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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新型电力系统“双高”运行特性给电网频率稳定控制带来严峻挑战,电解铝负荷属于温控负荷,具备功率可调容量大、热惯量大及调节时间快等特性,是一种较好的调频资源。为此,提出了一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略。首先,对电解铝负荷进行了精确建模,为电解铝负荷参与频率控制奠定基础;其次,计及发电机速率限制和负荷调节深度约束,提出了模型预测频率响应模型;最后,基于模型预测控制策略,在考虑不同电解铝可调容量参与系统调频中进行仿真分析。仿真结果表明,电解铝负荷可以提升系统抗扰动能力。所提MPC策略具有良好的控制效果,表现出较强的鲁棒性,能够有效缩短调频时间,提升系统调频的动态性能。
交直流混合输电技术的迅猛发展和电力电子设备在电力系统中普遍使用,使电力系统电磁暂态仿真分析及研究的必要性越来越高。但是,对实际大电力系统进行整体的电磁暂态仿真建模复杂且耗时很长。针对此问题,提出了基于确定-随机子空间的电力系统外部系统暂态等值新方法。首先,基于外部系统输入和输出数据,采用确定-随机子空间方法建立确定的激励-系统-响应模型,准确求解系统的状态空间表达式。然后,将外部系统端口状态空间表达式,转化成导纳有理函数式,根据零极点构建RLCG等值电路,进行建模等效简化,在宽频段范围内实现了对外部系统的暂态等值构建。最后,通过仿真和实测数据证明了文章所提方法有效缩短了仿真耗时,加快了仿真进程。
针对大规模风电场接入给电力系统安全稳定分析过程带来的方程高维性、计算效率低问题,提出了一种基于模型-数据混合驱动的风电场暂态过程等值方法。对整个风电场进行两阶段聚合,最终将含有多台风机的风电场等值为单台风机模型。第一阶段等值过程中基于物理模型驱动思想,通过获取不同风速下风机并网点有功暂态响应特性及出力特性,采用K-means方法将所有风机聚合为四台等效风机。第二阶段基于数据驱动策略,通过所建立风电场并网点有功偏差最小的多时段优化模型并结合长短期记忆网络(long short term memory,LSTM)训练,将四台等效风机聚合为单台风机模型,实现了整个风电场的暂态过程等值聚合。通过算例验证了所提等值方法能够有效地反映风电场的暂态过程特性,为电力系统安全稳定分析模型降维提供了一种实用化解决方案。
受大规模新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,高渗透率新能源并网后的静态电压问题逐渐影响到电力系统的安全稳定运行。伴随着电力电子器件的发展,柔性交流输电技术(flexible AC transmission system, FACTS)在调节线路潮流、改善静态电压稳定性方面的研究更加深入。文章探讨计及分布式静态串联补偿器(distributed static series compensator, DSSC)的新能源电网静态电压稳定性,从系统静态电压稳定性方面评估DSSC发挥的潮流控制效能。首先分析DSSC的等效电路及工作原理,并基于DSSC的等效功率注入模型得到潮流计算方程;其次,基于潮流计算方程提出能够反映系统静态电压稳定性的效能评估指标,计算分析接入不同容量新能源对静态电压稳定性的影响;最后通过IEEE 30节点系统对所提方法进行仿真验证,结果表明,DSSC能够有效调节薄弱节点电压,提升新能源电网的安全稳定性。
双馈变速抽水蓄能机组具有运行范围宽、功率调节速度快并能兼顾发电、抽水工况最优效率的优点,同时也赋予了其运行工况多、工况转换频繁的特点。然而,现有双馈变速抽蓄的仿真建模仅以单一发电或抽水工况为主,并未充分体现变速抽蓄工况转换的特性和优势。因此,文章建立了可在发电与抽水工况间转换的双馈变速抽水蓄能机组机电暂态模型。该模型不仅可以在稳态运行时实现有功无功解耦控制和最佳导叶开度及最优转速的跟踪,还可以平滑地实现发电工况和抽水工况下的转换过渡过程。基于Matlab/Simulink建立了双馈变速抽水蓄能机电暂态模型,以停机、发电、抽水等工况间转换等场景为例,仿真验证了所建模型的有效性和正确性。
