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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“双碳”目标对能源领域和农业领域的节能减排提出了更高要求。农业能源互联网作为能源与农业深度耦合的产物,是实现碳中和的重要手段。提出一种面向农业能源互联网碳循环的核算方法以及计及农业柔性负荷及碳交易的农业能源互联网优化运行策略。首先,构建了农业园区内光伏、热电联产等碳排放核算模型。其次,以园区日运行成本最低为目标函数,考虑等式及不等式约束,构建优化调度模型。最后,以某园区农业能源互联网为研究对象对优化模型进行仿真,详细核算园区内碳排放情况,并通过与其他农业园区对比验证碳模型的正确性。结果表明,该优化调度策略可有效降低农业园区碳排放,实现碳中和。
确保发电容量充裕是电力系统安全运行和电力市场稳定的必要条件,是电力工业发展中需要解决的核心问题之一。随着全球能源电力低碳转型,电力系统发电容量充裕性面临着严峻挑战,国际上已实施多种容量机制。文章结合欧洲能源转型及电力市场化改革过程梳理容量机制的建设背景、发展脉络及现状,重点分析欧洲2019/943法案推荐近期适用的战略备用机制,及该机制在芬兰、德国、比利时的设计细节。双碳目标下,我国煤电将由主体电源转变为调节性、支撑性电源,亟需容量机制保障其安全平稳转型。文章梳理了我国煤电容量机制现状及问题,指出战略备用机制具有良好的适用性,分析设计实施该机制的关键问题,为国内容量机制建设提供了决策参考。
由于柔性直流输电系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当系统发生单极短路接地故障后,通过真双极接线方式可将故障极不平衡功率转带给非故障极。根据换流站的功率裕度将不平衡功率分为自消纳和协同消纳情况,针对自消纳情况,通过送端双极换流站间的功率转带即可实现故障穿越;针对协同消纳情况,设计换流站及耗能电阻间的协调控制策略,考虑到耗能电阻投入时长有限,采用后续风机切机的方式减少直流系统内不平衡功率。最后,通过PSCAD验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,该策略能有效避免故障范围的扩大,确保系统的安全运行。
直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。
直流断路器是解决柔性直流电网直流侧故障处理难题的有效手段,而混合式直流断路器是目前最为成熟的直流断路器技术路线之一。柔性直流电网直流侧故障发展速度快且过程复杂,研究该场景下混合式直流断路器的暂态电流特性对于断路器设计研制有着重要参考价值。在考虑短路故障后柔性直流电网真实控制保护逻辑和交、直流断路器动作时序的情况下,分析了直流断路器暂态电流流通路径的时变特性,推导了暂态电流各发展阶段的表达式,给出了断路器各支路暂态电流应力典型波形及柔性直流电网主回路参数对其影响规律,为直流断路器中绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件的选型和并联数设计提供了依据。同时,针对直流断路器主支路暂态电流应力严酷且尚无有效改善方法的问题,提出了一种基于换流站内阻尼电阻的直流断路器暂态电流抑制方法。电磁暂态仿真结果表明,所提出的方法可有效抑制故障下的直流断路器主支路暂态电流。
2020年底投运的张北特高压站汇集的5 000 MW电力均为新能源。从新能源出力的不确定性角度来看,张北—北京西线路潮流将在0~5 000 MW之间变化。针对该不确定性,首次应用了特高压分级式可控并联电抗器(controllable shunt reactor,CSR)成套装置,解决了特高压输电系统中无功补偿和限制过电压对并联电抗器不同需求之间的矛盾,降低了无功损耗,提高了系统调控灵活性,为张北地区新能源外送创造有利条件。示范应用中在工程选点、集成设计、设备研制等方面均有创新。如可结合新能源外送特高压通道上电压波动频繁且幅度较大等问题开展工程选点;特高压CSR本体、晶闸管阀等设备的集约化设计思路提高了产品经济性。通过分析系统试验阶段以及设备投运一年来的数据,提出了特高压分级式CSR工程应用技术的优化方向。
