2020年, 第41卷, 第2期　
刊出日期：2020-02-01

  

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  电力建设. 2020, 41(2): 0.

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虚拟电厂 ·栏目主持 胡泽春副教授、刘敦楠副教授、王宣元高级工程师·
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  计及需求响应的气电互联虚拟电厂多目标调度优化模型

  张军六，樊伟，谭忠富，鞠立伟，德格吉日夫，杨莘博，孙婧霞

  电力建设. 2020, 41(2): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.001

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  随着分布式能源渗透率的逐步提高，虚拟电厂技术逐渐成为解决可再生能源规模化发展的关键技术，文章重点研究气电互联虚拟电厂多目标优化问题。首先，文章将风电机组、光伏发电机组、燃气轮机、电转气设备、储气装置等集成为虚拟电厂，同时联动公共网络和天然气网络，负荷侧包括电力负荷、氢气燃料电池汽车负荷、天然气负荷，并在终端负荷引入需求响应技术进行调节。然后，以运行经济效益、削峰填谷效应、二氧化碳排放作为优化目标，结合功率平衡等约束条件，构建气电互联虚拟电厂多目标模型，通过为各目标函数赋权将多目标优化模型转化为单目标模型进行求解。最后，为了验证所建立模型的有效性和可行性，选取了某地区虚拟电厂作为算例进行分析，比较4种情景下运行结果。算例结果表明：1）所提气电互联虚拟电厂多目标优化模型能够实现经济性、稳定性、环保性多方面综合效益最优；2）电转气和需求响应具有协同削峰填谷效应，提高系统运行稳定性；3）电转气设备增加了清洁能源并网量，减小碳排放量；4）虚拟电厂与公共网络相连能够实现能量间灵活互动，有利于制定合理购售电策略优化虚拟电厂运行。
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  能源区块链的典型应用场景分析及项目实践

  周洪益，钱苇航，柏晶晶，卫志农，孙国强，臧海祥

  电力建设. 2020, 41(2): 11-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.002

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  区块链作为一种新兴的基础架构与分布式计算范式，具有去中心化、公开透明、不可篡改、可追溯等特点，与能源互联网的开放、对等、互联和共享特征相符合，有望推动能源互联网的进一步发展。首先详细归纳了能源区块链的研究现状，具体在分布式能源交易、阻塞管理与辅助服务、需求响应服务、碳排放权认证与绿色证书交易、数据管理与信息安全以及能源数字代币的发布与投资6类典型应用场景展开。其次，总结评述了每种应用场景对应的典型能源区块链项目。最后，对能源区块链在我国的发展前景进行了展望，并提出了相关的发展建议。
电力系统弹性与灵活性 ·栏目主持 文福拴教授、林振智副教授·
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  可再生能源跨区消纳的受端电网阻塞机理分析

  郭莉，吴晨，陈立，丛小涵，苗曦云，王蓓蓓

  电力建设. 2020, 41(2): 21-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.003

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  随着区外来电馈入和可再生能源并网，受端电网开始出现电源负荷分布不均导致的区域输电通道裕度不足问题，由于送端与受端电网电源与负荷特性的差异，调峰需求不同，区域间调峰互济将引起裕度不足的输电断面阻塞。文章针对华东某省受端电网出现的过江断面输电阻塞问题，分析了区外来电和本地可再生能源对系统调峰的影响，建立了南北调峰互济引起过江通道阻塞机理分析模型。算例模拟了系统总备用和平均备用方式下受端电网可能出现的2种阻塞情景，借助GOPT仿真软件对该省2025年规划态进行全年时序仿真进一步论证阻塞现象。通过全文的机理分析，最后提出可通过分区差异化分配备用、分区差异化配置调峰电源的方式来缓解区域输电阻塞问题。
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  计及补偿效果的需求侧资源调频辅助服务市场机制研究

  荆江平，杨梓俊，陆晓，沈运帷，王子健，宋杰，邵军军，李扬

  电力建设. 2020, 41(2): 30-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.004

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  随着智能电网的发展，需求侧资源参与调频已成为可能，如何量化传统自动发电控制（automatic generation control，AGC）机组与需求侧资源对系统调频的贡献，鼓励需求侧资源参与调频市场是当下亟待解决的问题。在考虑了传统AGC机组和需求侧资源不同的调频性能以及需求侧资源对传统AGC机组替代效果的基础上，建立了电能-调频联合市场出清与补偿模型。基于IEEE 14节点系统数据进行实证分析，仿真结果表明该模型可以大幅度提升需求侧资源在市场中的中标概率与收益，减少系统对调频备用容量的需求和购买费用。
智能电网
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  基于电力信息物理系统实时仿真平台的网络安全仿真

