中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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子模块电容用量是影响模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)体积和成本的关键因素。提出了以单位容量额定储能值作为MMC电容用量的统一的衡量与直接设计指标,建立了直接描述MMC所需额定储能值与电容电压波动率之间关系的标幺化计算模型,使不同额定参数MMC的电容用量的衡量、计算和分析可以得到统一和简化。与以子模块电容值作为分析和设计指标的传统方法相比,MMC额定储能值标幺化计算模型去除了多种参数对计算过程的影响,揭示了基准调制比和输出功率范围是影响MMC额定储能值的关键因素。基于所提出的额定储能值标幺化计算模型,对MMC额定储能设计值随基准调制比和功率输出范围的变化规律进行了详细分析,为MMC电容用量的设计和优化提供了明确的依据。数字仿真和物理试验结果验证了所提方法的正确性。
直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)是提高直流电网安全稳定运行的关键设备。针对现有的DCCB投入的数量多导致成本过高、短路故障时电流过大、避雷器吸收能量过多等问题,提出了一种新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑(multi-port DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构研究其性能,对新型拓扑的工作原理、故障分断过程进行理论分析,并给出相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型,并进行验证。与常规DCCB方案相比,故障电流减少了48.6%;避雷器上吸收能量、关断电流和关断时间分别减少了54.8%、52.4%和0.8 ms。该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑可适用于当前直流电网。
针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。
传统的电力市场交易方式主要是由电力调度交易机构根据市场需求及供需计划,通过集中的方式将发电厂的发电量调度给用电方。随着我国分布式能源的高速发展,并网需求急剧增加,集中调度处理速度成为发展瓶颈。采用分布式能源交易可有效解决此类问题。而区块链具有节点对等、去中心化,数据公开透明等特点与分布式能源交易的诉求相吻合。文章针对分布式能源交易集中调度处理可靠性低,速度慢的问题提出了基于多链协同区块链的分布式能源交易方法。该方法根据地区分片划分从链并行处理交易的方法,解决了采用区块链系统交易速度缓慢的问题。将有用工作量证明机制与电力匹配调度算法有机结合起来,提出了分布式能源交易矩阵策略,在维持了去中心化的同时解决了工作量证明机制算力浪费问题。
为保障区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)中多元能源主体的信息安全与涉密隐私,满足终端用户电/热等多维度用能需求,提出了一种面向ICES的分布式优化调度方法。首先,分别对ICES中配电系统、配气系统及耦合系统进行建模,并采用合适的数学方法对模型进行线性化处理;其次,以系统运行成本最小化为目标,通过引入共识变量实现对ICES优化调度问题解耦,并给出适用于ICES多元能源主体接入的分布式优化调度算法;最后,采用一个典型的ICES算例对所提方法进行验证。结果表明,基于文章所提方法得到的优化调度方案与采用集中式优化调度方法所得方案一致,能够在满足不同能源系统的运行约束,实现ICES经济最优运行的同时,保障ICES中多元能源主体的信息安全与涉密隐私。
配电网分区规划能够实现配电网规划由大到小、由繁到简,独立的网格规划能避免配电网集中规划计算量过大的问题。基于配电网网格划分结果,提出一种考虑地理信息系统(geographic information system, GIS)信息的城市配电网格动态投资策略。首先,建立基于Matlab-OpenDSS的配电网投资仿真方法,其中Matlab生成配电网投资策略,OpenDSS搭建配电网格物理模型,并通过计算相应的投资指标校验投资策略的可行性。其次,明确配电网规划投资的目标函数及其周期数。然后,采用NSGA-Ⅱ算法优化求解出兼顾配电网规划方案多目标需求的各周期最优投资策略,下一周期的投资依托于上一周期的最优投资方案进行测算,从而使配电网动态投资更加符合配电网实际投资与建设流程。所提方法将多个规划评估指标加入目标函数,可提升投资策略的经济性、可行性;同时,利用动态规划将总的投资周期分成多个短期过程,更契合投资规划需求。最后,以某城市配电网格作为算例系统验证了所提方法的可行性。
在推进我国新一轮电力体制改革和建设全国统一电力市场的背景下,为了打破省间壁垒,缓解现行区域电力市场部分省份因备用容量不足和源荷逆向分布而存在的电力紧缺或“三弃”问题,引入备用共享机制和联络线协调优化的运行方式,构建了包括安全约束机组组合模型和安全约束经济调度模型在内的区域电力现货市场电能与备用联合出清模型。通过考虑备用共享的区域电力现货市场电能与备用联合出清,实现了电力资源在更大范围的优化配置,有效提高了系统运行的经济性和可靠性。以两个互联的IEEE 30节点系统模拟区域内两省间电力市场交易,验证了所提模型的正确性和有效性。
