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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随着碳达峰、碳中和目标的提出,政府主导的碳规制强度日益增大。电力系统作为碳减排主体,将面临碳税与碳交易复合型碳减排政策的约束。研究计及碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法,能够协调提升系统运行的低碳性和经济性,具有重要的理论与现实意义。首先在分析碳交易价格波动特征的基础上,采用随机场景法描述碳交易价格不确定性,进而对阶梯型碳税与碳交易替代效应进行建模。之后,建立协调优化碳捕集设备和储能电站的系统两阶段低碳经济调度模型,并结合分段函数线性化和蝙蝠算法对模型进行优化求解。最后,基于某地区的实际参数开展仿真分析,算例结果表明所提模型能够有效提升系统运行的低碳经济水平。
传统集中交易模式在处理高频、小量的微电网群电能交易时存在运行成本高、信息不安全等弊端。提出了一种基于区块链的微电网群分布式电能交易模型,并设计了与之匹配的智能合约。首先,针对统一定价的过网费收取方式未按配电网实际运营成本公平分摊到每笔交易的不足,基于功率传输分布因子提出考虑配电网多项运行成本的动态过网费模型。其次,为保证市场主体的用能偏好,构建计及用户信用值偏好的购电目标策略函数,并采用改进粒子群算法对交易撮合过程进行求解。再次,为提高交易效率及维持配电网的安全运行,采取自适应进取型策略进行报价更新,并设计多轮滚动的约束校核法对配电网进行安全校核。最后,在Matlab仿真平台及以太坊电能交易平台验证了所提交易模型的合理性和智能合约的有效性。
为了解决目前可再生能源交易中存在的交易制度不成熟,绿色证书制度在鼓励可再生能源并网、缓解财政补贴压力等方面的表现不佳,现行的碳市场对促进减排效果不明显等问题,提出基于区块链的绿证和碳交易市场联合激励机制,利用区块链具有的去中心化、公开透明等特性,与可再生能源交易市场结合,使可再生能源市场更加透明、方便、安全。为了激励对减排做出贡献的市场主体,对区块链中的共识算法进行了研究,提出了适用于联盟链的PoCT(proof of carbon token)共识算法,激励市场主体参与到可再生能源产品交易中,同时解决传统权益证明(proof of stake,PoS)共识机制中的N@S攻击问题以及奖励分配的公平性问题。仿真结果表明,PoCT可以有效地激励可再生能源交易,并且具有较高的效率。
跨省互联大电网可以实现更大范围内的电力资源优化配置,并提高可再生能源消纳能力。在当前“统一市场,两级运作”的全国统一市场体系下,省级市场将以省间市场的跨省交易结果作为边界进行市场出清,然而在区域同步电网内直接将省间的交流联络线功率作为边界节点上的注入功率时省级市场的潮流模型将与实际情况产生偏差,甚至会出现潮流越限的问题。文章首先提出利用由区域调度机构直接调度的直调机组来改善上述潮流越限的问题,然后通过分析省级、省间市场潮流模型的差异,提出将省间联络线功率、边界节点的相角差同时作为省级市场的边界条件,实现了省级市场中对潮流的正确计算,从而避免了潮流越限问题。文章还基于IEEE 39节点验证和分析了以上两种解决方法的有效性和可行性。
“双碳”目标下新能源大规模发展,新能源的发展给各能源主体带来了影响,如何量化评估新能源渗透给能源主体带来的影响成为研究重点。首先,基于改进的K-means算法构建基于典型场景集的新能源出力模型;然后,从源-网-荷-储出发,构建火力发电商、电网、用户、储能运营商的决策优化模型;其次,构建考虑新能源渗透的多能源主体效益评估模型;最后,进行算例分析,算例结果验证了模型的有效性。
换相失败是特高压直流输电系统的常见故障之一,常在送、受端交流电网引起剧烈的无功波动。投入旁通对是对直流系统进行保护的重要控制措施之一。当直流输电系统发生故障时,逆变侧保护装置动作后投入旁通对有助于达到快速停运直流输电系统,隔离故障的目的。而现在有关旁通对的研究多集中于其在直流故障中的应用,关于其在换相失败问题中的应用研究较少。通过分析旁通对控制对特高压直流输电系统送、受端电压特性的影响,论证了旁通对控制策略对换相失败后整流侧过电压、逆变侧低电压的改善作用。进而提出了一种换相失败后投旁通对的控制方法,以逆变阀组换相失败及交流电压跌落程度为旁通对控制的启动判据,根据直流运行状态对直流电流进行动态调节,然后根据受端交流系统恢复程度退出旁通对。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提旁通对控制器在交流故障导致特高压直流换相失败后,能够起到快速隔离交直流系统、减轻无功电压波动的控制效果。
随着新能源发电的大规模接入,交直流输电系统“强直弱交”特点日益突出。当直流输电系统发生换相失败时,弱送端系统会产生暂态过电压。静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)响应电网电压的变化时,其控制环节的滞后性会导致STATCOM对暂态过电压产生助增作用。针对该现象,文章首先分析了换相失败下弱送端系统暂态过电压的产生机理,接着通过分析频率响应特性,对STATCOM响应滞后时间给出了理论推导,最后针对STATCOM响应滞后特性提出了一种基于阻尼投切的优化策略,以抑制STATCOM对过电压的助增作用,并通过仿真验证了优化策略的有效性。
