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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随着电力市场化改革不断深化,电力系统开放程度不断上升,电力系统输电阻塞及对应产生的阻塞费用不断增加。如何有效、合理分配阻塞费用是实现电力系统稳定运行,保障电力市场有序竞争中的关键一环。文章从国外典型电力市场阻塞费用分配办法出发,总结国内现货市场阻塞费用分配机制存在的共性问题,如目前中长期合同结算参考点仍然设置在用户的统一结算点。文章结合南方(以广东起步)区域电力现货市场阻塞费用分配机制现实情况,通过算例理清不同发展阶段阻塞费用分配机制的演化逻辑,为完善相关机制建设提供参考。文章建议应放开中长期结算参考点的选择,使用户与发电侧自行协商,并逐步放开用户侧结算价格的限制,使得节点电价发挥其市场信号的作用。
新能源具有清洁低碳的“正外部性”,同时也具有随机波动的“负外部性”。当前电力现货市场主要基于运行经验调整出清边界以应对该随机波动特性,难以准确、解析反映新能源接入引起的源荷平衡特性变化,无法有效发挥电力现货市场在激发系统运行灵活性方面的调节作用。对此,文章分析了新能源随机波动特性对多重市场出清边界及成本特性的影响,并探讨了其在出清模型中的表征思路。随后,以调频里程服务为例,揭示了新能源特性对调频里程需求的影响,并提出计及机组调频里程响应模式的日内市场出清模型,可解析反映上述影响。仿真结果表明,所提方法能在提升系统频率性能的同时,保证系统运行经济性,验证了方法有效性。
在电力现货市场运营中普遍存在发电侧市场力形式多、影响大、防范难、监管难的问题,给电力市场运营带来巨大风险和挑战,因此对电力市场力风险有效防范研究具有重要现实意义。基于激励相容、个体理性及社会福利最大化的设计目标,提出了一种将市场风险防范措施嵌入到现货市场出清算法的市场力风险防范方法,综合考虑了市场主体的当日市场交易行为和历史行为表现,通过在市场出清环节建立违规惩罚成本和系统价格权拍卖结算机制,降低违规行为市场主体出清的优先级,有效抑制市场主体行使市场力的意图,从而将风险防范前置到出清环节,实现防范风险于未然,有效解决市场力风险发生后的处置难、影响恢复难问题。最后,利用IEEE 30节点系统算例,验证了所提方法的可行性和有效性。
随着电力市场建设不断完善,电力市场交易电量占比不断攀升,电网逐渐由常规机组主导的计划方式向高比例新能源的市场方式转变,使得新型电力系统运行及规划面临严峻考验。为此,在电力市场情景下针对新能源高渗透率的消纳问题进行探讨,提出一种促进风光高效消纳的解决方案。首先提出了对于风光等新能源出力的模拟方式,并利用场景削减技术获得典型出力;进而从日前市场的角度出发,提出了计及系统网络约束的实时平衡市场出清模型并将全系统弃风、失负荷惩罚费用加入模型;最后,针对不同弃风、失负荷情景进行量化对比分析,提出了一种高比例可再生能源接入电力系统后的可行消纳模式。该模式有望从电力市场设计角度助力“双碳”目标的实现。
在“双碳”目标导向下,我国新能源总装机容量逐年攀升,新能源消纳问题凸显。随着电力市场改革日益推进,电采暖等中小负荷可以通过聚合参与电力市场交易,推动源荷互动,促进新能源消纳。文章在日前市场,以风电场作为发电商,以电采暖负荷聚集商作为需求侧,根据热惯性时间长短分别提供分段报量报价曲线,采用排序法在交易中心对电量电价进行双边交易,并利用改进Shapley值法综合考虑用户经济性和舒适性,根据个人满意度对成交电量在需求侧进行合理分配。最后,通过算例验证了文章所提方法的有效性。结果表明,所提方法能够协调源荷效益,实现社会福利最大化;同时兼顾用户舒适性与经济性,提高社会整体满意度。
在“双碳”背景下,新型电力系统承载电力系统低碳转型的重要任务。为了更好地促进新能源的消纳,同时有效促进需求响应参与电力系统运行,针对主动配电网的运行优化,提出了基于重力储能和需求响应的主动配电网多目标优化模型。目标函数一考虑主动配电网运行和用户用能的总成本,目标函数二选取主动配电网的等效碳排放成本。由于风光出力的不确定性,利用鲁棒优化理论将不确定优化模型转换为确定性优化模型,同时构建了基于NSGA-Ⅱ算法的运行优化求解方法。最后,在三种场景下对模型进行求解,结果表明系统配置重力储能,同时开展需求响应除了能减少碳排放量之外,还能达到削峰填谷的目的,系统有较好的运行经济性。
