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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随着新型电力系统发展快速推进,分布式新能源、储能、电动汽车等新业务将大规模接入配电网,适合的通信技术是支撑业务传输、保障配电网安全可靠运行的重要手段。文章对新型电力系统背景下配电网业务的传输需求与可用通信手段的技术性能进行梳理,提出了考虑接入、覆盖、经济、可靠、安全的多维度评价指标体系;其次,提出了基于贝叶斯最优最劣(Bayesian best-worst method, BBWM)和折中解决方法(measurement alternatives and ranking according to compromise solution, MARCOS)的主客观赋权适配性综合分析模型;最后对中压、低压配电网典型业务与通信技术开展适配性分析,进而提出配电网全业务与通信技术适配体系。
精确的短期负荷预测能通过预知所需用电负荷来指导电网的调度运行。但电力负荷不仅与用户用电习惯相关,还容易受到温度、湿度等气象因素的影响。因此,文章在现有的使用负荷历史数据基础上,增加了影响区域型电力负荷的气象数据,并考虑高维气象参量数据对预测算法的过拟合问题,提出了基于稀疏核主成分分析(sparse kernel principal component analysis, SKPCA)的高维气象数据降维方法。进而以历史负荷功率和SKPCA重构后主成分为输入,构建了基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和长短时记忆(long-short-term memory, LSTM)神经网络的混合深度学习预测模型。CNN-LSTM模型可以同时提取负荷功率及气象数据的空间和时间相关特征,从而全面利用数据的时-空相关性特征,提升负荷功率的短期预测精度。相比于常见的数据降维和负荷预测方法,文章所提方法的数据维度降低了71.43%,预测精度达到了98.92%。结果表明,所提算法融合通过SKPCA降维后的气象数据能够显著提升区域型电力短期负荷预测准确度。
在由构网型(grid-forming,GFM)与跟网型(grid-following,GFL)逆变器主导的孤岛微网系统中,GFL逆变器主动参与功率的二次调节可增强微网系统的无功功率调节与带载能力。然而,由于逆变器容量不等、控制方式不同以及输电线路阻抗不匹配,实现异构逆变器间无功功率均分面临困难。文章将倒下垂控制应用于GFL逆变器使其具备类似GFM逆变器的功率下垂特性,并分析了GFM与GFL逆变器互联下无功功率的分配原理;在此基础上,提出一种通过相邻逆变器无功功率偏差信息驱动的自适应虚拟阻抗策略,实现GFM与GFL逆变器在不同输电线路阻抗、不同分配比例下的自适应无功功率均分,并给出相关控制参数的选取方法;最后,在MATLAB/Simulink中测试所提策略在线路阻抗变化、负荷投切、逆变器容量不等与即插即用场景下的适用性,验证了理论分析的正确性。
高比例可再生能源的大量接入和新型用电设备的增加,使得配电网逐渐向区域化、网格化转型,中低压交互、多台区互联的交直流混合配电网将成为配电网的发展趋势。鉴于此,提出了考虑多台区互联的中低压交直流混合配电网功率双层协同优化调度方法。以综合成本最小为目标建立交直流低压台区功率优化调度模型,得到各个台区内储能充放电策略和电动汽车V2G(vehicle to grid)策略;以系统综合电压偏差最小、综合运行成本最小为目标,建立中压优化模型,得到互联换流器的交换功率。将上下层结果互相传递迭代优化,直至中压配电网和各个低压台区全部收敛。最后,以改进的IEEE 33节点算例系统对所提方法进行了验证,算例结果表明,所提方法能够有效减小系统网络损耗,平抑电压波动。
