2018年, 第39卷, 第6期　
刊出日期：2018-06-01

  

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   2018年6期封面和目录

  电力建设. 2018, 39(6): 0.

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   考虑电动汽车充电设施接入的居民配电系统供电容量最优规划

  黄裕春，王宏，王珂，文福拴

  电力建设. 2018, 39(6): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.001

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  近年来，我国大力推进电动汽车（electric vehicle, EV）在私人领域的发展和普及，提出了新建住宅停车位须100%建设充电基础设施或预留建设安装条件的要求。持续增加的私人电动汽车的充电需求给居民配电系统规划带来重大挑战。配电系统规划既要保证常规用电负荷和电动汽车充电负荷需求得到可靠保障，也要兼顾系统运行安全性和经济性，避免过高冗余导致的资源闲置浪费。在此背景下，提出了一种计及电动汽车出行规律和有序充电的居民社区配电系统容量规划的混合整数线性规划模型，并采用线性规划和二元搜索相结合的方法求解。之后，采用一个实际工程案例证明了所提方法的可行性和有效性。计算结果表明，考虑电动汽车的出行规律和有序充电管理是必要的和有效的，能明显降低居民配电系统的高峰负荷，改善配电系统运行的安全性和经济性。

   
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   充换电站模式下电动汽车参与物流配送的电能补给方式规划

  常巩, 邓友均, 杨洪明, 文福拴, 赖明勇

  电力建设. 2018, 39(6): 7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.002

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   摘  要：考虑充换电站（battery charging and swapping station, BCSS）同时提供充、换电2种电能补给方式的运营模式，相比仅在充电站或换电站模式下，电动汽车（electric vehicle, EV）参与物流配送的电能补给方式规划可能获得更低的物流配送成本。在满足EV配送途中的行驶约束和回到配送中心的慢速充放电约束的前提下，以EV配送路径、充换电模式选择以及慢速充放电策略为决策变量，以EV参与物流配送的快速充电成本、换电成本、车辆损耗成本和慢速充放电成本之和最小为优化目标，构建了确定EV在BCSS模式下的电能补给方式的最优规划模型。最后，以33节点的物流配送系统为例进行数值仿真，分析了电动汽车在配送途中的电能补给方式对运输成本和慢速充放电成本的影响，以及电动汽车回到配送中心的慢速充放电策略对物流配送总成本的影响。

   
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   中国超快充电站全生命周期经济性分析

  黄雪琪，何博，袁新枚，曲大为，李娟

  电力建设. 2018, 39(6): 15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.003

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   摘  要：超快充电技术通过大幅度提升充电设备的充电功率，可以有效改善电动汽车用户的充电体验，但其运营经济性的分析是其投资推广的前提条件。文章针对超快充电站的经济性展开理论研究。基于全生命周期理论，对充电基础设施的成本收益结构进行分析，建立充电基础设施经济性评估模型，并提出相应的评价指标。以6.6 kW常见慢充充电桩和350 kW超快充电站为对象，完成二者全生命周期成本收益的计算，并进行对比分析。研究成果将为我国超快充电站的建设和推广，以及相关政策的制定提供有价值的参考。

   
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   光伏不平衡接入的配电系统中电动汽车有序充电策略

  刘洵源, 齐峰, 文福拴, 冯昌森, 王蕾，邹波，张西竹

  电力建设. 2018, 39(6): 21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.004

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   摘  要：电动汽车和分布式光伏电源的广泛接入可能会加剧配电系统的负荷峰谷差和三相不平衡问题。在此背景下, 探讨以优化负荷轮廓和减小配电系统三相不平衡为目标的电动汽车有序充电策略。首先, 根据汽车出行特性和电池充电过程, 对充电负荷进行建模。之后, 在配电系统三相模型基础上，通过控制电动汽车充电接入相、充电功率和充电时间, 建立以优化负荷轮廓和减小三相不平衡为目标的电动汽车有序充电优化模型, 并采用自适应遗传算法求解。最后, 以修改的IEEE 33节点测试系统为例对所提方法进行仿真计算，结果表明：采用所提方法，电动汽车充电负荷可避开系统负荷高峰并起到“填谷”作用, 并有效缓解了分布式光伏发电引起的三相功率不平衡问题。

