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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随着电力系统规模不断增大,电力系统量测数据呈现快速增长趋势。然而海量数据的采集、测量、传输和存储等过程均可能出现数据缺失问题,从而威胁电网安全。针对电力系统量测缺失数据问题,文章提出了一种基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络的缺失数据恢复方法。首先,基于LSTM网络具有提取电力系统量测数据时序规律的特性,提出一种双层全连接LSTM网络模型,利用已知数据建立对缺失数据的映射。其次,为提高系统不同数据状态下的恢复精度,提出了一种随机森林状态辨识方法和考虑缺失数据位置的恢复策略。最后,利用仿真数据和实测数据验证该方法的有效性和准确性,结果表明该方法无需系统拓扑参数即可显著提高电力系统量测数据质量。
基于数据驱动的电网异常数据辨识方法已成为电网安全领域研究的重点,由于实际电力发电统计数据中异常数据样本数极少,给通过数据挖掘方法辨识异常数据情况带来了极大困难。文章提出了一种基于Wasserstein生成式对抗网络(Wasserstein generative adversarial networks, WGAN)和孤立森林算法(isolation forest,iForest)的发电统计异常数据辨识方法。首先,利用WGAN交替训练生成器和判别器学习发电统计数据的分布特性并生成样本,用生成异常样本对原始异常样本进行增强,根据异常数据辨识精度确定异常样本的扩充比例;然后,在扩充后得到的平衡数据集上利用孤立森林算法实现异常数据辨识;最后,通过扩充样本前后模型的准确率、查全率以及查准率来比较模型异常数据的辨识效果。算例结果表明,文章提出的异常样本增强方法能够有效地改善辨识模型对于多数类的分类偏好问题,提升整体辨识精度。
针对当前对于强化学习在需求侧能量管理及用户侧需求响应等方面应用的可行性亟待进一步探索等问题,文章提出了基于强化学习的建筑集群需求侧能量管理方法。首先,以建筑集群为终端用能负荷载体,构建了建筑集群需求侧能量管理框架;其次,基于智能建筑的相变虚拟储能特性,构建了一种新的智能建筑热阻-热容(R-C)热平衡模型以及用户灵活性负荷模型,并结合Q学习算法,构建了基于强化学习的需求侧能量管理模型;最后,通过实际仿真算例,对需求侧能量管理结果以及算法的性能进行了对比分析,从而验证文章所提理论方法的有效性与实用性。
对于燃煤机组占比较高的国家而言,实施灵活性改造是增强电力系统灵活性的关键手段之一。然而,机组改造后系统角色及运行方式均发生了转变,原有的建模方法及调度策略已不适用。基于此,文章提出了一种考虑火电差异化灵活性改造的电-热集成系统优化调度方法。首先,对比分析了2种类型火电机组灵活性改造的相关技术及特点,采用顶点凸组合法对纯凝机组多阶段调峰、热电联产机组多模式运行过程进行统一建模。其次,以系统总运行成本最小为目标函数,以电热平衡、机组运行模式、机组爬坡和启停为约束,建立了电热集成系统优化调度混合整数规划模型。最后,通过算例对模型的有效性和适用性进行了验证。结果表明所提模型可大幅提升系统风电消纳能力,降低系统运行成本,可有效缓解“三北”地区电网调峰压力。
为了在确保配电网安全、稳定运行的同时,促进配电网分布式光伏消纳,文章提出了一种主动配电网分布式光伏最大准入容量计算方法。以最大化分布式光伏准入容量为目标,计及系统潮流方程、节点电压、支路电流等多个电气约束,采用有载调压、无功补偿、储能充放电、网络重构、负荷削减等主动管理措施和需求侧管理措施,提升了“源荷”不确定性最不利条件下分布式光伏最大准入容量,建立了二阶段鲁棒优化模型。将原模型分解为主问题与子问题后,转化为混合整数二阶锥形式,使用列与约束生成算法求解。在改进的IEEE 33节点算例上对模型与算法的有效性进行检验,得到了主动配电网分布式光伏最大准入容量,并验证了主动管理与需求侧管理对其的提升作用。