现有的用户侧调峰领域的储能调度鲁棒优化方法,缺乏考虑非线性多目标优化模型的研究。当储能出力范围直接受负荷不确定性限制时,传统列和约束生成算法无法求解此类模型。针对以上问题,文章考虑负荷、电池储能等约束条件,建立了以净负荷方差、用户侧用电支出等为优化目标的电池储能系统调度鲁棒优化模型,并同时考虑了用户负荷波动、新能源出力波动等不确定因素。由于第二阶段的决策与优化结果会影响第一阶段决策的取值范围,需要改进列和约束生成算法以实现对该类鲁棒优化问题的求解。通过将目标函数、部分约束条件视为多个子问题考虑,对原列和约束生成算法的每次迭代中的子问题求解步骤进行扩充,使每次迭代中求解多个子问题,能够有效拓宽该算法的适用范围。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,能够在不改变传统算法性能优势的情况下成功应用于非线性多目标鲁棒优化问题。
针对孤岛运行的交直流混合微电网,提出了一种考虑子网负载状态和储能子网荷电状态的多模式协调控制策略。状态判定级将储能荷电状态水平划分为五种模式,详细规划各模式下子网间六种功率交互状态对应的网络工况,使储能子网参与子网间功率交互的优先性随荷电状态变化。功率互助级控制各子网间双向互联变换器传输功率,本地级采用下垂控制保持子网自治。该策略可减少不必要的功率交互损耗,预先避免储能子网因过度充放失去功率调节能力。MATLAB/Simulink与RT-LAB平台上建立的仿真模型验证了所提控制策略的实时有效性。
随着可再生能源渗透率的提高,分布式可再生能源带来的波动性、间歇性会传递至主网中,对系统安全运行造成影响,研究不确定性优化方法对系统实际运行具有一定的指导作用。传统的随机优化以及鲁棒优化方法不满足系统实际运行的非预期性要求。文章以日运行期望成本最小为目标,考虑分布式可再生能源发电不确定性,建立多阶段随机规划模型,可以根据之前不确定信息的实现在每个阶段确定预调度决策,不会受到未来不确定信息的影响,符合系统实际运行规律,满足非预期性。为了避免多阶段随机规划问题求解的维数灾难,采用随机对偶动态规划(stochastic dual dynamic programming, SDDP)算法进行求解。仿真结果表明,相比于传统的确定性模型,多阶段随机优化得到的最优调度决策树较之确定性优化得到的单一决策方案具有更广泛的决策空间,可以基于上一阶段不确定信息的实现和决策来更新调度决策,降低系统的运行成本。
目前在对园区综合能源系统规划方案的多指标评价中,通常缺乏考虑指标间的相互影响,致使得到的评价结果不具一般性,甚至存在评价结果不准确的问题。因此,针对园区综合能源系统的规划方案提出考虑指标间相互作用的改进妥协解排序法(multicriteria optimization and compromise solution in English, VIKOR)。首先从经济性、可靠性、环保性与能效性这4个层面建立综合能源系统的评价指标模型,进而构建综合评价体系。然后基于对偶犹豫模糊集与模糊测度的概念,对经典的VIKOR方法做出改进,利用模糊测度对各指标进行赋权,使其在对备选方案进行评价时充分考虑到各评价指标之间的相互作用关系。最后通过算例验证所提评价方法的合理性与客观性。
当前配电网状态估计面临的一个突出问题是实时量测数量不足,难以实现全网可观性。为了给配电管理系统提供准确的基础数据,提出一种基于深度神经网络伪量测建模的交直流混合配电网交替迭代状态估计方法。首先,建立电压源换流器的稳态模型和混合配电网的实时量测模型;然后,利用历史量测数据对深度神经网络进行离线训练,建立负荷节点注入功率的伪量测模型;最后,对交流区域和直流区域进行交替迭代状态估计,在交替过程中区域间交换VSC支路状态量的估计值,保证了边界状态量的一致性。算例测试结果表明,所提方法能在实时量测覆盖率低的情况下,准确估计混合配电网的状态值。