  孙平远，刘科研，齐冬莲

  电力建设. 2020, 41(2): 40-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.005

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  随着信息流和能量流耦合程度的不断加深，现代电力系统已逐渐发展成为信息系统和物理系统深度耦合的电力信息物理系统。传统的只对物理系统进行仿真运算的方法已无法保证其仿真分析的准确性。文章从仿真分析的角度，在对比分析现有仿真方法的基础上，进行仿真工具和配合模式上的改进，并进一步加入中间人环节，搭建了一种新的考虑网络攻击的电力信息物理系统（cyber physical power system，CPPS）实时联合仿真平台。最后，基于该平台，以负荷控制业务为例，研究了网络攻击对电力物理系统的影响，深入分析CPPS中信息系统与物理系统的深层次耦合关系，仿真验证了所提平台的有效性和实时性。
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  考虑时间相关性的电动汽车充电站负荷概率建模及场景生成

  蒋浩，林舜江，卢艺，何森

  电力建设. 2020, 41(2): 47-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.006

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  由于受到车主出行行为和交通路况等随机因素影响，电动汽车(electric vehicle， EV)充电站负荷具有很强的随机性。建立描述EV充电站负荷随机性的概率模型，对配电网的安全运行分析具有重要意义。以EV充电站一天负荷曲线中每个时段的负荷为随机变量，依据历史数据，选择拟合精度最高的通用分布函数建立每个单时段负荷的概率分布模型。由于EV充电行为的持续性，相邻时段充电站负荷具有相关性。先根据各时段负荷的相关性将一天96个时段分为若干个连续时段集，每个连续时段集里面多个相邻时段负荷之间的相关性较大，再采用Pair-copula方法以D藤结构建立每个连续时段集里面多个相邻时段负荷的联合概率分布模型。基于Pair-copula联合概率分布模型抽样生成计及相关性的一天各个连续时段集的负荷场景，并采用波动趋势和波动大小作为表征生成负荷场景波动性的指标来衡量所生成场景的合理性。最后，以深圳市某EV充电站的实际历史数据为例，验证了所提出方法的有效性。
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  电-热互联综合能源系统潮流计算的数值方法

  荆江平， 吴奕，胡伟，陆晓，王文学，卫志农，孙国强

  电力建设. 2020, 41(2): 58-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.007

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  现有热网潮流计算方法均通过解非线性方程组来获取各状态变量，进而可得网络热损耗，且通常在潮流计算前无法得知网络损耗。文章严格推导出辐射型供热网络总损耗公式，可在潮流计算前求得总供热损耗，进而得到各管道流量与节点温度，通过电-热耦合组件可获得电网潮流结果。测试算例由23节点热力网以及33节点配电网组成，仿真结果表明，所提电-热互联综合能源系统潮流计算模型在获得较快计算速度的同时可保证较高计算精度。
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  考虑综合承载力的主动配电网优化调度与运行

  戴松灵，王晞，刘方，雷云凯，欧阳雪彤，温丰瑞，李华强

  电力建设. 2020, 41(2): 67-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.008

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  随着风、光渗透率不断提高，其多重时序波动与不确定性给主动配电网优化调度工作带来了挑战。为提高主动配电网应对不确定性扰动的能力，提出一种考虑综合承载力的主动配电网优化调度方法。首先，从主动配电网资源充裕度和运行安全性两方面提出了综合承载力指标体系。然后，计及多种主动管理资源的协调调度，构建了考虑综合承载力的主动配电网优化调度模型。其次，引入图论“破圈法”对网架编码策略进行改进，并采用混合编码粒子群算法对模型进行求解。最后，基于改进IEEE 33系统设计算例验证了所建模型的科学性和有效性。
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  “Sen”变压器(ST)的稳态等效模型研究

  陈凯龙，宋洁莹，刘欣，张建坡

  电力建设. 2020, 41(2): 76-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.009

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  “Sen”变压器(Sen transformer， ST)是目前功能最强的电磁式统一潮流控制器。目前对ST的研究主要集中于电路拓扑和可行的控制方案，而对ST的建模研究较少，且尚无适用于理论计算和系统分析的ST等效模型。文章基于多绕组变压器的互感模型建立了ST的6端口数学模型，推导了ST的三序电压方程，得到了ST计及空载特性的三序等效电路。各序短路阻抗均可根据各序变比和绕组漏抗及电阻计算得到。在PSCAD软件中搭建了ST的仿真模型，进行了稳态潮流和短路电流的仿真计算。将等效模型计算结果与仿真进行对比，结果显示：两者吻合良好，线路电流最大相对误差不超过0.15%，从而验证了ST等效模型的有效性。
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  直驱风电机组全运行区域的次同步振荡特性分析

  高本锋， 崔意婵，邵冰冰，刘毅，赵书强

  电力建设. 2020, 41(2): 85-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.010

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  针对直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator， D-PMSG)并入弱交流电网的次同步振荡(subsynchronous oscillation， SSO)问题，现有研究多是在风机处于最大功率跟踪运行区域的情况下进行分析，未考虑恒输出功率等运行区域。建立了D-PMSG并入弱交流电网的小信号模型，进而采用特征值法对全运行区域下不同风速、不同输出功率时的次同步振荡特性进行分析，并建立了D-PMSG并入弱交流电网的PSCAD/EMTDC时域仿真模型，验证理论分析结果的正确性。结果表明：在最大功率跟踪运行区域，风速增大且输出功率为最大值时，次同步振荡阻尼增大；在恒输出功率运行区域，输出功率一定，风速增大，次同步振荡阻尼和频率基本不变；在全运行区域，相同风速下，输出功率越小，阻尼越小；在实际运行中，若电网限制D-PMSG的输出功率，降低系统的输出功率更适合采用切机措施，使得系统在发生次同步振荡现象时有更大的阻尼。
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  考虑模型病态性的智能电表运行误差分析方法