能源互联网通过横向的多能互补和纵向“源-网-荷-储”的高度协调实现能量的高效利用,被视作未来智能电网的发展形态。为评估多元储能配置在区域能源互联网(regional energy Internet,REI)多能协同优化中产生的效益,首先对区域能源互联网的架构进行了分析;接着以多元储能模型、多能耦合设备模型和能源路由器(energy router,ER)模型为基础,构建了多能耦合的储能系统模型;然后从峰谷差效益、环境效益和降低能量损耗效益3个方面提出了储能的效益评估模型,并给出了相应评估指标;最后以一个含电、气、热负荷的商业型REI为算例进行了储能效益计算,分析了不同容量与不同类型的储能配置对REI产生效益的影响,同时验证了所提指标的有效性,为REI中储能的配置与相关市场机制的建立提供了指导。
能源互联背景下,可再生能源发电的增长与交直流特高压互联是我国电网的重要发展趋势,使得系统的事故备用与净负荷功率波动的备用需求显著增加。同时,负荷侧、储能及网间备用资源将成为传统常规电源备用的重要补充。国内当前基于“两个细则”的辅助服务分类与管理模式将难以适应未来电网运行备用的管理需求。为此,文章提出了基于功率平衡控制过程的备用分类,明确了各类备用的响应时间与持续提供时间,从而有效兼容源、网、荷、储各类备用资源,并对各类资源可提供的备用类型进行了讨论。文章进一步提出了市场化的备用组织建议,并讨论了新备用体系的实施所面临的若干问题。
换相失败是高压直流输电系统最常见的故障之一,对换相失败的有效预测有利于交直流系统的安全稳定。但是,与首次换相失败相比,后续换相失败机理较为不明,影响因素更加复杂,当前研究尚难以实现对后续换相失败的有效预测。因此,文章提出了一种基于数据-物理融合模型的后续换相失败预测方法。基于对换相过程的机理分析,首先将电力系统固有响应形式进行时域-频域转换,得到考虑电压谐波的换相电压预测值。然后,基于叠加定理计算直流电流,从而实现对熄弧角的预测。为进一步提高预测精度,将与熄弧角相关的电气量作为输入特征,建立基于数据驱动的预测误差修正模型,对机理分析得到的熄弧角预测值进行校正。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建测试系统,结果验证了文章所提方法的有效性。
高比例间歇性新能源的接入,给配电网稳定带来了极大的影响,文章提出一种基于双层控制提高配电网电压稳定性的控制策略。双层控制分上下层执行,上层稳定电压,确定各节点电压满足安全运行条件和电压偏差最小时储能电站群总有功/无功功率;下层优化分配上层运行结果,考虑电网运行经济性及新能源利用率,对各储能电站进行功率分配。控制过程分时间尺度执行,并将运行结果上传至储能检测控制模块,此模块再根据各储能电站的实时状态最终确定各储能单元的工作模式及功率分配。在IEEE 33节点系统中对提出的控制策略进行验证,利用粒子群算法计算储能功率分配结果,结果证明,基于时间尺度的储能电站双层控制策略合理、有效。
光伏和储能技术的快速发展,为“新基建”背景下大规模充电桩接入电网提供了可靠支撑。考虑到城市充电站配置光伏以及储能系统,文章提出了光储容量优化配置方法。首先,基于储能系统的充放电特性,融合储能容量衰减、寿命损耗、动态效率特性,建立了动态的精细化储能模型。然后,在精细化储能模型基础上,以充电站成本最小化为目标建立混合整数非线性模型(mixed integer non-linear programming, MINLP),并通过分离变量转化为双层规划模型,外层利用遗传算法全局寻优,内层转化为线性规划模型求解,最终确定充电站的最优光储配置容量。最后,通过算例对模型进行仿真,仿真结果证明了模型及其求解方法的可行性,能够为电动汽车充电站的光储容量配置提供参考。
