2019年, 第40卷, 第3期　
刊出日期：2019-03-01

  

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综合能源系统 ·栏目主持 文福拴教授、赵俊华副教授、鲁刚博士·
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  高比例清洁能源渗透下的能量枢纽两阶段优化调度策略

  冯智慧，吕林，许立雄，郭焱林，阮振，刘晋源，丁毅

  电力建设. 2019, 40(3): 1-8. https://doi.org/DOI： 10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.001

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  大规模清洁能源出力的随机性和波动性导致其并网困难，弃风、弃水问题日益突出，传统促进清洁能源高效利用方式常以牺牲系统经济效益为代价，并且往往调节容量有限，难以保证高比例清洁能源调节需求。基于此，文章在输电网层面构建利用多种能源优势互补的清洁能源高占比下的风-水-气协同运行的能量枢纽，并制定了能量枢纽日前-实时两阶段优化调度策略，以消除弃风、弃水给能量枢纽经济效益带来的不利影响；然后通过线性化处理建立混合整数线性规划模型，并采用YALMIP/CPLEX求解器进行模型求解。算例结果表明，两阶段调度优化策略能够有效提高清洁能源利用效率，降低系统运行成本，是解决可再生能源消纳问题的有效途径。
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  捆绑合作模式下计及综合能源服务商新型项目的低碳调度

  宋阳， 张新鹤，王磊

  电力建设. 2019, 40(3): 9-16. https://doi.org/DOI： 10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.002

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  低碳化已成为电力发展的重要目标，利用需求侧资源缓解发电企业减排压力是一种科学经济的低碳化路径。面向综合能源服务商新型项目，引入电力煤耗系数构建了计及电源结构的碳减排量评估模型，并利用节点电力煤耗系数指导下的实时零售电价，建立了计及碳价值的综合能源服务商和柔性负荷项目用户的主从博弈模型。设计了一种捆绑合作机制，将综合能源服务商引入面向区域火电机组的低碳调度中，并将综合能源服务商和电力系统调度进行一体化优化。算例分析了一体化优化在减排和经济方面的定量指标，验证了文章提出的发电企业低碳化路径的可行性。
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  供热系统热动态特性回归模型及热电联合调度

  李平，王春生，穆永强，王海霞，唱友义，张耕宇，刘爱民，李卫东

  电力建设. 2019, 40(3): 17-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.003

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  集中供热系统的热动态特性可用于提高供热季热电联产机组的调峰能力以促进风电消纳。采用物理模型对集中供热系统热动态特性进行建模，涉及系统内部各环节的个体特性以及供热管网的拓扑结构特性等，导致基于物理模型的热电联合调度模型过于复杂而不利于在大电网中的应用。首先，着眼系统整体特性，利用自回归分布滞后时间序列建立了质调节运行模式下的热动态特性简化回归模型，并给出了建模方法；之后，构建了基于回归模型的热电联合调度；最后，通过与基于物理模型的调度模式进行对比，验证了基于回归模型的调度模式能够减少变量数量和计算时间，具有良好的简化效果和较高的准确性。
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  基于模型预测控制的园区热电联供微电网能量优化

  蔡超，窦晓波，曹水晶，陈曦，王娜

  电力建设. 2019, 40(3): 27-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.004

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  热电联供（combined heat and power，CHP）微电网利用电、天然气作为热能来源，具有经济、环保的特性，能够有效解决综合供电供热问题，在工业园区有着广阔的应用前景。CHP微电网中可再生能源出力的随机性和负荷预测误差会导致能量优化的精确性降低，并且由于电、热负荷存在差异，高热电耦合度的CHP微电网经济性较差。因此，基于模型预测控制（model predictive control，MPC）算法提出一种多时间尺度能量优化方法。该方法在日前预测下一天的机组出力、储能调度计划；在日内基于MPC算法参考日前计划进行实时能量优化，并根据系统中的热损设计反馈环节，提高优化结果精确性。最后，基于MATLAB进行了算例仿真，验证了所提方法可以降低系统运行成本，能够实现系统热电解耦、储能削峰填谷、提高可再生能源消纳率的效果，并且具有较好的适用性和准确性。
储能系统关键技术 ·栏目主持 李建林教授级高级工程师·
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  基于电动汽车V2G响应能力的储能容量配置方法