为了在满足经济性前提下,尽可能降低极端场景下电力和通信网络故障耦合引起的大面积停电风险,考虑双网结构融合和功能耦合特征,提出了信息物理协同双层(主层、子层)鲁棒扩展规划模型。首先,以投资经济性和极端场景下失负荷损失成本最小为目标,建立双网线路和通信业务路由协同优化的主层模型;其次,在子层模型中,计及线路结构耦合引起的共因失效模式,构建了电力/通信线路多重故障集,并考虑通信失效对电力系统应急调度的影响,基于max-min准则建立最恶劣极端场景最小失负荷损失成本计算模型;随后,采用列和约束生成算法实现两层模型解耦求解;最后,基于IEEE 14 节点信息物理系统进行仿真分析,结果表明,提出的协同规划模型能以经济合理的投资优化双网结构,降低通信系统故障级联影响,提高耦合系统面对极端场景的抵抗力。
为解决配网中分布式光伏渗透率持续升高引起的网损增加、功率倒送、电压越限等问题,在对分布式光伏进行集群划分的基础上,提出了一种综合考虑新能源消纳和网损的分布式光伏集群出力评估方法。首先,以基于电气距离的模块度指标和有功平衡度指标作为综合划分指标,利用遗传算法对配网中的分布式光伏进行集群划分;然后,在集群划分结果的基础上,考虑储能的调节作用及网络安全稳定约束,以包含网损成本和弃光成本的配电系统经济成本最低为优化目标,提出了分布式光伏集群出力评估方法;最后,通过在扬州某地实际41节点系统上进行仿真分析,证明了所提评估方法的可行性和有效性,所提评估方法可以根据调度中心的需求提供分布式光伏集群出力评估数据。
针对配电网中存在的电压越限、谐波畸变、三相不平衡等问题,从综合改善多电能质量问题的角度出发,研究了一种配电网分布式光伏优化调度模型及其求解方法。首先,分析了分布式光伏并网逆变器进行无功功率、谐波电流及不平衡功率补偿的控制方案;在此基础上,以可调度分布式光伏的三相功率及谐波电流输出为控制变量,基于配电网三相基波及谐波潮流方程,建立了最小化网络损耗、不平衡电压以及谐波电压的最优潮流模型;然后,提出了一种潮流计算与优化计算交替迭代的两阶段优化求解算法,对非凸非线性的最优潮流模型进行变量削减,并将其转换为凸二次约束二次规划模型从而实现高效求解;最后,通过一个162节点三相配电网进行算例分析,结果表明,根据最优潮流模型结果对分布式光伏进行调度后,配电网谐波畸变、三相不平衡以及电压越限问题得到了有效改善,且两阶段优化求解算法的计算效率也满足配电网调度时间要求,验证了所提分布式光伏优化调度方法在改善配电网电能质量方面的有效性。
为解决大型售电公司应对新能源接入和需求侧波动带来的随机性风险问题,文章提出了一种基于随机规划的双层优化模型:上层子问题以出清电价和出清电量为决策变量,模拟了市场电能与备用辅助服务的联合出清过程;下层子问题以售电公司的最优购电成本为目标,模拟了售电公司的经济调度行为。模型的求解过程中,通过机会约束规划将模型转换为确定性模型,再由CPLEX求解器分别求解上下层子模型,并通过上下层的迭代求得均衡解。最后,建立了不计及售电公司决策影响的两阶段模型作为对比模型,通过算例分析,验证了该模型可有效反映售电公司决策行为对出清过程的影响,并阐明了不同置信水平对售电公司决策的影响。
电网公司已形成了输变配电设备资产运维检修标准成本体系,为适应成本监审、科学配置资源投入奠定了基础。由于配电网设备资产规模大,运维检修作业内容及频次繁琐,运维检修成本结构模糊,导致运维检修成本配置合理性仍存在不足,尚无法支撑成本精益管理。针对配电网运维检修成本配置问题,提出了基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-熵权法的配电网设备资产运维检修成本优化配置模型。基于配电网运维检修成本关键影响因素,建立了成本优化配置评价指标体系;兼顾成本投入合理性和有效性,采用熵权法对优化配置评价指标赋权重,构建区域配电网设备资产运维检修成本优化配置模型,合理有效分配各区域运维检修成本;以某省14家地市单位为例,验证了该模型的有效性及实用性。该模型能够较为合理地对配电网运维检修成本分配进行优化,并对比发现现有分配比例存在的问题,对配电网实际运维检修成本策略的制定有一定的参考借鉴作用。