提出一种基于电动汽车出行链的私家电动汽车(electrical vehicle,EV)参与电网调控能力的评估方法。由用户出行链的特征,从工作日和非工作日两种情况对私家EV的出行链进行模拟,得到EV在城市各类功能区的空间分布变化特征;考虑影响EV参与电网调控的关键性因素,以电动汽车荷电状态约束和功率约束建立单辆私家EV参与电网调控的能力模型,进而建立集群EV在不同城市功能区的调控能力模型。最后通过仿真分析,对工作日和非工作日的私家EV调控能力进行评估和对比,并着重考虑私家EV参与调控意愿下的调控能力变化。仿真分析结果表明,私家EV的调控能力变化与某城市功能区EV数量变化相关,用户参与意愿比例的下降使得调控能力水平整体下降,但变化特征仍以EV时空分布变化特征为主导。
混合多端高压直流输电系统结合了传统高压直流输电与柔性直流输电技术的优势,在降低经济成本的同时可实现大容量功率输送、故障穿越与抑制换相失败等功能,是未来电网发展的重要趋势之一。但是混合多端直流输电系统拓扑相对复杂,且全控型电力电子设备耐过流能力较弱,即故障后需保护装置快速可靠地识别故障区间。因此,提出一种基于暂态电流故障分量相关系数的混合多端高压直流输电线路保护策略,只须测量T接汇流母线3个端口各自的暂态电流故障分量并计算相关系数即可准确识别故障区间。仿真结果表明,所提保护方案无需通信,保护装置能在1 ms内动作,能耐受300 Ω过渡电阻与20 dB白噪声的干扰,可较好地满足混合多端高压直流输电系统的保护需求。
多馈入直流输电系统受端换流站电气距离近,直流系统与交流系统之间、直流系统与直流系统之间相互作用也更为复杂。当交流系统较弱时,故障恢复期间提供的无功支撑不足,容易引起多回直流系统发生后续换相失败。配置无功补偿装置,优化控制环节参数等措施均有利于改善直流系统的故障恢复特性。基于此,提出一种抑制多馈入直流系统后续换相失败的低压限流单元参数优化策略,利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)输出的无功大小来衡量直流系统恢复程度,并将STATCOM输出的无功功率和直流电压相结合作为输入信号,随故障发展过程自适应调整低压限流单元输入输出特性,降低系统发生后续换相失败的概率。在PSCAD/EMTDC中搭建含STATCOM的双馈入直流输电系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。
针对三相三桥臂拓扑离网逆变器电压不平衡的问题,提出一种结合虚拟阻抗的分数阶比例积分(proportional integral,PI)-准比例谐振不平衡电压控制策略。在dq旋转坐标系下,设计分数阶PI对基波正序分量跟踪控制,准比例谐振对基波负序分量跟踪控制,从而实现电压正序和负序独立控制。由于分数阶PI与准谐振控制带宽不同,该复合电压控制器不需要电压正负序分离,降低了程序的复杂度,避免了分离带来的延时、精度下降等问题。考虑到线路阻抗上不平衡电压降落对公共母线电压的影响,设计负序虚拟阻抗以减小总负序阻抗,从而实现公共耦合点三相电压平衡。最后通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性。
绝缘子污秽闪络是电力系统不可忽视的灾害之一,绝缘子污秽局部放电声信号可以有效反映绝缘子接近污闪的“危险情况”。首先,在人工污秽实验室内进行大量试验,模拟不同可溶污秽附着密度(soluble contamination density,SCD)、不同灰密对玻璃绝缘子声发射信号的影响。之后,提取了污秽放电声发射信号2个典型特征量并分析了其变化规律。然后,建立了基于广义回归神经网络(general regression neural network,GRNN)的绝缘子外绝缘危险度预测模型,提取7个有效声发射特征量作为GRNN模型的输入,以绝缘子污秽闪络的危险度系数作为输出,得到不同可溶物、不同SCD下的预测结果。结果表明:基于声发射特性的GRNN预测模型准确性较高,声发射特征量的变化受到SCD的影响较大,SCD越低,特征量随机性变化越大,GRNN模型的预测准确性随之降低。所提模型为不同污秽度地区采用声发射测量法监测绝缘子外绝缘状况提供了可信度参考。