   
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   基于大数据服务平台的电动汽车有序充放电管理

  杨文涛, 王蕾, 邹波, 张西竹, 文福拴, 程敏

  电力建设. 2018, 39(6): 28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.005

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   摘  要：电动汽车 （electric vehicle, EV） 有序充放电管理可以促进错峰用电和平抑可再生能源发电出力波动。然而, 在需求侧, EV有序充放电管理还存在调度任务难执行、充放电参与不便利和信息交互不通畅等问题。在此背景下, 分别针对 “配电系统-EV” 层面和 “输电系统-配电系统” 层面制定EV有序充放电管理策略。首先, 针对在 “配电系统-用户” 层面的EV大量分散接入、难以统一优化的问题, 采用虚拟电厂 （virtual power plant, VPP） 建模, 并制定灵活的管理机制来引导EV有序充放电。为此, 开发多功能大数据服务平台（multi-function big-data service platform, MDSP）来分析EV的充放电特性, 并通过发布分时电价和签订EV短期充放电协议 （short-term charging and discharging agreement, SCDA） 等措施, 减小EV充放电功率预测不确定性对配电系统调度和运行的影响。接着, 基于在“配电系统-EV”层面预测的EV充放电功率, 建立“输电系统-配电系统”层面的双层分阶段机会约束规划模型；该模型分别以输电系统调度机构和VPP为上层和下层模型的优化主体, 并包括日前优化和实时优化2个阶段。最后, 对IEEE 30节点电力系统进行扩展, 形成包括输电和配电网络的87节点算例系统, 并用该系统对所提出的方法进行说明。

   
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   基于半桥子模块的模块化多电平换流器内部故障诊断及对策

  郑涛，张滋行

  电力建设. 2018, 39(6): 42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.006

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   摘  要：半桥子模块（（half bridge sub-module，HBSM）是构成HBSM型模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的基本单元，HBSM开路或短路故障是MMC的常见故障，实现对其快速、准确地诊断及可靠地保护关系到MMC-HVDC系统安全稳定运行，具有重要研究意义。该文首先对HBSM中IGBT的开路、短路故障进行了全面的故障特性分析，基于故障特性分析，在仅需要测量子模块电容电压，不需要增加额外测点的情况下，提出了HBSM中IGBT的开路、IGBT或反并联二极管（FWD）短路故障的诊断策略，提出的诊断策略逻辑简单，计算结果仅有“0”、“1”和“∞”3种形式，且不受外部交直流系统故障的干扰。在提出故障诊断策略的基础上，设计了冗余HBSM处于“热备用”运行状态时的故障隔离策略，实现在不用闭锁整个换流站的情况下可靠地隔离发生故障的HBSM。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真试验，验证了所提出的故障诊断策略及隔离方案的可行性。 

   
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   一种基于极性判别的环状直流配电网线路后备保护方法

  孙丽敬，张海，刘瑛琳，罗国敏，吴鸣

  电力建设. 2018, 39(6): 49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.007

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   摘  要：应用于直流线路的纵联差动保护方法，由于其可靠性高，被广泛应用在我国输配电系统中，并取得了良好的运行效果，然而，随着分布式电源在配电网中的快速发展，导致在发生高阻故障时，其门槛值不易设定，保护动作可靠性差，并且传统配电网保护难以适用于环状直流配电系统。该文提出一种基于电流突变量斜率方向的纵联后备保护方法。首先，分析直流配电线路区内、外故障时两端电流突变量方向的特征。然后，提出将斜率方向引入电流突变量方向特征检测中，利用低频带故障电流信号的极性关系，实现能准确动作于直流配电线路的后备保护方法。最后在Matlab/Simulink中构建仿真模型，仿真结果表明，该保护方法有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力，能准确识别故障所在范围，可以在一定程度上提高后备保护可靠性。