  陈昊，乔亚男，刘婧，李扬，杨挺

  电力建设. 2020, 41(2): 94-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.011

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  基于数据分析的低压台区电能表误差分析方法仅仅依赖于计量系统中台区计量数据，具有覆盖率高、快速便捷的优点，但受制于模型病态性而无法保证计算所得电表误差的精度。针对由病态性而导致的模型求解困难问题，文章从数据和求解算法两方面着手提高求解精度。通过设计基于贪心策略的数据优选算法，快速选取有利模型求解的数据；通过改进经典吉洪诺夫正则化算法，抑制解的波动，从而有效解决智能电表运行误差检定算法模型病态。以天津电网实际低压台区用电数据为算例，验证了所提方法能够有效提升智能电表运行误差检定算法的计算准确度，为实际的电能表检定维护工作提供科学参考。
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  户用型光储电站混合电池充放电控制策略研究

  陈景文，张文倩，李霞

  电力建设. 2020, 41(2): 101-1078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.012

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  针对光伏发电间歇性和用电负荷多样性等引起户用型光伏电站母线电压频繁波动的问题，设计了一种含混合电池储能的光伏电站结构，以光伏发电作为分布式电源，采用能量型电池和功率型电池构成混合储能系统。为实现光伏母线电压的稳定，提出了一种低通滤波器与模糊控制相结合的混合储能系统能量管理策略。首先将系统直流母线波动功率分为高频分量和低频分量；然后利用能量型电池处理低频分量，功率型电池处理高频分量，实现电站母线电压的稳定；最后在母线电压稳定的基础上研究2种电池能量的再分配，有效延长了能量型电池的使用寿命。为验证策略的合理性，建立系统仿真模型，仿真结果表明文章所设计的策略很好地抑制了光伏直流母线电压波动，使波动控制在1.25%之内。
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  基于事件触发的互联电网负荷频率模型预测输出反馈控制

  刘东明， 杨杨，王军波，史海涛，马鸿君，张虹

  电力建设. 2020, 41(2): 108-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.013

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  开放式通信环境不可避免地会导致通信延迟现象的产生，针对多区域负荷频率控制系统提出了基于事件触发的模型预测输出反馈控制方案。模型预测控制器通过延迟通信网络交换预测输入序列，构造Luenberger型观测器以提供传输到本地控制器的状态估计。此外，通过比较实际状态观测值与模型输出反馈控制器中使用的估计值之间的偏差来设计事件触发条件，扩展最大允许的时间间隔，从而减少通信资源的利用。最后，对四区域负荷频率控制系统进行仿真研究，结果表明在具有时变延迟和随机分组丢失的非理想通信网络中，所提出的方法能够提高系统的控制性能，并减少网络信息传输量。
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  基于模糊隶属度的充电站多目标优化调度

  钱科军，秦萌，宋远军，周振凯，刘乙，谢鹰，陈丽娟

  电力建设. 2020, 41(2): 118-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.014

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  为兼顾充电站运营商的经济效益与配电网的安全性，建立充电站内电动公交车参与车联网（vehicle to grid， V2G）的多目标优化调度模型。所建模型不仅考虑了电动公交车的出行需求，还考虑了充电站内车-桩的连接状态。由于模型的优化目标间相关性小，故采用模糊隶属度函数对其进行模糊化处理，并基于最大最小理论将多目标优化问题转化为以最大化满意度为目标的单目标优化问题进行求解。仿真结果在无序充电和参与V2G两种模式下对单目标策略和多目标策略进行比较分析，验证了文章所述电动公交车参与V2G的多目标优化调度模型的经济性和有效性。
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  基于AFSA的新型电力弹簧多目标电能质量优化控制

  邓玉君，周建萍，茅大钧，胡成奕，叶剑桥，方乐

  电力建设. 2020, 41(2): 125-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2020.02.015

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  电力弹簧（electric spring， ES）作为需求侧响应的一种新技术已经成为电力行业研究的热点。为充分发掘ES潜力，文章提出基于人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm， AFSA）的新型ES多目标电能质量优化控制策略，实现关键负载（critical load， CL）的电压、系统频率和非关键负载（non-critical load， NCL）功率因数的优化。首先提出一种新型背靠背型电力弹簧（back-to-back electric spring， B2B-ES）拓扑结构，实现负载侧供电侧功率双向流动稳定NCL电压范围。其次提出加权平均视觉范围和自适应拥挤度因子的改进AFSA，设计多目标优化函数提取负载侧NCL的电压值和系统频率等本地信息优化ES的控制信号，通过在线调整电力弹簧的补偿功率改善系统电能质量。经仿真验证，文章所提优化控制策略能够克服现有ES控制方法目标单一、实时性差的缺点，实现多目标电能质量实时优化。