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”目标下,电力现货市场成为消纳新能源的重要平台。由于新能源出力具有波动性和不确定性,高比例新能源进入电力市场后将带来新的挑战。电转氢(power to hydrogen,P2H)作为绿色低碳的灵活性调节资源,能够为新能源大比例入网提供新的途径。首先在新能源场站报价报量参与电力市场与常规机组同台竞价的基础上,构建了包含日前和实时两级的上层电能量现货市场竞价交易优化模型。其次对含有P2H的风电场出力进行优化,构建了下层风氢联合系统实时优化模型。最后以改进的IEEE 30节点系统为例分析了“双碳”目标下高比例风电参与现货市场带来的电价波动风险,研究了风氢联合系统参与现货市场的经济性。结果表明风电场配备一定规模的P2H设备能够有效减少风电不确定性给现货市场带来的电价波动风险,提高风电利用率,实现氢的廉价制取,在经济上具有一定可行性。
针对我国双轨制下双边电力市场电能电费疏导、不平衡费用分摊等关键问题,利用“日前基准、实时差量、合约差价”双结算体系实现合约市场与现货市场的耦合结算,考虑应承担责任主体构建不平衡资金分摊/返还模型,设计考虑不平衡资金处理的双边现货市场结算机制,并以浙江省电力市场进行仿真分析。算例结果证明了该结算机制的合理性,有效的电费结算体系可以提高发用主体参与电力市场的积极性,为双轨制下双边电力市场结算提供相关参考建议。
针对农村地区存在大量生物质秸秆、垃圾、屋顶光伏、分散式风电等分布式能源,设计了集成燃气碳捕集设备(gas-power plant carbon capture,GPPCC)、电转气设备(power-to-gas,P2G)及垃圾发电(waste incineration power,WI)的农村虚拟电厂(GPPCC-P2G-WI-based virtual power plant, GPW-VPP)。然后,引入信息间隙理论(information gap decision theory,IGDT)和模糊满意度方法构造GPW-VPP近零碳运营优化模型。其中,选择最大化运营收益和最小化碳排放量作为优化目标,并利用模糊满意度理论转化为综合满意度最优化目标。再然后,利用IGDT描述风电、光伏发电和用户负荷3个不确定性变量影响,用于构造GPW-VPP随机调度优化模型。最后,选择中国兰考能源革命试点为对象开展实例分析验证所提模型的有效性,结果表明所提运营优化模型能在兼顾不同主体利益诉求的同时推进农村分布式能源的最优聚合利用,有利于实现整体能源结构清洁低碳转型。
综合能源系统能源结构多样,同种设备的不同型号之间价格、性能差异性大,如何在规划阶段确定合理的能源结构、设备型号组合及装机容量是实现运行阶段节约成本的前提。文章在考虑二氧化碳排放量的基础上研究“能源结构-设备型号-装机容量”规划优化模型。首先,构建基于最近邻法(K-nearest-neighbors,KNN)的实例推理技术得出适合拟建设园区的能源结构;其次,构建“外层选型,内层定容”的双层优化框架,考虑碳排放阶梯成本,以全寿命周期总成本最低为优化目标,利用蚁群算法-遗传算法相结合的方式求解最优设备型号组合及最优装机容量。最后,通过算例分析验证所提模型在降低成本上的有效性。
多类型分布式电源接入配电网对系统灵活性要求越来越高。基于交直流混合配电网的高灵活性和高可控性,提出了一种考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,分析系统灵活性需求与灵活性资源运行特性,建立系统灵活性评估指标;然后,采用K-means聚类算法建立配电网中分布式电源和负荷的典型运行场景集合;其次,建立考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划模型,上层以其年综合成本最小为优化目标,下层以其综合运行成本最少和系统运行灵活性最优为目标,采用非线性化主成分分析法,并结合遗传算法求解规划模型。最后,基于改进IEEE 33节点配网系统验证双层规划模型和储能最优配置方案的合理性与有效性。
