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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传统发电权交易模式下,交易价格需要满足一定的条件才能驱动自备电厂参与新能源消纳,无法充分释放自备电厂的调峰潜力,且在中心化交易系统下,存在运维成本高、交易效率低等问题。为此,文章提出了自备电厂的能量存取服务模式,扩大新能源消纳空间,并采用去中心化交易机制提高交易效率。同时,构建了去中心化的交易撮合模型,以新能源最大化消纳和能量存取服务费用最小为目标,综合考虑电厂企业利益、机组电量空间、新能源消纳需求及电网安全等约束条件,对发电权和能量存取交易进行配比优化。算例分析表明,自备电厂通过提供能量存取服务,能够有效提升新能源的消纳量,提高市场整体的经济效益,为完善新能源消纳机制提供有益参考。
随着综合能源系统推广,多能源供给-传输-使用耦合程度加深,用户用能形式逐渐多样化,能源市场改革形成的零售市场内涵不断丰富。传统单一能源独立供给-定价的零售市场不能有效引导用户用能、提高系统经济性,综合能源系统零售市场的定价策略亟待研究。计及用户多能负荷、现货价格的随机性和用户需求响应提出基于风险价值(value at risk, VaR)理论的综合能源园区零售最优定价方法,并建立了静态零售定价-日前优化调度两阶段模型,研究了综合能源服务商的静态零售定价最优策略。第一阶段为计及日前阶段用户负荷、现货价格随机性的零售定价优化模型。第二阶段为第一阶段最优零售价格下的日前优化调度模型。最后采用粒子群-线性规划算法对所提两阶段模型进行迭代求解。算例结果表明,基于VaR的零售定价方法可以有效降低综合能源服务商参与零售市场的风险。
单个微网应对各类分布式电源出力不确定性的能力有限,区域内多微网进行功率交互是提高可再生能源就地消纳率的有效手段。然而传统集中式交易平台存在平台运维成本高、资金结转不及时、交易信息不透明等问题。在此情况下,以区块链的分布式数据存储和点对点交易技术为基础,设计了多微网电能交易智能合约辅助微网决策。在多微网交易市场能量协调体系下,微网首先采用可调鲁棒优化制定考虑可再生能源出力不确定性的调度方案;其次调用多微网交易市场判定智能合约判定市场交易模式;然后基于智能电表完成自适应定价并调用分布式交易智能合约完成交易匹配;最后把交易匹配结果作为单微网可调鲁棒优化的输入循环探索可行解。最终选出了经济性较好的解作为微网在最恶劣分布式电源出力场景下的微网日前经济调度方案。通过算例验证了所提区块链辅助决策下微网日前鲁棒经济调度方法的有效性。
可再生能源的大力发展对于优化我国的能源结构,促进能源的可持续发展有重大意义。为促进可再生能源的并网消纳,使可再生能源参与电力市场是一种有效途径。然而,可再生能源的发展依赖于有效的激励机制,现有可再生能源激励政策需要政府的管控,在市场化改革逐渐深入的情况下不能长久适用。针对上述问题,构建了适合可再生能源的分散式电力市场架构,提出了一种完全市场化的可再生能源激励机制,并分析了发电商的出力决策行为。仿真结果表明,所提市场架构和激励机制能有效促进可再生能源参与市场出清。
随着清洁可再生能源产业的迅速发展,现有的能源架构难以满足能源产消的需要,一场能源行业的革新势在必行。能源互联网作为一个学术与工业界看好的下一代能源基础设施的发展方向,受到广泛关注,其开放、互联、对等、分享的基本特征为未来能源发展勾勒出一个丰富的愿景。然而,现有成熟的信息技术方案从设计思想到工程实施无法全面满足能源互联网的特征需求。区块链作为一种正在快速发展的技术,具有分布式、平等、安全、可追溯等特性,与能源互联网的设计思想高度契合,有望成为能源互联网落地的关键技术。能源区块链是区块链与能源行业结合的产物,其可以为能源互联网的各个层面提供安全保障和价值支撑。文章通过定位能源互联网中电力交易区块链中的关键技术,综述了现今能源电力交易区块链在共识机制、交易与智能合约设计、安全机制和其他领域技术等方面的研究进展,并结合研究现状进行了讨论与分析,探讨了目前各项技术领域存在的问题,以及未来可能的研究方向,为能源区块链的进一步研究与落地提供参考。
