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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近年来,面对全球气候问题及传统化石能源匮乏带来的挑战,各国陆续提出节能减排和鼓励可再生能源发展的战略目标。碳市场、可再生能源配额制是实现碳减排和促进可再生能源消纳的重要市场手段。作为CO2排放主要责任主体,电力系统低碳绿色转型是助力“碳达峰、碳中和”目标的关键环节,电-碳-配额制耦合将有利于更大程度上促进CO2减排与可再生能源消纳。首先,分析了电力市场与碳市场、电力市场与可再生能源配额制之间的交互机理;其次,从交易机制设计、交易优化、市场交易技术等角度归纳电-碳-配额制耦合交易的研究现状;再次,阐述了碳市场及配额制的国内外实施现状与机制,反映各国减排政策环境;最后,梳理了当前国内电-碳-配额制耦合机制建设面临的挑战和堵点,对电力市场、碳市场与配额制协同发展提出展望,以期为我国耦合交易机制建设提供参考,助力“双碳”目标的实现。
碳市场的推进有助于“双碳”目标的实现,电力行业将面临电-碳市场耦合的多主体多市场协同的交易格局,其中,环境成本通过碳市场传导进入电市场。然而,在当前的市场出清机制中,发电商的环境效益未能有效纳入,导致以新能源为主的低排放机组出清结果不理想,影响“双碳”目标实现。为此,通过引入激励因子调整机组发电投标策略,在电-碳市场耦合背景下,设计了以促进新能源消纳为目标的激励型出清机制。以此建立双层模型:上层对异质发电商投标策略建模,下层对激励型市场出清机制进行建模,通过深度强化学习算法求解模型。算例分析表明,设计模型能够正确描述耦合市场之间的相互影响,设计的出清机制提升了新能源机组的发电比重,促进了新能源消纳,提升了电力行业社会效益和减排效益。
针对目前低碳调度中负荷侧低碳手段单一且源荷两侧减碳方法相对独立缺乏联动的问题,在利用碳排放流引导多类型负荷需求响应模型的基础上,提出考虑利用碳势耦合源荷多降碳手段的电力系统双层低碳经济调度模型。上层模型基于阶梯碳交易市场,计算源侧的碳市场交易成本,并按照负荷分类进行针对性区域碳排约束,建立考虑源-荷碳势约束的电力系统低碳经济调度模型,求解机组初始调度方案;下层模型利用碳排放流理论,基于上层模型的调度方案计算负荷侧各节点碳势指标和碳排责任分摊量,建立负荷侧多类型需求响应模型,利用用户侧调节能力优化负荷分布进一步实现系统低碳效益。最后在考虑风电不确定性建模的前提下,基于改进的IEEE 30节点系统进行算例分析,结果表明所提调度方法能够有效促进风电消纳,降低碳排放量。
园区综合能源系统(park-integrated energy system, PIES)是能源系统优化升级、电力行业减碳的重点,园区如何通过制定交易策略参与电碳绿证市场,提高整体效益并降低系统碳排放,是未来开放市场环境下园区快速发展的关键。基于园区三方主体非合作博弈模式,构建绿电日前市场、常规能源日前市场、实时市场的电力市场运行框架,并引入绿证-碳排等价抵消机制以实现绿证交易和碳交易的衔接,提出一种考虑电碳绿证市场耦合的园区综合能源系统日前优化调度模型。最后,采用改进粒子群算法和交替方向乘子法对非线性模型进行求解,并在上海市某典型园区进行验证。结果表明,所提方法可以有效减少园区碳排放量,园区绿电在电力消费总量占比提高6.4%。
随着“双碳”目标的提出,微电网作为分布式电源利用的有效形式,受到能源管理应用领域的广泛关注。随着微电网数量增加,多微网端对端(peer to peer,P2P)能源交易有助于促进区域内能源的互联互济和清洁能源的就地消纳。在考虑微电网的碳排放特性和需求响应潜力的基础上,构建多微网P2P能源交易模型实现配电侧供需协同以及确定其最优交易策略。首先,提出了微电网运行优化模型,以运行费用最小化为目标鼓励微电网参与需求响应;其次,实现微电网内部购售电和储能充放电碳排放的量化,并计算微电网的碳排放成本;再次,基于广义纳什议价理论构建P2P能源交易模型并在模型中加入潮流约束,在保证电力系统安全稳定运行的基础上实现多微网的能源共享和收益分配。最后,基于IEEE-33节点系统进行算例分析。结果表明,考虑需求响应和碳排放费用的多微网P2P能源交易有助于促进微电网之间的能源共享和新能源消纳。