柔性直流输电控制保护系统中的一个重要环节是内环控制与外部设备之间的通信,要求高速且稳定,控制保护系统的国产化替代对其通信的稳定性和兼容性提出了更高的要求。内环控制所需的测量量由电子式互感器合并单元采集处理并传输,其通信信号具有正反曼码及多种波特率编码的特征,常规解码算法由于兼容性差易导致解码失败。文章以电子式电流电压互感器标准为基础,对其通信协议数据帧格式的编解码过程进行研究分析,提出并实现了基于国产FPGA芯片的正反曼码及波特率动态自适应的IEC60044-8通信接口设计方法。经过实验验证,该方案实时性强、识别准确度高、兼容性强,具有广泛的应用价值。
大规模风电等可再生能源广泛接入电网将成为新型电力系统发展的重要方向之一, 通过需求侧响应机制调整用户负荷需求, 可有效提高电力系统运行的灵活性并促进风电的消纳。在此背景下, 提出了一种计及激励型需求侧响应的发输电鲁棒规划策略。首先, 引入基于价格激励的需求侧响应机制, 构建基于分段激励价格的需求侧响应模型。其次, 为了有效应对风电的不确定性对规划方案的影响, 提出了基于信息间隙决策理论的计及激励型需求侧响应的发输电鲁棒规划模型, 并将所提出的模型构造为混合整数线性规划模型。最后, 以Garver 6节点系统和改进的IEEE 118系统为例证明所提方法的可行性与有效性。
2022年3月3日,中国台湾电力公司兴达电厂发生故障造成台湾省大规模停电,经过12 h抢救恢复全面供电。此次停电波及用户数高达549万,给当地人民生活、经济发展、社会稳定带来了极大的负面影响。首先介绍了台湾省电网概况;然后对停电事故过程进行描述,并结合台湾省公开报告对停电原因进行分析与梳理;最后,通过总结近年来台湾省停电事故频发反映的电力系统问题,提出未来电网发展的相关启示。
高压直流电缆是跨海长距离输电和新能源并网的重要装备,高电压等级、高通流能力的直流电缆还处于研发阶段。为推进高压直流电缆研发,考验长期运行性能,依托国内某±500 kV柔性直流电网工程建立了直流电缆综合试验站。该柔性直流工程线路主要采用架空线,试验站位于其中一个换流站单极出线处,采用直流电缆与架空线路并联运行方式,其运行控制和保护配合复杂、可靠性要求极高,尚无工程经验可循。针对500 kV级直流电缆试验段与架空线路并联切换运行的接线方式,提出了试验站直流电缆监视和投入退出控制策略、故障保护策略以及过负荷运行控制保护策略。仿真试验结果证明,所提策略可保证直流电缆接入柔性直流电网后可靠运行。
直流微电网在离网状态下需要储能系统维持其稳定运行,而在多储能变换器并联的情况下,线路阻抗不匹配会导致各储能单元荷电状态(state of charge, SOC)无法均衡以及变换器输出电流无法精确分配,同时由“虚拟阻抗”造成的母线电压偏差也需要得到补偿。针对一系列问题,提出改进的SOC均衡控制策略,自适应调整“虚拟阻抗”实现SOC均衡,并提出一种分布式二次控制策略,构造包含多个信息的转移因子,生成唯一的且能同时实现消除线路阻抗影响及恢复母线电压两个目标的电压补偿项,以减轻系统通信压力。其中为获得全局所需平均值信息,基于一致性算法,利用低带宽通信在相邻变换器间进行信息交换,并设计了分布式动态平均值算法控制器。最后搭建光伏多储能系统模型,仿真与实验验证了该控制策略的有效性和准确性。
相对于系统级负荷,用户负荷具有基数小、波动性与随机性更强的特点,加大了用户负荷预测的难度。文章借助互信息与深度学习理论,提出了一种基于最大相关最小冗余(max-relevance and min-redundancy, mRMR)和长短期记忆网络(long-short term memory networks, LSTM)的用户负荷短期预测模型。首先,采用mRMR算法对特征变量进行排序并选取合适的输入变量集合,mRMR既可以保证输入变量与目标值间互信息值最大,又使得变量间冗余性最小。接着,对选取的输入变量集合建立LSTM预测模型,LSTM能较好处理和预测延迟较长的时间序列,且不会存在梯度消失和梯度爆炸现象。最后,通过算例验证了所提算法的有效性。