新型电力系统中,分布式能源的大规模接入扩大了系统暴露面,使得智能终端中的后门极易被攻击者利用。因此,提出了一种结合代码特征和运行状态的智能终端后门检测方法。首先,分析并总结了后门的异常行为及其代码特征,从字符串特征和函数调用序列特征两方面提出了智能终端后门的静态检测方法。然后,针对智能终端功能行为固定的特点,从文件状态、网络状态和隐藏行为三方面提出了基于运行状态的检测方法,通过对后门恶意行为的动态检测实现后门检测,进一步提高检测准确率。实验结果表明,提出的后门检测方法可以有效发现电力智能终端后门的代码和行为,检测准确率为98.5%,误报率为0.8%。
城市电网负荷密度高、重要负荷多,提升其在极端事件下的生存能力有助于保障重要用户不间断供电,提升电网反脆弱能力,减小极端事件带来的影响和损失。提出了面向极限生存能力提升的城市配电网反脆弱规划方法。首先,提出了基于随机规划理论的城市配电网韧性规划两步骤决策框架,第一步确定候选线路加固/升级方案集合,第二步基于随机规划理论确定线路规划方案下的分布式电源最优部署方案,考虑投资经济性和极限生存能力提升效果等因素,确定最终韧性规划方案。其中,针对不同候选线路加固/升级方案,考虑可能遭遇的极端灾害,提出基于蒙特卡洛模拟和K-means聚类的极端场景生成及代表性场景筛选方法。其次,以投资经济性最优和极限生存能力提升最大化为目标,将分布式电源的规划问题构建为两阶段随机混合整数规划,并基于前述极端场景将随机规划转化为确定性的混合整数线性规划。最后,采用IEEE 33节点测试系统与123节点测试系统进行算例分析,验证所提方法的有效性。
地震等极端灾害可使主动配电网(active distribution network,ADN)和交通网同时遭受严重损害,进而引发交通道路受损拥堵和大面积停电事故,给电网恢复供电造成困难。对此,从震后交通网和ADN特征着手,提出一种融合有限源荷资源、网络重构和抢修调度的ADN动态协同恢复策略。首先,基于震后交通网与ADN难以割裂和互为映射的联接关系,构建交通网道路与配电网线路的联合灾损模型,并建立计及通行能力和交通流量综合影响的交通网抢修通行时间模型以及结合负荷时需和重要性的ADN恢复韧性指标;其次,构建考虑震后交通网路况的ADN分层动态协同恢复优化模型,外层以恢复韧性指标最大和总抢修时间最小为目标,内层以最小化停电损失和加权开关动作次数为目标;然后,采用改进灰狼优化算法求解所提模型,协调优化多类型发电、应急需求响应负荷、网络重构和抢修队等资源,提升震后ADN韧性;最后,通过地震灾损场景下的算例分析,验证所述策略的可行性和有效性。
为定量分析开关设备和不同馈线自动化模式对配电网弹性水平的影响,提出了一种考虑开关设备和馈线自动化模式的配电网弹性评估方法。首先,构建分块-断路器关联矩阵确定故障情况下开关设备动作状态,分析集中型馈线自动化、电压时间型就地重合式馈线自动化、速动型智能分布式馈线自动化3种馈线自动化模式的动作逻辑过程,得到不同模式下非故障区域负荷停电时长计算式;其次,从宏观结果和微观过程2个层面构建弹性评估指标体系,对开关设备和不同馈线自动化模式对配电网弹性水平的影响进行多维度评估;最后,基于改进的IEEE-33节点配电网开展算例分析,验证了所提评估方法的有效性。
为了减少海上风电场有功网损,提出一种基于二阶锥凸松弛的海上风电场无功出力优化模型。该模型考虑最优潮流过程中所涉及的电网稳定要求与安全裕度,在各风机最大化有功出力的前提下,优化各风机无功出力,以减少网损,提高风场整体出力。通过二阶锥凸松弛的数学优化方法,解决多种约束下的潮流优化问题,给出了最大化风电场整体有功出力下的各风机无功出力最优值。最后,以舟山普陀海上风电场为例,对各机组无功出力进行了优化,并与基于启发式的粒子群优化算法和经典的内点法优化算法进行了对比,结果表明所提算法能明显减少系统有功损耗,提升风电场整体有功出力。
为降低电力系统碳排放量,促进大规模风电的并网与消纳,并考虑风电不确定性给系统运行带来的影响,提出了计及碳捕集和旋转备用容量配置的低碳优化运行方法。首先,对综合灵活运行碳捕集电厂的运行机理和备用原理进行分析。其次,考虑风电与负荷预测误差引起系统运行风险,使用条件风险价值(conditional value-at-risk,CVaR)度量优化运行过程中的风险,以系统各项运行成本最优为目的,建立所提方法的低碳优化调度模型。最后,使用拉丁超立方采样以及场景缩减方法将随机性问题进行确定化处理,以IEEE 39节点系统为例进行分析,验证了碳捕集电厂能够降低CO2排放和为系统提供旋转备用容量,同时也为调度决策人员提供更多的选择方案,使系统的低碳性、稳健性与经济性得到提升。