分布式电源逐渐高比例接入已成为城乡配电网发展的趋势,源、荷、自然环境等各种不确定性因素带来的各种扰动不可忽略,因此配电网需要具备一定的抵御不同扰动并能快速恢复的能力,这种能力被称为配电网韧性。同时,配电网源网荷储各侧灵活性资源可为配电网供需平衡和韧性提升提供一定支撑。如何准确刻画各类扰动事件的影响、有效挖掘源网荷储各侧灵活性资源的协同作用,是研究配电网韧性的关键问题。文章旨在对新型配电网规划、安全稳定运行以及韧性研究给出一定的建设性的思路。首先,介绍了配电网韧性的基本概念,分析了配电网所面临的各类扰动及扰动下配电网韧性特征;随后,归纳了极端灾害类扰动和波动类扰动建模方法和韧性评估方法的研究进展;接着,介绍了配电网在扰动前、中、后三阶段下韧性提升的关键技术;最后,对未来配电网韧性待研究的关键问题进行了展望。
为应对极端灾害导致的停电损失,需合理构建灾后恢复模型,探索有效的灾后应急决策方法。构建了考虑关键负荷失效事件的灾后应急抢修马尔科夫决策过程模型,在计算损失时考虑了停电时长对不同类型关键负荷功能性的影响;对于灾后应急决策,提出了基于预演算法的在线决策方法,通过多场景仿真的方式快速评估动作-状态价值函数(即Q函数),进而生成在线优化策略,算例证明了基于预演仿真生成Q函数的决策方案优于基础策略提供的方案。所提方法不依赖精确的数学模型和参数,可以根据系统状态实时更新策略,比传统离线优化模型更具实用性。
大停电后的系统恢复过程中,系统对外界扰动抵御能力较低。尤其是网架重构阶段,输电系统尚不完整,如发生针对电力系统的蓄意物理攻击,将对系统恢复造成严重影响,其引发的保护拒动、误动等继发性故障还将对系统造成二次冲击。为量化评估恢复过程中蓄意物理攻击及其继发故障对网架恢复的影响,提出一种综合考虑蓄意物理攻击及其继发故障影响的骨干网架韧性评估方法。首先,基于攻防博弈模型,提出蓄意物理攻击下的系统失负荷量计算模型。其次,考虑扰动后潮流转移引发的过载保护误动,构建蓄意物理攻击及继发故障场景集。最后,基于扰动前后故障场景集下的被迫失负荷情况,提出骨干网架韧性定量评估方法,并构建考虑韧性主动提升的骨干网架优化模型,以IEEE-57节点系统算例验证了所提韧性评估方法的有效性。
“双碳”目标的提出加快了以风光为代表的新能源发电并网。高比例电力电子接口的新能源发电并网将导致电力系统惯量支撑能力弱、频率稳定问题突出。针对风光场站,分布式同步调相机作为旋转元件,在提供电压支撑的同时,还可为系统提供转动惯量继而提升电网频率支撑强度,但高效可行的分布式调相机配置方法尚有待研究。文章提出考虑频率稳定约束的分布式调相机选址定容方法,以节点惯量来评估系统惯量分布并识别系统频率支撑薄弱区域,进而挑选调相机配置地点,并根据临界惯量作为不等式约束,以配置容量最小为优化目标设计了分布式调相机选址定容策略。结合算例分析表明,提出的分布式调相机选址定容策略直接高效,能在调相机总配置容量最低的前提下,更有效地提高系统频率支撑强度。
静止无功发生器(static var generator,SVG)与直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, PMSG)相互作用引发的高频振荡威胁到直驱风电场的安全稳定运行。针对这一问题,文章首先建立含SVG的直驱风电场高频阻抗模型,分析高频振荡的形成机理;推导了SVG负阻尼区间的频率分布并分析了系统振荡稳定性,据此得出系统控制参数的稳定取值范围;然后基于振荡机理,提出了一种基于电流反馈的附加阻尼控制方法,通过SVG高频相位补偿实现对风电场高频振荡的有效抑制,并进行了控制参数整定;最后,在MATLAB/Simulink平台搭建直驱风电场电磁暂态仿真模型,验证了振荡分析方法和附加阻尼控制策略的有效性。