电力系统数据采集、测量、传输和存储等过程均可能出现数据缺失问题,威胁电网安全。针对传统电力系统缺失数据重建方法仅考虑数据分布规律,忽略了数据时序与空间特性的问题,提出一种考虑时空特性的电力系统缺失数据重建模型(spatial-temporal seq2seq imputation model, ST-SSIM)。ST-SSIM具备编码-解码结构,编码器由基于图卷积层与长短时记忆单元构造的时空信息提取单元组成,用于提取数据高维时空特征,解码器由长短时记忆单元与全连接层组成,用于解码高维特征,生成电力系统数据。所提模型的输入包括电力系统数据时间序列与电网拓扑邻接矩阵,因此ST-SSIM可实现对电力系统数据复杂时空关系的自动学习。算例中,将所提方法与现有方法在不同规模电网下比较,ST-SSIM具有最高的重建精度,证明了ST-SSIM能有效地学习到电力系统数据的时空特性。通过讨论重建误差与数据缺失节点数以及缺失时间跨度的关系,验证了所提模型重建效果较稳定。
合环转电作为一种重要的网络重构技术,对提高配电网运行的可靠性与经济性具有重要意义。常规合环转电不仅存在合环冲击,而且合环点的选取受到两侧电源相角差的限制。文章针对广州配电网存在的大角度差不停电转供技术难题,提出两种无缝合环转电解决方案,分别是基于串并联补偿的合环方案和基于背靠背拓扑的合环方案。它们能够适用于多种转供场景,并提供交、直流两种转供电源接口。文章给出了每种方案的接线方式,对它们的结构特点、性能参数以及工作原理进行了分析。为了适应配电网三相不平衡与谐波污染的运行环境,从结构与控制两方面提出了装置的改进措施。最后,仿真验证了几种典型场景下无缝合环转电装置的运行原理,从而为实际开展低压无缝合环转电提供计算支撑。
针对直流微电网惯性低、母线电压抗干扰能力差的问题,以双向并网变换器为控制对象,提出一种基于多滑模变结构的虚拟惯性控制策略。内环采用基于指数趋近律的滑模电流控制,快速跟踪并网电流给定值,提高系统的响应速度。外环建立虚拟惯性控制方程与电压滑模面结构,增强直流微电网的惯性,平抑直流母线电压波动。通过小信号扰动法和Nyquist判据证明了双向并网变换器在所提控制策略下的稳定性。最后,搭建了相应的仿真模型和StarSim HIL硬件在环实验平台。仿真及实验结果表明,与基于PI控制和无源控制的虚拟惯性控制策略相比,文章所提控制策略具有更好的动态、静态特性,提高了直流母线电压的稳定性。
随着新能源在电力系统中占比不断增加,大规模新能源安全稳定送出能力提升成为一个普遍关注的问题。以张北地区千万千瓦级新能源基地经张北—雄安1 000 kV特高压交流输电线路送出为例,使用电力系统分析综合程序 (power system analysis software package,PSASP)搭建了其机电暂态仿真模型,其中包含具备低电压穿越功能的新能源模型及分布式调相机模型,分析了新能源送出能力的制约关键因素,研究了分布式调相机配置对于新能源短路比的影响,最后通过全数字电力系统仿真器(advanced digital power system simulator,ADPSS)全电磁暂态仿真验证了暂态过电压问题优化效果。计算结果表明,暂态过电压和稳态低电压是制约张北地区新能源经特高压交流送出能力的主要因素,在新能源短路比较低的发电机组机端配置分布式小型调相机,可有效抑制暂态过电压问题,提高新能源整体送出能力。研究结果对电力系统规划、运行及国内同类新能源送出工程设计都具有较强的参考价值。
风电的大规模并网给电力系统带来了惯量降低和一次调频能力不足等问题,可减载运行且具备调频功能的风电场可有效应对该问题。为此,提出了一种风电场减载方案以及相应的一次调频策略。首先,介绍了综合惯性控制和桨距角控制的原理,并分析了风电场减载运行的必要性。然后,研究了不同风速下风机减载能力的差异性并制定了风电场内减载功率分配方案,根据制定的减载方案,提出了相应的一次调频策略,以充分利用风电场的调频能力并避免频率的二次跌落。最后,基于Matlab/Simulink搭建了仿真系统模型,仿真结果表明所述减载方案和调频策略可以合理分配减载功率并提升风电场的调频效果。