风电机组采用虚拟惯量控制的能量主要来源于转子动能。受风速不确定性以及机组自身状态影响,风电惯量水平难以估计。针对此问题,提出了考虑风速时空分布和机组运行状态差异的有效惯量估计方法。首先,建立风电场风速分布概率模型,利用混合Copula函数在相关性拟合方面的优势,结合尾流效应快速分析相邻机组风速。其次,对不同运行状态以及不同控制参数下的风机虚拟惯量响应过程进行解析。最后,提出了考虑风速时空分布及机组运行状态差异的风电场有效惯量估计方法。根据某风场实际数据构建了风电场惯量响应仿真模型,验证了所提风速相关性模型具备较高的计算效率与准确度;评估得到的有效惯量响应能力能够较真实反映风机的实际响应过程。
随着光伏渗透率的增加,从电网经济性和稳定性的角度考量,调度光伏的需求也愈发强烈。然而,传统电网调度都是基于可用容量固定的发电设备,对于光伏的调度则需要考虑实际可用容量不确定性变化带来的影响。目前的调度算法都是将光伏可用容量的不确定性量化为概率函数或可放缩的变量处理,或是用训练后的模型自适应光伏波动,无法实现对光伏功率偏差的准确响应。因此,提出了一种多时间尺度的光伏调度算法,在长时间尺度上,用集中式算法根据最优潮流模型求解网损最小和平均电压最小的光伏调度策略;在短时间尺度上,用分布式一致性算法实现功率偏差在各光伏电源之间的平均分担,以备用功率补足功率偏差。给出了集中式算法的潮流模型及其基于二阶锥松弛的凸优化模型,以及分布式算法的实现原理和伪代码。最后,在标准IEEE-5节点和IEEE-14节点系统上进行了功能验证。
合理疏导高比例新能源接入下电网输配电成本是推进新型电力系统建设的重要环节。针对高比例新能源接入催生的输配电成本分摊疏导问题,提出了面向系统接网成本和强化成本的多主体划责分摊模型。首先,对于接网成本,考虑到新能源企业成本承担能力存在差异,以企业异质性为特征聚类甄别得到新能源企业集群后,基于新能源企业集群内部成本责任度量分摊接网成本。其次,对于强化成本,基于强化成本效益核算源网侧电网强化成本,分析新能源并网风险因素,考虑强化成本的共享属性构建新能源企业聚合体-联盟聚合体双层成本分摊结构,并引入风险因子量化新能源并网风险对强化成本的影响程度,进而采用不可分成本衡量新能源并网风险,提出基于EANS-Owen值的强化成本分摊模型。最后,通过算例验证了所提模型能公平合理疏导输配电成本,为面向新型电力系统的电网投资规划提供理论支撑。
随着深度脱碳进程的不断推进,高比例新能源并网易引发的弃风与缺电并存现象亟待解决。为此,提出一种提升电力保供能力的配电市场点对点交易机制,以保障源荷不匹配期间的电力供应。首先,介绍了面向电力保供的配电日前市场交易机制,同时提出引导电力大用户参与电力保供的基本策略;其次,构建了配电市场中各参与主体的最大化利润模型;进而,利用自适应交替方向乘子法求解该模型得到市场出清结果和各参与主体的能量管理策略;最后,通过算例验证了所提模型的有效性及计算方法的正确性。仿真结果表明,风电不足时,通过政策引导电力大用户向居民用户售电可保证电力供应;该策略还可减少电力大用户购电成本4%,提高5%的运行效益。
针对我国持续提升风电消纳能力和实现可持续发展的目标,结合电力现货市场建设需求,研究和提出了考虑风电时空特性和相对负荷功率波动对系统运行影响的风电平衡成本分摊方法。借助“等电量-顺负荷”方法构造了零风电平衡成本等效场景,对系统进行日前优化调度,通过对比预测场景和等效场景优化调度的系统总运行成本,求解调度周期风电总平衡成本;在考虑各风电场空间分布及容量的基础上,建立了各风电场间的平衡成本分摊模型;提出了定量描述风电相对负荷波动功率时序演进特征的指标即分时段相对波动率,并给出相应的模型;基于分时段相对波动率获取局部波动影响因子对风电调度周期总平衡成本逐时段进行分摊,得到风电分时段平衡成本。以某含高比例风电地区网架结构为例,对不同风电并网容量、不同风电波动程度系统的分时段平衡成本进行了测算,验证了所提计算方法和模型的有效性。