为了应对新能源惯量不足的问题,构网型储能中的虚拟同步机控制技术得到了不断发展,而其为系统提供了惯量支撑的同时也会引发系统的功率振荡,降低系统的功角稳定性。针对此问题,文章阐释了虚拟同步机惯量、阻尼参数对系统稳定性的影响机理,并提出了虚拟同步机的参数优化策略。该策略同时考虑系统的频率稳定性与小干扰稳定性,建立目标函数优化模型,以最大频率偏差最小与系统振荡模式的阻尼比之和最大为目标函数,将各控制参数的稳定区间作为约束条件,并运用带有精英策略的快速非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithm II,NSGA-Ⅱ)求解。最后,通过仿真验证了此方法的有效性。
电力系统暂态稳定态势量化评估是大电网在线安全防御的主要部分,而如何针对电网动态轨迹信息构建暂态稳定预估指标是关键。电网电压相量轨迹信息蕴含更丰富的稳定行为特征。文章以双机系统为例,首先从轨迹几何角度分析了发电机暂态能量转化与电压相轨迹之间演变规律;继而在扩展等面积准则(extended equal area criteria, EEAC)的基础上推理验证了其在多机系统下的普适性;为实现暂态稳定快速预估,提出了一种基于交替方向乘子法的轨迹拟合方法,该方法在拟合精度与速度上具有明显优势;在此基础上,以电压相量轨迹拟合曲线的弧长距离为数据支撑,构建了一种暂态稳定快速预估指标。最后,以新英格兰10机39节点系统与某省级电网的仿真数据为例,验证了该方法评估有效性。
在我国电网异步互联与新能源基地能源外送的需求下,我国将形成送端为常规直流同时接有调相机和柔性直流的输电系统。针对此系统,探讨了调相机和柔性直流的无功控制机理,比较了两者的无功响应特性,分析发现柔性直流过补偿无功会增大换相失败风险,而且调相机的无功调节容量利用也不充分。基于此,提出了一种调相机和柔性直流的无功协调控制策略,其目的在于加快柔性直流无功响应速度,缓解其无功过补偿问题,进而降低换相失败风险,同时提升调相机无功调节容量利用率。最后,典型算例仿真结果表明,所提无功协调控制策略可充分利用调相机的无功调节容量,抑制故障瞬间的暂态低电压,降低故障切除后换相失败的风险。
随着碳达峰、碳中和目标的提出,电动汽车以其绿色、低碳、节能环保优势逐渐普及。电动汽车兼具负荷与储能双重特性,其充放电行为具有时间和空间的随机性和波动性,精准的电动汽车充电负荷时空分布预测是研究电动汽车入网影响、电网规划运行、与电网互动的基础。首先,分析影响电动汽车充电负荷时空分布的主要因素;然后,对充电负荷建模、时空分布预测方法进行系统阐述;随后,考虑电动汽车可以作为移动储能装置参与电网互动,评估其放电潜力并综述电动汽车入网(vehicle to grid, V2G)技术研究现状;最后,总结现有研究方法面临的挑战并进行展望。
电动汽车聚合商(electric vehicle aggregator,EVA)的能量-调频市场投标策略决定着电动汽车灵活性的市场价值,而EVA的投标决策过程面临着市场侧诸多不确定因素的影响。为此,针对市场价格及调频信号的不确定性建模问题,提出了一种考虑不确定因素多时间尺度相关性的分布鲁棒建模方法。首先,提出一种基于分层聚类法的场景树模型,刻画不同市场不确定因素的时序相关性。其次,建立了一种基于两阶段优化的EVA参与能量-调频市场的多时间尺度投标决策模型,并基于混合范数距离构建场景树概率的模糊集,实现EVA投标决策在分布鲁棒优化框架下求解。然后,利用列和约束生成法解决构建的max-min-max-min 4层鲁棒问题。最后,通过仿真验证了所建模型在解决两阶段不确定性优化问题和提升投标策略经济性方面的优势。