   
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   一种直流微电网的灵活虚拟惯性控制策略

  邹培根，孟建辉，王毅，王坚

  电力建设. 2018, 39(6): 56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.008

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   摘  要：直流微电网的小惯性特点导致的负荷突变、新能源出力波动以及系统故障等扰动都会对系统直流电压的稳定造成严重影响。而交流系统中的虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）控制能够使换流器为系统提供惯性支持，以减小交流系统频率的波动。因此基于VSG控制，根据交、直流系统间各变量的类比和对应关系，文章提出了一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性（flexible virtual inertia，FVI）控制策略，为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持，以减弱电压波动，改善电能质量。最后通过六端直流微网的实时仿真实验系统验证了所提控制策略的有效性。

   
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   考虑负荷和风电相关性的多场景鲁棒输电网规划

  黄启航，王秀丽，齐世雄，樊嘉杰，王一飞

  电力建设. 2018, 39(6): 63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.009

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   摘  要：大规模风电并网，使得电力系统的不确定性急剧增加，基于不确定理论的输电网规划成为众多学者关注的热点。传统多场景方法容易考虑负荷和风电的相关性，但却难以调整规划方案的鲁棒性。据此，文章提出一个考虑负荷和风电相关性的多场景鲁棒输电网规划模型。相较于传统多场景规划模型中每1个场景代表1个确定的风电出力和负荷功率值，在文章提出的模型中，每1个场景代表1个风电出力和负荷功率的不确定集，在给定场景数目后，通过改变不确定集的控制参数，可以调整规划方案的鲁棒性。因此，该模型较多场景输电网规划具有更高的灵活性和更强的适应性。所提多场景鲁棒优化模型采用CCG（column-and-constraint）方法求解，并在修改的Garver-6节点和IEEE RTS-24节点系统验证了所提模型的正确性和有效性。

   
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   考虑运行灵活性的智能配电网多层优化规划

  马丽，王宗礼，刘伟，朱铁铭，赵明欣，陈海

  电力建设. 2018, 39(6): 71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.010

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   摘  要：分布式电源及需求侧响应等灵活性资源的快速发展给配电网运行控制方式带来了重大变化，而传统的配电网规划中未考虑到这些灵活性资源在削峰填谷、灵活转供等方面的积极作用。文章综合考虑运行控制手段和需求侧管理等灵活性资源对配电网规划方案的影响，提出考虑运行灵活性、以综合成本最小为目标的智能配电网优化规划模型，并结合微分进化算法、Voronoi和Prim算法提出了基于多层优化技术的规划模型求解方法及流程，最后针对典型供电区域进行算例验证，结果表明考虑运行灵活性的智能配电网规划方法相比传统规划方法经济性得到显著提升，并为智能配电网的规划建设提供新的思路。

   
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   考虑无功资源协同优化的配电网分布式可再生能源双层规划模型

  郭焱林，刘俊勇，唐永红，许立雄，魏震波，向月，周春燕

  电力建设. 2018, 39(6): 80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.011

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   摘  要： 分布式可再生能源（distributed renewable energy，DRE）的大规模接入与网络运行控制能力匹配与否是影响DRE消纳的重要因素。传统DRE规划研究大都忽略了配电网已配置大量无功资源的现状，易造成设备利用效率低；而运行层面中，虽将DRE作为电压无功调控手段，但未能兼顾DRE高比例消纳。因此，文章在考虑现有无功资源的情况下建立DRE双层规划模型，旨在实现DRE收益最大化的同时提高配电网电压质量。IEEE 33节点配电网系统算例验证了所提模型及方法的有效性与合理性。

   
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   电力信息物理系统中信息系统发生预想事故的影响

  郑佩祥，陈柯任，文福拴，陈彬，张功林

  电力建设. 2018, 39(6): 89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.012

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   摘  要：在电力信息物理融合系统（cyber physical power system，CPPS）中，电力信息系统与电力物理系统深度融合，互相影响。为分析CPPS中电力信息系统预想事故对电力物理系统可能造成的影响，构建了CPPS动态交互模型。其中，电力物理系统针对嵌入了分布式电源的配电系统，采用微分代数方程组描述；在电力信息系统中，则考虑了信息传输过程的数据错误、数据错位、传输延时等预想事故，采用信息关联矩阵模型描述。最后，以修改的IEEE 33节点辐射状配电系统为例，说明所提方法的可行性和有效性。