为实现互联多区域电网系统的频率稳定,负荷频率控制需要通过开放通信网络获取信号和发送命令。在开放的通信网络环境下,系统不免会受到天气、网络攻击等外界环境的干扰,引起电网频率波动。例如拒绝服务(denial-of-service, DoS)攻击,这些因素会阻止一定数量的信号传输,从而降低负载频率控制方案的性能,甚至导致电网系统不稳定。针对测量通道和控制通道拒绝服务攻击下互联多区域电网系统,完成弹性负载频率控制。首先给出DoS攻击频率和持续时间满足的假设条件,然后设计灵活的弹性控制器,保证闭环系统的输入状态稳定性,并确定合适的采样机制,实现系统性能和通信资源的有效折衷平衡。最后,以两区域互联电网系统为对象进行仿真,得到所提方法能够有效地克服DoS攻击和扰动带来的影响,保证了闭环系统的输入状态稳定性,验证了此方法的有效性。
随着分布式电源的规模化接入,针对极端灾害引起的大规模停电事故难以采用传统的配电网故障恢复策略。首先,提出了极端灾害下考虑源网荷储协调优化提升配电网韧性的策略框架。其次,针对分布式能源出力的不可控性和时变性,建立了光储和风储系统模型(optical storage and wind storage system,OWS)。同时,考虑到负荷的价格需求弹性,建立了极端灾害下的负荷需求响应(load demand response,LDR)模型。再次,以负荷恢复的总价值最大为目标,考虑LDR补偿、故障抢修与网络重构过程中的网损成本,建立了考虑源网荷储协同优化的配电网韧性提升模型。最后,在改进的PG&E 69节点配电网系统算例中验证了所提策略的有效性,结果表明利用多能互补的特性进行源网荷储的协同优化有利于提高配电网的故障恢复能力。
针对少量稀疏样本下大规模电力系统频率稳定高效评估的难题,提出了一种基于极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)的系统动态频率响应曲线预测方法。采用串行集成的多棵回归树,精细化挖掘输入特征与动态频率响应之间的非线性映射关系;将敏感因子引入损失函数以在训练过程中降低样本分布差异带来的影响,并基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)实现对XGBoost超参数的自动调优。该方法不仅可以快速输出最大频率变化率、频率极值、准稳态频率等典型指标,还能实现扰动事件下系统惯性中心频率响应曲线的预测。基于某实际电网数据开展了算例测试,与时域仿真、浅层神经网络、深度学习等方法所得结果进行比较,验证了所提方法的优势。
针对配电网发生单相接地故障的电气量特征难以提取,故障选线准确性与鲁棒性难以保证,给电网安全稳定运行带来巨大隐患问题,提出一种基于注意力(attention)机制-卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)的配电网单相接地故障选线方法。首先,采用S变换将故障各线路时序零序电流数据转化为CNN可识别的二维输入矩阵;其次,在传统CNN分类算法进行故障选线的基础上引入注意力机制,建立了基于Attention-CNN的故障选线新模型;最后,通过仿真数据与工程实际数据验证模型的选线结果,并将所提Attention-CNN模型与同类CNN优化方法在不同干扰条件下的性能进行对比。结果表明,所提Attention-CNN模型能够大幅提高选线效率,减少迭代次数,实现更高效、准确的故障选线,具有较强的实际应用价值。