为深入挖掘电动汽车的可调度潜力,缓解含高比例新能源微电网的供能压力,结合多元需求响应技术,提出一种考虑电动汽车资源参与的微电网多时间尺度优化调度模型。在日前调度阶段,一部分电动汽车资源与价格型需求响应技术相结合,以用户的综合满意度为目标进行优化。微电网基于价格型电动汽车资源的调度计划,以经济低碳成本最低与灵活性满足度最大为目标进行优化,确定各侧可调资源的调度安排。在日内调度阶段,另一部分电动汽车资源与激励型需求响应技术相结合。微电网能量管理中心作为领导者,以运营成本最小为目标,激励型电动汽车群作为跟随者,以用电成本最小为目标,构建微电网日内主从博弈模型进行滚动优化,双方基于补贴价格与用能策略进行博弈。最后,基于某微电网场景进行仿真验证,结果表明所提模型能够降低用户用电成本,减少负荷曲线的峰谷差,实现新能源的全消纳。
换电站减少了电动汽车的补能时间,具有可观的调控潜力,准确的负荷预测模型是其参与电网辅助服务的关键。针对用户换电需求的随机性,建立基于模糊聚类-马尔可夫链的换电站负荷预测模型。首先,利用泊松分布预测各时刻电动汽车换电需求数量,并建立换电需求约束;其次,利用自适应模糊C均值聚类算法依据荷电状态对换电站中电池集群进行自适应分区,避免人为分区的主观性;最后,采用马尔可夫链建立充电、放电、等待多状态下换电站电池集群模型。对需求预测方法与负荷预测模型进行了仿真验证,并与蒙特卡洛模拟法进行对比,结果表明,泊松分布准确预测了电动汽车需求数量,提出的负荷预测模型获取了充放电状态下换电站的功率,同时减小了负荷预测的波动性。
充电站行业的快速发展使得市场竞争进一步加剧,精确的服务范围划分和合理有效的定价策略,是充电站运营商的竞争核心。经典服务范围模型往往忽视地区多主体之间的竞争影响,利用简单模型计算得到的服务范围过于规则圆形化,不符合市场分布规律。因此,提出基于可变范围场强的充电站服务范围模型,刻画充电站服务范围动态变化与电价之间的关系,优化计算得到实时定价策略。首先,对充电站竞争力进行量化评估,基于元电荷场强公式与Wilson模型建立了充电站服务范围场强模型,依据服务范围辨识充电站的市场边界;然后,基于充电站市场占比描述充电负荷与电价之间的需求关系,建立以功率偏差率与运营商利润率为目标的实时定价优化模型。最后,以长沙市某地区为例仿真计算,分析实时电价策略与充电站服务范围的关系。结果表明,所提方法能够有效减小实时功率偏差,同时为充电站运营商带来更多的利润。
针对传统并联有源电力滤波器在不同负载接入时存在补偿精度低、直流侧电压无法保持稳定运行的问题,将超导磁储能(superconducting magnetic energy storage, SMES)装置与并联有源电力滤波器相结合构成新型拓扑结构,即超导磁储能型有源电力滤波器(superconducting magnetic energy storage shunt active power filter, SMES-SAPF),且基于该拓扑结构提出了无源动态演化控制和滑模控制策略。首先,根据超导磁储能型有源电力滤波器的数学模型建立了基于欧拉-拉格朗日模型的无源动态演化控制器,提高了系统整体的鲁棒性和抗干扰能力;其次,采用滑模控制消除直流侧电压在不同负载接入时引起的电压超调和波动,从而改善直流侧电压的稳压性能。最后,在非线性负载、不平衡负载和脉冲负载三种负载接入以及其他运行状态下,通过仿真实验验证了SMES-SAPF及其控制系统有较强的补偿精度和抗干扰能力,能更有效地解决不同负载接入时所引起的电能质量问题。