  陈嘉敏，徐永海，张雪垠

  电力建设. 2019, 40(3): 34-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.005

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  电动汽车通过V2G(vehicle to grid)技术可作为移动储能单元参与电网运行。基于电动汽车交通行为特性，构造了考虑时间、能量和电池约束的电动汽车V2G响应能力边界，并将接入电网的电动汽车分成可响应和不可响应2类；针对可响应电动汽车提出定时段V2G响应能力预测模型，并利用蒙特卡洛法实现电动汽车集群V2G响应能力的量化计算。为了解决多种不确定因素下的供电可靠性问题，将风险价值理论引入储能容量配置中，建立了考虑电动汽车V2G的可靠性风险备用模型，用于确定一定可靠性置信度下的储能容量配置。最后通过算例对一天不同时刻下电动汽车V2G响应能力进行预测，并对比和分析了不同置信度、期望支撑时长以及电动汽车渗透率对储能容量配置的影响。
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  针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制

  宋兆鑫，张建成，赵霁晴，郭伟

  电力建设. 2019, 40(3): 42-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.006

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  文章提出一种适用于飞轮储能系统并网的双电流闭环控制方法。在电网侧及飞轮侧控制系统中同时引入比例谐振控制器，避免了比例积分（proportional integral，PI）控制器跟踪正弦电流存在稳态误差的缺点，提高了系统的稳定性及电网电能质量。同时，采用电容电流内环反馈控制抑制LCL滤波器的谐振尖峰，提高进网功率因数。在充电阶段，电网侧变换器采用电压外环控制方式，飞轮侧变换器采用转速外环控制方式；在待机及并网运行阶段，电网侧变换器采用电网侧电流外环电容电流内环的控制策略，飞轮侧变换器采用直流母线电压外环电流内环的控制策略，以稳定直流母线电压。采用广义根轨迹法对电网侧控制器参数进行设计。搭建了飞轮储能系统并网控制模型，仿真结果验证了文章控制策略的有效性。
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  基于负载电流补偿与转速反馈的飞轮储能系统控制策略

  王成龙， 王育飞，薛花

  电力建设. 2019, 40(3): 51-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.007

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  为缓解电动汽车快速充电对电网的冲击，研究在直流快速充电站(DC fast charging station，DC-FCS)应用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)式飞轮储能系统(flywheel energy storage system，FESS)。在传统PMSM双闭环控制的基础上提出基于负载电流补偿与转速反馈的控制策略。首先建立电动汽车直流快速充电站负荷数学模型，对其冲击特性进行分析。然后阐明所提飞轮储能系统控制策略，并设计配有PMSM-FESS的直流快速充电站控制系统。最后在Matlab/Simulink软件平台上搭建配有FESS的快速充电站系统仿真模型。仿真结果表明：所提PMSM-FESS控制策略可有效限制电网功率上升速率，补偿快速充电站母线电压跌落；即使面临多台电动汽车短时间连续接入的情形，所提控制策略仍可有效缓解直流快速充电站对电网的冲击，降低直流母线电压跌落幅度。
智能电网
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  电力系统演进的内在驱动因素及发展路径探索

  陈飞，冯昊，徐晨博，孙飞飞

  电力建设. 2019, 40(3): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.008

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  电力系统从小容量、短距离、单一电能发输配用的电力网络逐渐转变成为大规模、远距离、多能源互通互济的能源网络，并不断朝着多元化、柔性化、智能化的更高级形态演进。移动通信技术的发展演化在很多维度上与电网技术革新和电力系统演进有着高度的相似，以“G”为表征的第2代（2G）到第5代（5G）移动通信技术已家喻户晓，但对于电网技术尤其是电力系统的代际区分和代间差异分析却尚未形成共识。本章以电力系统尤其是电网的形态特征为核心，提出以“H（High）”作为电力系统的代际标志，电力系统在经历了由1H到3H时代电压等级不断提高的发展阶段后，当前正步入高比例可再生能源与高比例电力电子设备的4H电力系统时代，并逐步向高比例碎片化能源的综合能源系统，即5H电力系统演进。同时，重点针对5H电力系统的形态特征与电网企业角色定位进行了分析。
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  基于广义灵活性指标体系的输电网扩展规划

  王晞， 叶希， 唐权， 张玉鸿， 李婷， 刘万宇， 李华强

  电力建设. 2019, 40(3): 67-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.009

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  随着清洁能源发电技术迅猛发展，风、光等清洁电源并网比例不断提高，其出力的随机性和波动性为电力系统带来多时空耦合的强不确定性，严重影响电网的安全稳定运行，传统电网规划已无法满足高比例清洁能源的并网需求。电力系统灵活性能有效反映系统对不确定性冲击的承受能力，对高比例清洁能源并网有重要意义。首先，在灵活性定义的基础上，提出一套考虑供需平衡、网架布局、潮流分布的广义灵活性指标体系，综合评价电力系统对清洁能源的接纳能力；之后，基于此建立了广义灵活性指标体系的输电网二层扩展规划模型，并采用改进的混沌交叉变异遗传算法对规划模型进行求解；最后，通过分别对Garver-18节点系统和实际系统的仿真计算，验证了所提指标体系和规划模型的可行性和实用性。
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  蜂巢状有源配电网拓扑及其可靠性评估