现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)具有数据并行度高、运行频率高等优点,可以满足电力系统微秒级步长的精细化仿真需求,在微电网实时仿真中展现出巨大潜力。为了深入研究光储微网中光伏和储能系统的动态特性,基于FPGA设计了光储独立低压直流微电网实时仿真系统。首先搭建了低压直流微电网实时仿真框架,设计了一系列电气系统典型模块。其次考虑到实时仿真的不同动态需求,搭建了涵盖多种控制策略的光储控制系统模型。然后在此基础上提出了基于直流母线信号(DC bus signaling,DBS)的分层协调控制策略,通过协调光储变换器的控制策略平衡系统能量流动。最后将FPGA实时仿真结果和Simulink软件作对比,一方面验证了FPGA实时仿真器的精确性和可靠性,另一方面也验证了分层协调控制策略可平滑切换工作层区,自主平衡系统功率流动,有效维持直流母线电压稳定。
基于固态变压器(solid state transformer,SST)的交直流混合配电系统对于大规模消纳可再生能源具有重要意义,可靠的控制策略是保障混合配电系统稳定运行的关键。提出了基于SST的交直流混合配电系统协调运行控制策略,子网内“源、储、荷”的控制策略可自主实现子网内部的功率平衡;低压级能够维持低压交流母线电压,并实现交直流子网的互济互助;隔离级耦合中压直流母线与低压直流母线,支撑中压直流母线电压;中压级能够构建中压交流母线电压,实现低压级与中压级的互相支撑,并且在离网和并网时均采用电压源输出形式,无需切换控制策略,配合预同步控制实现模式间的无缝切换。RTDS仿真结果表明,系统可采用统一控制策略,无通信实现基于SST的交直流混合配电系统的功率协调与多模式间无缝切换,验证了所提控制策略的有效性与可行性。
短路比对风电并网系统的小干扰稳定性有重要影响,常规机理性或仿真分析仅关注特定场景下参数的影响,而缺乏全工况下的宏观把握,文章提出多元线性回归方法来解决这一问题。首先介绍风电并网系统中重点关注的两类小干扰稳定性(包括同步稳定性和次/超同步振荡稳定性)的机理与分析方法;其次回顾新能源场景下单机系统短路比定义;然后构建基于多元线性回归的统计性分析方法,通过对大量判稳算例进行回归分析来总体评估小干扰稳定性的影响因素;最后将所述方法分别应用于直驱和双馈风电机组并网系统,分析了短路比对同步稳定性和次/超同步振荡稳定性影响的量化特征。研究结果可用于指导短路比指标在风电系统小干扰稳定性评估中的应用。
可充电无线传感网 (rechargeable wireless sensor network, RWSN)凭借其易部署、可扩展、自组网等特点,可全方位控制微电网源网荷储信息采集的深度和广度,提升微电网智能调度水平。孤岛微电网复杂的工作环境增加了传统人工运维以及移动充电装置补能的难度,因地制宜选取高密度光伏能量源构建面向孤岛微电网智能监测的分布式光伏供能无线传感网络(solar-powered wireless sensor network, SPWSN)能量自维持框架,研究光伏捕能簇头协同无线信息能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术的能量调度策略,可以在全双工模式下为簇成员节点供能以满足网络监测需求。为实现网络能效最大化,提出了光伏捕能协同SWIPT能量调度优化算法,基于多层迭代解耦优化方法将强耦合非凸分数规划问题分解为光伏捕能簇头部署、簇头能量广播及时间分配、节点采样控制三个子问题进行优化求解。仿真结果表明,所提算法较现有算法在提高网络能效和光伏供能网络稳定性上有较大提升,满足信息采集系统的全时段监测需求,为孤岛微电网能量管理提供了一个绿色、高效、可持续的无人化信息采集系统。
区块链技术自提出以来被应用到各行各业中,因其透明安全的交易环境以及共同维护的节点信息被人们应用到虚拟电厂(virtual power plant,VPP)中,满足VPP聚合各类分布式能源,构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系以及电力系统安全运行和综合防御体系。从区块链与VPP的概念出发,对共识机制、加密技术、分布式存储以及智能合约四个方面在VPP的适用性与应用场景进行了分析。最后对区块链在VPP应用中遇到的问题进行分类总结,旨在提升VPP与分布式电源交易的灵活性以及数据管理的安全性,为VPP与区块链进一步结合优化电力市场结构提供了思路。