目前电动公交车的渗透率较大,且充电频率和充电量较高,故而其充电负荷对电网运行与调度产生着不可忽略的影响。因此,电动公交车的充电负荷预测研究具有重要的理论与现实意义,但由于公交车间歇性与随机性的充电行为在时间上给充电负荷预测增加了难度。为此,提出基于谱聚类和长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络的电动公交车充电负荷预测方法。首先,利用考虑距离与形态的谱聚类,对充电负荷曲线进行聚类;其次,综合考虑影响充电负荷的关键因素,如温度、日类型等,利用不同簇的总充电负荷,分别训练LSTM神经网络的模型参数,并预测每簇的充电负荷;接着,对不同簇的预测结果求和即可得到预测日的总充电负荷;最后,通过利用某市实际数据,验证本文所提方法。结果表明,所提方法充电负荷预测结果的平均绝对百分误差(mean absolute percentage error, MAPE)在11%以下,预测准确度有所提升。
研究电动汽车充电负荷特性是推进电动汽车接入电网的基础,电动汽车充电负荷在时间和空间上具有随机性。文章充分考虑城市不同功能区的特性,提出了一种基于改进重力模型的电动汽车负荷时空分布建模方法。首先,确定电动汽车的类别与出行特性,并进行城市功能区划分;其次,依据改进的重力模型获取城市各时段各区域的出行矩阵,得到电动汽车入网的时空分布;最后,抽取电动汽车的出行里程,结合电动汽车充电方式与充放电的荷电状态模型,建立电动汽车负荷的时空分布模型。算例分析表明,不同类别功能区之间的负荷分布与各区域吸引力相关且存在较大差异,同一类别功能区中位于城市中心地区的负荷较高。算例通过设置不同场景,分析不同因素对充电负荷分布的影响,验证了所提模型的准确性。
随着电动汽车的快速增长,大规模电动汽车充电具有随机性、时空耦合性的特点,对配电网运行电压造成越限风险。通过基于价格的需求响应,引导电动汽车在大时空范围有序合理地充电成为重要的技术手段。文章研究基于数据驱动的电动汽车充电站需求响应特性及其参与配电网运行优化调度问题,首先提出单体电动汽车充电模型和计及交通网络拓扑结构的电动汽车行驶特性,建立了区域电动汽车充电站负荷需求响应计算方法;在此基础上,提出了基于LSTM深度神经网络的电动汽车充电站需求响应模型封装方法,得到电动汽车充电站充电成本和充电功率响应之间的映射模型;接着,构建了考虑电动汽车充电站需求响应的区域配电网电压运行优化模型,并采用粒子群算法进行求解;最后,通过对包含3个充电站的33 节点系统的算例对比分析,验证了所述电动汽车充电站需求响应及其参与配电网优化运行方法的有效性,为数据驱动方法解决电动汽车充电和需求响应问题提供借鉴。
随着电动汽车的普及,大量的无序充电行为给配电网可靠性带来负面影响。文章建立了考虑需求响应和路-电耦合特性的配电网可靠性评估模型,准确预测电动汽车时空分布负荷并对其进行调度,改善可靠性指标。提出了路-电耦合模式结构及时空负荷预测框架;建立了路网模型、用户模型、考虑需求响应的充电负荷补充模型,得到电动汽车负荷时空分布;基于双向层级结构、启发式削减策略对电动汽车接入的配电网可靠性进行评估。以某区域路-电耦合网为例,分析了该区域电动私家车充电负荷时空分布情况并对考虑需求响应、路-电耦合特性的配电网可靠性进行了评估。各种场景下的仿真结果验证了文章模型的有效性以及需求响应对可靠性指标的优化作用、路-电耦合特性对可靠性指标的恶化影响。
针对海岛微电网分布式电源和负荷的独有特性,以海岛系统运行经济性为目标,考虑新能源消纳因素,提出一种海岛微电网能量优化调度方法。首先在分析典型海洋能发电出力特性的基础上,建立了含风、光、柴、储、波浪能、潮汐能以及可控负荷的海岛微网能量优化调度模型;而后面向日前和日内2个时间尺度,采用CPLEX完成混合整数规划,利用日前调度计划与日内实时滚动推演结果比对,依据日内滚动计算结果修正日前调度计划,实现当日微网能量调度全局最优。算例分析表明,由于利用了日前和日内相结合的滚动计算方法,使对岛上源、荷的预测精度逐级提高,该优化调度方法在兼顾海岛微电网功率平衡和可再生能源利用率的同时,最大限度降低了海岛微电网运维成本。