  阮闯，江道灼，朱乃璇，杨轶凡，陈杰涛

  电力建设. 2019, 40(3): 77-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.010

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  为探寻适应分布式电源并网运行的高供电可靠性配电网结构，文章提出了一种基于分布式有源微网的蜂巢状有源配电网拓扑。首先，对该拓扑结构及其中的有源微网与智能功率/信息交换基站进行了介绍，并分析了该拓扑的优点与不足。其次，应用马尔可夫链分析蜂巢状微网的状态转移过程，并给出了数学模型，包括状态转移概率矩阵和不同状态下的概率计算方法等。然后，推导了基于最小割集法的蜂巢状微网可靠性指标计算的修正公式。最后，以IEEE-RBTS BUS6 F4测试系统为例，对其“改造”成蜂巢状微网前后的供电可靠性进行了仿真比较，结果表明“改造”后的蜂巢状微网具有更高的供电可靠性，进而得出了蜂巢状有源配电网的供电可靠性明显优于普通配电网的结论。
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  基于蜂巢状有源配电网的分布式优化调度

  杨轶凡，江道灼，阮闯，陈杰涛，朱乃璇

  电力建设. 2019, 40(3): 85-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.011

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  微网群是未来微网并网的发展方向。对此，课题组提出了一种适应于微网大规模应用的智能化结构，即蜂巢状有源配电网拓扑。基于此拓扑研究其优化调度问题，首先对该拓扑结构及其中的有源微网与智能功率/信息交换基站进行说明。接着，采用基于一致性约束的分布式优化方法，将蜂巢状配电网分解成多个区域，并推导了蜂巢状配电网优化数学模型。然后，考虑经济和可靠性等指标选取了运行成本最小化为优化目标，采用MATLAB/YALMIP/IPOPT商业求解器求解所建立的优化模型。最后，以7个微网组成的蜂巢状配电网为例，对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明，并分析了蜂巢状配电网的应用对微网群经济性和可靠性的影响。
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  降低双有源桥DC-DC变换器回流功率的双移相控制策略

  高选杰，苗虹，曾成碧

  电力建设. 2019, 40(3): 94-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.012

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  为减小双有源桥DC-DC变换器中的回流功率，对双有源桥DC-DC变换器进行数学分析，推导回流功率与传输功率、电压转换比的关系。针对传输功率的大小进行分段优化，得出各范围内的最优移相角，从而提出一种能减小双有源桥DC-DC变换器回流功率的改进双移相控制策略，该策略能在一定传输功率范围内满足软开关条件。在MATLAB/Simulink仿真平台上进行仿真实验，仿真结果表明，与传统的单移相相比，所提出的双移相控制策略能明显降低回流功率，并能在一定的传输功率范围内实现回流功率为零。
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  DG出力不确定性对交直流混合系统潮流影响的量化分析方法

  徐晨博，周志芳，高佳宁，王坤，袁翔

  电力建设. 2019, 40(3): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.013

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  交直流混合系统可以有效接纳多种分布式电源（distributed generation，DG），为研究DG出力不确定性对交直流混合潮流的影响，提出了基于齐诺多面体和线性化潮流的量化分析方法。首先采用齐诺多面体建立DG功率注入的不确定集合，随后通过线性化交直流统一潮流模型，得到了状态量的不确定集合，其包含电压、相角等状态量所有可能的取值，从而分析系统在不确定条件下的运行安全性。文章将所提方法运用在含不同控制方式的交直流混合电网算例中，验证了所提方法的有效性和实用性。
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  基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究

  傅庆燕，高亮，裴翔羽

  电力建设. 2019, 40(3): 109-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2019.03.014

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  直流线路保护是高压大容量柔性直流电网亟需解决的关键问题之一。针对目前的通信技术难以满足传统行波差动保护对高速采样数据的实时传输要求这一突出问题，文章提出了基于等效行波的柔性直流电网差动保护方法。作为单端量主保护的后备保护，该方法仅利用少量能表征原故障电流行波关键信息的模极大值进行数据交互，在线路两端重构出能完美复现原故障电流行波的等效故障电流行波，不但大大减少了构造行波差动保护判据所需的通信数据量，而且可实现柔性直流电网故障区域和区内直流线路不同类型故障的可靠、快速识别。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了四端环形柔性直流电网，对所提的基于等效行波的柔性直流电网差动保护方案进行了仿真验证。