为改善半桥-全桥混合型子模块数量较少的模块化多电平换洗器(modular multilevel converter, MMC)运行性能,推进其在直流配电网等中低压领域的应用,提出了一种全电平逼近调制策略(full level modulation,FLM)。所提FLM利用全桥子模块(full bridge submodule,FBSM)的全电平输出能力,控制桥臂中某一FBSM运行于“脉宽调制(pulse width modulation, PWM)模式”,将所得全电平PWM波与原阶梯波叠加以进一步逼近正弦调制波。子模块工作模式由电容电压排序结果确定,相单元中任意时刻均有两个FBSM运行于“PWM模式”,输出互补的全电平PWM波。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,在所提FLM调制策略下,交流侧电压电流质量远高于传统最近电平逼近调制策略,运行损耗、控制复杂度及循环电流均优于传统载波移相脉冲宽度调制,满足中低压领域的调制要求。
针对含微电网的配电网,提出了一种考虑微电网灵活性资源属性的配电网规划方法,该方法从变电站规划和网架规划两阶段考虑了微电网的灵活性资源属性。首先,建立了微电网内各灵活性资源的数学模型,进而组成微网的对外等效模型;然后,通过更新定容公式以及在网架规划中添加约束条件来考虑灵活性资源;最后,建立以配电网投资和运行成本最小为目标函数的规划模型,并基于改进的遗传算法进行求解。通过含3个微电网的待规划区域进行算例设计和仿真,结果表明文章提出的规划方法可以在成本少量增加的情况下提升系统传输灵活性,使得未来配电网运行过程中出现分布式电源波动或负荷预测不准确时,线路留有足够的灵活性供主网或微电网进行功率传输,证明了所提出模型的合理性和有效性。
柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMS)是支撑新型电力系统背景下配电网运行控制能力提升和可再生能源接入渗透率改善的重要技术装备,针对现有配电网中FMS的规划并未详细考虑FMS与分布式电源(distributed generation,DG)的协调配置,以及对于FMS接入带来的可靠性提升考虑不足的问题。文章在规划配置阶段详细考虑了含FMS和DG的协同优化运行,并充分计及FMS接入带来的可靠性收益,构建了基于嵌套优化的FMS和DG选址定容双层优化配置模型。针对双层嵌套规划模型求解的复杂性,提出了基于改进粒子群算法和GAMS(general algebraic modeling language)算法相结合的模型求解策略,以改造后的IEEE 33节点算例系统为例,对所提出模型和方法的有效性进行了验证,结果表明提出的方法相比传统单一FMS规划具有更好的经济性,能最大程度地降低配电网年综合费用,同时减少用户因停电带来的损失。
针对新能源大规模渗透下的系统惯量减少和电压调节恶化问题,提出一种储能辅助同步发电机组的柔性控制策略。将储能配置在同步发电机组的输出母线处,储能通过同步发电机组运行数据的反馈进行柔性控制,配合同步发电机组进行功率输出,二者有机结合形成新的发电单元——柔性同步机组,其等效惯量、内阻抗和阻尼可变。在所提控制策略下,储能工作在易于实现的电流源模式,可增加柔性同步机组的惯量和阻尼,改善电压动态并在稳态时提供针对性的无功支撑。仿真结果验证了所提策略的有效性。
针对传统智能算法在求解计及电能路由器的电力系统无功优化模型时存在的收敛性和多样性问题,提出一种基于轮盘赌选择和自适应柯西变异策略的改进教与学算法,并应用于含电能路由器的电力系统无功优化。该算法在学习阶段引入轮盘赌选择法,提高群体的学习效率,在教学完成后引入自适应柯西变异策略,增强班级种群的多样性,避免迭代过程陷入局部最优解。然后,建立以有功网损和电压偏离度最小为目标函数的电力系统无功优化模型,并以修改后的IEEE RTS-79标准测试系统为算例进行仿真分析,结果表明改进后的算法兼顾了收敛性和多样性,相比于传统算法具有更好的优化效果。
台风、地震等极端自然灾害将破坏电网设备,易造成电网故障与大范围停电,亟需有效策略对复杂网架进行辅助调度,以预防与处置灾害带来的故障。首先,分析了当前高压交流电网故障后的源网荷各侧协调控制技术;然后,侧重构建故障预防与负荷快速恢复的韧性电网,提出一种针对严重自然灾害的高压电网网架增强策略,基于层次库(hierarchical database,HIDB)状态估计断面并采用拓扑搜索技术辨识其薄弱运行环节;而后,针对薄弱运行环节计算其站内与站间连通度,并进一步搜索与其匹配的热备线路投运与母联开关闭合这两类网架增强策略与技术实现方法;最后,采用夏季台风频发的A省电网模型进行相应算例分析,验证所提策略能够准确有效减少电网故障损失,为电网调度工作提供合理辅助决策。
针对含分布式发电资源和灵活负荷资源的楼宇微网消纳可再生能源的问题,以电动汽车为灵活性资源,构建了计及需求响应和充放电不确定性的楼宇微网调度优化模型。首先,构建了灵活性负荷资源的电价型需求响应模型和激励型需求响应模型;其次,将电动汽车视为产消一体者,分别采用马尔科夫链和信息间隙决策理论(information gap decision theory, IGDT)处理充放电不确定性;最后,以净收益最大化、光伏消纳最大化、用户满意度最大化、二氧化碳排放量最小化构建确定型楼宇微网调度优化模型。通过算例分析验证了所构建优化模型的有效性,该模型不仅提高了系统的清洁能源消纳率,减少了二氧化碳排放量,还能够为用户带来一定的收益,挖掘灵活性负荷资源参与微网调度的潜力,最终实现供用双方的效益双赢。