随着新型电力系统进程的推进,配电网保护控制终端(protection and control intelligent terminal,PCIT)数据处理过程中的业务调度优化,是实现海量设备管控及数据处理的有效及必要手段。而容器技术变革了传统终端的软硬件耦合、数据与功能耦合的形式,其提供便捷弹性、灵活可控的资源空间,为满足多元化业务处理需要、资源高效利用提供重要技术手段。因此提出基于容器的配电网保护控制终端业务调度模型与策略,并进行仿真分析。首先,分析新形势下的配电网保护控制终端架构及业务处理需求;其次,建立保护控制终端模型,包括业务耦合模型及调度模型。再次,阐述耦合多并发业务调度方法,提出利用业务重要度生成调度队列并建立相应评价指标。最后,利用算例仿真多个业务场景下不同调度策略性能,其结果证明了所提终端建模方法的有效性、可行性,为配电网多元化业务高效处理奠定理论基础。
为充分发挥多能源微网经济、环保等优势,早日实现“碳中和、碳达峰”目标,提出一种基于改进碳交易机制的多能源微网低碳经济调度模型。首先,建立微网内设备全寿命周期内各环节产生的碳足迹计算模型,以评估微网设备碳排放对环境潜在影响。其次,根据设备碳足迹对微网碳交易机制进行修正,并构建碳交易成本;在此基础上,以微网运行总成本为优化目标,建立基于改进碳交易机制的多能源微网低碳经济调度模型,以最小化微网自身碳足迹。最后,应用基于随机模拟的粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法对该模型进行寻优求解。仿真结果表明,采用所述方法后微网运行成本和CO2排放量分别降低1.08%和6.83%,从而实现微网经济及低碳高效运行。
针对乡村地区低压配电台区广泛存在的由于炒茶炉或电采暖等时段性大负荷引起的低电压问题,传统的电网规划方法往往为了提高供电能力而大幅度增大配电设备,从而导致配电变压器在低负荷时段轻载运行且损耗高。为了满足节能和低碳发展的需要,设计了一套采用有载调容调压变压器并基于模型预测控制(model predictive control,MPC)技术的日前调度和日内校正相结合的配电台区供电时段性低电压治理及经济运行优化调控策略,最后为适应未来新型电力系统发展形态,用含不同分布式光伏电源比例配电网算例验证了所提方法的有效性和对新型电力系统发展的适应性。
国内外多个风电工程在采用柔直进行远距离输送时出现了系统振荡现象,就该现象研究其判稳方法及优化策略。建立了直驱永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)和柔直输电系统的数学模型,推导了PMSG经柔直送出系统的Bode稳定判据,分别提取了PMSG及柔直的系统阻抗,并进行振荡评估。提出了提升柔直送出稳定性的PMSG附加阻尼控制器设计方案和参数整定方法。从频域角度分析优化策略的效果,研究结果显示,基于附加阻尼控制的PMSG经柔直送出的振荡抑制策略有效消除了振荡风险。采用频域分析中抑制效果良好的附加阻尼控制参数进行时域仿真,验证了附加阻尼控制对PMSG经柔直送出系统的振荡抑制效果。
虚拟电厂对推进“双碳”战略及能源优化配置具有重要意义,如何在应对源荷不确定性因素影响的同时,实现虚拟电厂低碳经济运行,是虚拟电厂调度过程中面临的重要挑战。鉴于此,提出一种考虑碳-绿证交易机制的虚拟电厂分布鲁棒低碳经济调度策略;首先,基于阶梯式碳交易机制和配额制下绿证交易机制,并利用条件风险价值(condition value at risk,CVaR)评估系统运行所面临的风险,构建考虑绿证-碳交易机制的区域虚拟电厂优化模型;其次,综合考虑1-范数和∞-范数构造概率分布模糊集,以调度系统可用的历史数据为基础,构建考虑风光不确定性的虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度模型,并采用列约束生成算法求解模型;最后,算例仿真验证了所提策略的有效性和鲁棒性。
针对如何实现配电网低碳经济运行及新能源高比例消纳问题,提出了考虑碳交易和绿证交易的配电网优化运行策略。首先,分析建立了配电网碳交易和绿证交易模型;然后,以最小化配电网综合运行成本为目标,考虑配电网潮流约束、新能源及分布式能源机组运行约束,建立了配电网低碳经济优化运行模型;最后,基于改进的IEEE 15节点配电网模型对所提配电网优化运行模型进行了验证,结果显示,所提运行策略实现了配电网低碳经济运行,显著降低了系统的碳排放并促进了新能源的消纳,可为以新能源为主体的配电网低碳经济运行提供技术参考。