面对能源危机和环境污染的难题,风力发电是有效的解决方式之一。与陆上风电相比,海上风电具有风资源更丰富、节约土地、年利用小时数高等优势,具有广阔的发展前景。集电系统是海上风电场的重要组成部分,影响着整个风电场的规划投资和可靠运行。首先,对交直流集电系统的拓扑结构以及断路器配置方案进行比较分析;其次,分别从经济性和可靠性角度对集电系统的优化设计进行了系统阐述;然后,概括了影响集电系统发展的关键设备及技术现状;最后,总结了集电系统面临的挑战并进行了展望。
针对大规模分布式电源(distributed generator, DG)接入配电网造成的电压越限问题,提出一种基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control, DMPC)的含分布式储能有源配电网动态电压控制方法,协调配电网中大量分布式光伏(Photovoltaic, PV)、储能(energy storage, ES)等可调资源,实现电压越限的快速动态恢复。首先,通过分析分布式光伏、储能等可控资源不同的动态过程以及配电网的电压灵敏度模型,建立计及分布式电源动态过程的配电网整体控制模型;考虑到配电系统整体规模大、控制设备多,为避免对通信可靠性要求过高,通过ε分解法将整体配电网模型分解为若干子网络,降低系统的耦合关系。其次,考虑各分布式光伏、储能的有功和无功功率出力约束以及容量限制,进行含约束的分布式模型预测控制设计,并转化为二次约束二次规划(quadratically constrained quadratic program, QCQP)问题优化求解控制指令,实现配电网电压越限的快速动态恢复。最后,通过基于IEEE-33节点配电网的仿真验证了所提方法的有效性。
随着电力市场的不断开放,分布式电源运营商作为新的利益主体进入市场,在主动配电网中由大量分布式电源运营商进行电源配置将成为未来的趋势。如何在电力市场环境下良好地运营,在进行电源优化配置时保证技术经济效益是分布式电源运营商面临的重要问题。针对此问题,文章对分布式电源运营商与配电公司之间的合作关系进行了深入分析,在分布式电源运营商的综合收益中考虑主动管理成本,计及运营期间配电公司实施的主动管理策略,构建了双层电源优化配置模型。上层以分布式电源运营商为主体,以综合收益最大为目标进行电源优化配置;下层以配电公司为主体,以分布式电源切除量最小为目标进行优化运行。建立联合概率场景以计及分布式电源出力及负荷的不确定性,采用改进和声搜索算法与基于过滤集合的内点算法进行模型求解。算例分析结果表明,文章所提双层电源优化配置模型符合电力市场现状,模型中主动管理策略与主动管理费用的引入实现了分布式电源运营商与配电公司的互利共赢,为分布式电源运营商的可持续发展提供了借鉴。
随着综合能源系统的发展,需求响应技术作为释放系统潜力的重要手段受到了越来越广泛的关注。文章提出了一种综合能源系统中的电力需求响应机制。首先,针对电力需求响应过程中存在的3个主体:电力系统运营商(grid operator,GO)、电力需求响应聚合商(electric response coordinator,ERC)、综合能源用户(integrated energy user,IEU)提出了一种交易架构;其次,以各主体运行经济性最优,基于博弈论构建了三主体交易模型;而后,提出了由于GO参与电力需求响应带来的可靠性提升等价经济收益在GO和ERC之间的收益分配方法,以及IEU参与电力需求响应带来的用电满意度下降等价经济成本在IEU和ERC间的成本分摊方法;最后,基于目标分析级联法(analytical target cascading, ATC)原理和NSGA算法对所提出的模型进行优化和求解,通过算例仿真证明了模型的有效性和合理性。
为了进一步推动中国电力现货市场的建设,考虑发电侧和负荷侧共同参与、公平竞争的市场化交易模式将是电力现货市场未来发展的趋势。鉴于国内现货市场需求响应的研究尚处于起步阶段,需求响应产品如何参与市场是亟待解决的问题,对此设计了一种适用于目前国内电力现货市场的计及激励型需求响应的交易机制和出清模型。首先分析了批发市场下激励型需求响应的参与方式,探讨相关的交易机制和响应效益评估方法;然后,根据参与用户的市场投标信息构造激励型需求响应的现货市场竞价模型,在能量与备用市场联合优化模式下提出计及激励型需求响应的市场出清模型。最后,通过IEEE-30节点算例对激励型需求响应的市场效益进行定量化分析,验证了所提方法的实用性和模型的有效性。
