置对系统安全与经济运行具有重要影响，是值得研究的重要问题。在此背景下，研究了计及可靠性的配电系统中变电站智能化升级问题。首先，以变电站智能化升级成本和用户停电损失之和最小化为目标函数，考虑系统平均停电时间（system average interruption duration index，SAIDI）和电量不足平均值（average energy not supplied，AENS）这2个可靠性指标不超过给定阈值等约束条件，构建了配电系统中变电站的智能化升级优化模型。之后，发展了针对配电系统故障的故障清除模型，提出了评估用户停电时间的比较准确的方法。接着，对用户停电时间和用户停电损失函数进行线性化处理，得到变电站智能化升级问题的混合整数线性规划模型，并采用高效商业求解器求解。最后，以IEEE RBTS-Bus 4配电系统和丹麦某中压配电系统为例来说明所提方法的基本特征。 

   
智能电网
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   基于复合移相控制的直流输电系统换相失败响应优化研究 

   

  陆韶琦，王世佳，侯玉强，刘福锁, 徐政

  电力建设. 2017, 38(7): 123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.015

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   摘要：目前国内直流输电工程采用的控制策略主要有基于ABB技术路线的控制策略和基于SIEMENS技术路线的控制策略。该文对两类控制策略针对换相失败的应对方式进行了分析对比，指出基于SIEMENS路线的策略虽然有利于提高稳态运行时关断角的控制精度,但相对于基于ABB路线的控制策略换相失败持续时间更长，主要原因为逆变侧交流故障下前者仍采用比例积分控制器（proportional and integral ,PI）对触发角进行调节，响应速度较慢。基于上述分析，对基于SIEMENS路线的控制策略提出了附加复合移相控制策略，具体包括基于直流电流上升率检测的移相控制策略和基于交流电压不平衡度与幅值检测的移相控制策略，并给出控制器的详细设计参数。仿真结果显示，相对于原始控制策略，投入复合移相控制策略有助于预防换相失败或缩短换相失败时间，加速功率恢复，提升直流系统故障下响应特性。 

   
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  一种基于体液免疫原理的电网故障诊断模型设计方法 

   

  王守鹏，赵冬梅

  电力建设. 2017, 38(7): 131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.016

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   摘要：该文借鉴体液免疫应答原理解决当前电网故障诊断所面临的故障信息不确定性问题。首先，构建了体液免疫应答过程与电网故障诊断过程所涉及的基本量的对应关系。其次，模拟体液免疫抵御抗原入侵的免疫机制和结构，构建了基于体液免疫应答机制的电网故障诊断模型，该诊断模型具有较强的容错能力，不仅可以根据先验知识诊断出已知的故障，而且能够通过系统的连续学习功能诊断未知的故障。最后，通过诊断算例验证了所构建诊断模型的有效性与可行性。 

   
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  静止同步串联补偿器的机电暂态建模

  赵坚鹏，宋洁莹，赵成勇，陆锋，许建中，宋方方，刘云

  电力建设. 2017, 38(7): 139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.017

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   摘要：提出了一种适用于大规模电力系统暂态稳定性分析的静止同步串联补偿器（static synchronous series compensator，SSSC）机电暂态建模方法。该方法通过合理假设，根据SSSC的数学模型和机电暂态特性，在考虑SSSC直流电压动态过程的前提下建立了SSSC的机电暂态模型。首先，根据SSSC的对外特性建立SSSC的交流侧模型；其次，根据SSSC的自身约束，通过合理假设建立SSSC的直流侧模型；在此基础上，模块化设计了其控制器模型和调制环节模型。仿真结果表明，该模型能较好地呈现SSSC的动态特性，适用于SSSC接入大规模电网时分析其对电力系统暂态稳定性的影响。 

   
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   基于改进快速排序算法的MMC均压控制策略  

  焦晓鹏，刘青

  电力建设. 2017, 38(7): 146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2017.07.018

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   摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）由于其自身具有输出电平数高、开关频率低、波形质量好等优势而被广泛研究和使用。子模块电容的电压均衡问题是MMC的重点研究方向之一。传统均压方法随着子模块数目增加，将极大增加开关元件频率损耗和控制器运算量。该文提出了一种基于改进快速排序算法的均压策略,通过实时监测子模块电容电压，设置子模块电压间的离散度指标，继而控制排序模块的开通和保持。同时，通过排序算法的优化，使控制器在多模块时计算效率大大增加，降低硬件要求。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建MMC-HVDC模型进行仿真验证。仿真结果表明，改进的均压控制方法能够在维持系统特性相对均衡的同时，有效提高运行速度，降低子模块开关频率。