   
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   基于调节潜力指标的用户用电行为聚类分析算法研究

  杨卫红，赖清平，兰宇，王丹，胡庆娥，王旭阳，刘艳茹

  电力建设. 2018, 39(6): 96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.013

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   摘  要：针对柔性负荷不断接入背景下，用户参与电网调节潜力能力的持续提升，基于负荷用户的调节潜力大小对用户的用电行为进行聚类分析。在峰谷分时电价背景下，基于用户心理学原理构建基于峰谷分时电价的负荷转移率模型，以该模型为基础构建基于峰谷分时电价的用户调节潜力指标，并利用该指标对负荷用户的用电行为进行聚类分析，通过与传统基于日负荷曲线以及典型负荷特性指标的聚类算法进行结果对比，证明了该算法聚类结果的有效性与正确性，同时通过对大规模用户的用电行为进行聚类分析，证明基于调节潜力指标的聚类分析算法的聚类效果更佳。

   
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   考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

  王珂，王芃，许苑，刘伟佳，文福拴，林振智

  电力建设. 2018, 39(6): 105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.014

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   摘  要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性，提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面，电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关，因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先，以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数，建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着，对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理，将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后，利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型，获得帕累托最优解集，并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后，利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。

   
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   一种市场环境下的电网友好型多微网优化调度方法

  米师农, 张建成，郭伟

  电力建设. 2018, 39(6): 117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.015

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   摘  要：针对配电网中的多微网系统，提出了一种市场环境下的电网友好型优化调度方法，并建立了日前双层优化调度模型。首先构建了配电网层优化调度模型，通过优化各微网的出力，在保证可再生能源发电比例的同时，减小输电网与微电网向配电网注入功率的波动性，提高配电网运行的经济性，从而提高电力系统接纳微电网的积极性，有助于市场环境下微电网的运行与发展。其次，在微网层，采用多场景技术描述光伏与风电出力的随机性，并将微电网与配电网视为不同的利益主体，设计动态电价激励机制，引导微电网按照配电网需求优化出力，从而建立微网层的经济与环保优化调度模型，协调分布式电源出力。采用模拟退火算法求解模型，仿真算例验证了模型的合理性与有效性。

   
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   用于平抑风电功率波动的电池储能系统控制策略

  郭云鹏，王小蕾，文福拴，李梁，毛建伟

  电力建设. 2018, 39(6): 125.

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   摘  要：采用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）与风电场形成联合系统可平抑风电功率波动。如何制定BESS的控制策略以有效平抑风电功率波动，进而最大化系统接纳风电的能力是一个值得研究的重要问题。在此背景下，针对采用BESS平抑风电功率波动的控制策略开展研究工作。首先，针对风储联合系统的结构及特性，建立BESS的数学模型。考虑到BESS在当前时段的充放电行为影响其在下一时段的电池状态，在满足电池实际运行约束的前提下，提出用于平抑风电场出力波动的BESS的改进控制策略。之后，发展以风储联合出力波动越限概率最小为目标的BESS优化控制策略，并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后，以某风储联合系统为例，对所提出的BESS改进控制策略和优化控制策略平抑风储联合系统整体出力波动的效果进行验证。

   
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   基于灰色理论的电网设备更换最优时间

  盛萌，张书雅

  电力建设. 2018, 39(6): 131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.06.017

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   摘  要：电网设备是电力企业的核心资产，研究电网设备的精益化管理和科学的经济寿命对电力企业投资决策及经营管理具有实际意义。基于资产全寿命周期管理的系统理念，采用技术经济评价成本年金法，对设备的综合成本进行分析，建立电网设备经济寿命测算模型；在此基础上，利用历年实际数据，建立运行费用灰色G（1,1）预测模型，并通过后验差检验法检验运行费用预测的准确性，从而确定设备报废及更换的最优时机，可以实现设备的成本最优化、效益最大化。算例表明，文章所构建的基于灰色理论预测的电网设备经济寿命测算模型是可行的，测算结果较为准确。通过与设备实际使用年限对比，分析存在差异原因，可为电网公司的技改和电网规划工作提供一定的决策支撑。