针对含风电、光伏、火电和抽蓄联合系统中抽水蓄能电站的容量配置问题,构建了联合系统双层规划模型,并提出了求解流程。上层模型以弃风、弃光电量之和最小为目标,确定抽水蓄能电站的容量配置问题,下层模型旨在最大化联合系统的经济效益、环境价值,同时改善系统运行条件,解决抽水蓄能电站的运行调度问题,上下层目标采用基于Tent映射混沌优化的改进灰狼算法进行求解。通过对某地区冬季和夏季2个典型日场景进行仿真分析,验证了模型与算法的有效性,结果表明,所构建的双层规划模型对科学确定联合系统中抽水蓄能电站的容量是有效的,并在满足运行调度优化的条件下,能够改善系统运行条件,实现经济效益与环境价值最大化的预期目标。
大容量特高压直流输电技术为送端电网清洁电能的远距离跨区消纳提供了有效手段,但随着直流馈出数量和容量的增加,“强直弱交”矛盾凸显,直流闭锁故障后的频率稳定问题会对送端电网造成较大威胁,制约送端电网直流馈出能力的进一步提升。为有效量化送端电网直流极限馈出能力、辅助评判目标网架适应性,提出了一种计及频率稳定约束的单回直流极限馈出能力评估方法。首先,对大容量直流双极闭锁场景下送端电网的频率稳定特性进行分析,构建暂态频率指标与直流闭锁量之间的解析表达式。进而,协同考虑稳控切机和直流紧急功率支援等电网第二道防线紧急控制措施,评估频率稳定约束下送端电网可承载的单回直流极限馈出容量。最后,基于四川省电网2030年规划系统进行算例分析,结合BPA软件仿真验证所提方法的有效性。
直流配电网以其高效消纳直流电能的优势,成为未来分布式电源并网的重要方式。但是交流配电网发生非对称故障会引起与其互联的直流配电网电压波动,从而危害直流配电系统的正常运行。为此,首先,分析了交流配电网发生单相接地故障情况下有功功率和直流电压波动的特性,推导给出了滤波电感上瞬时有功功率的表达式,并指出了滤波电感上的瞬时有功功率是导致直流电压波动的重要原因。其次,提出了一种改进锁相环对正序电压的相位进行跟踪,所提方法仅对传统锁相环的补偿器进行重新设计,原理清晰,易于实现。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了典型的双端交直流配电系统仿真模型,验证了理论分析正确性及所提控制方法的有效性。
针对配电网规划领域负荷数据挖掘问题,基于实际数据,应用隐马尔科夫模型算法,建立空调负荷挖掘及需求侧响应评估模型,将空调负荷从用电数据中分离,准确描述需求侧响应限值。以配电系统折算到年的总成本最小为目标函数,提出扩展规划模型并进行求解,最后通过IEEE 33节点算例对模型有效性进行验证。结果表明,所提数据挖掘算法能够有效挖掘用户需求侧响应潜力,有利于优化配电网规划方案,降低系统总成本,延缓配电网扩展投资,提高配电系统整体经济性,对配电网规划具有重要的现实意义和作用。
为了降低居民日负荷曲线峰谷差,提高居民参与电网需求响应的积极性之前,文章基于分时电价和激励机制,提出双层模型实现家庭能量的优化调度。该模型以需求侧响应为手段,以家庭能量优化为策略,实现供电端与用电端的互动,刻画出电价、激励机制与用户用电行为之间的交互关系。外层模型在分时电价的环境下,采用模糊C-均值聚类算法(fuzzy C-means algorithm, FCM)对用户用电情况进行分析,以日负荷曲线削峰填谷为目标,设计包含激励补贴和峰谷系数的电力套餐。内层模型基于电力套餐实现家用电器的智能管理,模拟实施套餐前后的居民日负荷曲线,实时调整用电计划,使用户日负荷曲线满足电力套餐中的峰谷系数。通过仿真验证双层优化模型有效降低了用户日负荷曲线的峰谷差,且设计的电力套餐在用户侧有一定的实用性,有利于用户更加积极地参与电网的优化调度,满足电网削峰填谷的要求。
构建高效、低碳、可靠的综合能源系统是推动能源消费革命、促进能源可持续发展的有效手段,因此,综合能源系统最优能流问题一直以来受到学术界和工业界的广泛关注。文章提出了一种新的电-气互联多区域综合能源系统最优能流计算方法。首先,以经济性最优为目标,建立电-气互联综合能源系统最优能流模型。其次,针对交流潮流约束与气压气流约束等因素所引入的模型非凸项,利用二阶锥松弛将原模型进一步转换为综合能源系统最优能流凸优化模型。再次,计及多综合能源系统区域间能量信息交互,提出一种基于自适应步长交替方向乘子法的集中-分布式多区域综合能源系统最优能流计算方法。最后,通过仿真算例验证了所提最优能流计算方法的有效性和准确性。
负荷频率控制(load frequency control, LFC)是维持电力系统安全稳定运行的基础。对于多区域互联电力系统,由于描述动态过程的微分方程组相当复杂,这给负荷频率控制器的设计带来了困难。在此背景下,针对多区域互联电力系统,提出基于交替方向乘子法 (alternating direction method of multiplier, ADMM) 的分布式最优负荷频率控制器设计方法,以取得良好的控制性能,同时具备较高的计算效率。首先,介绍了负荷频率控制问题的微分方程模型。之后,基于二次多项式和矩阵稀疏化构建了分布式最优LFC策略的数学模型,并采用ADMM求解。最后,以三区域互联电力系统为例对所提方法进行了验证。仿真结果表明,针对负荷扰动和时变参数,所提方法能够把各区域的频率偏差和区域间联络线上的功率偏差控制到0。
