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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为实现多微网并入配电网后系统的全局稳定和经济成本最优,提出一种基于机会约束规划的含多微网主动配电网分布式优化管理模型。在微网侧以各微网运行成本最小为调控目标,而在配网侧对系统的网损和新能源消纳量进行优化调整。计及风光不确定及配网与多微网建模进行目标级联求解,进而将分布式模型通过交互功率进行等效替换,实现配电网与多微网运行解耦和不同主体分布式求解,在保护各主体间隐私的同时克服了常规约束的保守性,并对能量进一步合理分配以及利用机会约束规划分析系统中不同运行工况在各个越限概率下的优化结果。最后以改进的IEEE 33节点系统进行仿真验证,算例分析表明分布式优化模型具有可行性且在此模型下的含多微网主动配电网系统具备良好经济性与运行可靠性。
直流微网中常用下垂控制来维持直流微源间功率的合理分配,以保证直流微网稳定安全运行。但传统的基于下垂控制的荷电状态(state of charge, SOC)均衡控制策略由于自身特性会引发母线电压跌落以及系统功率分配不合理等问题,故提出一种基于虚拟直流电机控制的多储能SOC均衡控制策略。首先,将虚拟直流电机控制与自适应下垂控制相结合,利用虚拟直流电机控制为系统提供额外惯性和阻尼支撑,减小母线电压跌落,提高系统的暂态稳定性。其次,采用基于改进自适应下垂控制的SOC均衡策略实现多组蓄电池间SOC均衡以及系统功率的合理分配。最后,通过搭建光伏多储能直流微网仿真模型以及实验平台对控制策略进行验证,结果表明:所提控制方法在减小功率波动对直流母线电压影响的同时,可以实现多组蓄电池间SOC均衡。
“双碳”目标驱动下,电动汽车在交通能源转型中发挥关键作用,准确的剩余使用寿命(remaining useful life, RUL)预测可以指导电动汽车电池定期维护和降低事故风险。因此,提出了一个基于多任务集成学习的锂离子电池RUL预测模型,以实现行驶工况下RUL的准确预测。首先,通过增量容量-差值电压曲线,将健康因子量化为电导率损失、活性材料损失和锂离子损失;通过电化学阻抗谱,计算欧姆阻抗、电荷转移阻抗、固体电解质阻抗和Warburg阻抗。其次,基于多任务学习,分析了特征间相关性,保证了对特征的充分利用,降低了实验成本。然后,基于自适应鲁棒损失的改进轻量型梯度提升机,构建RUL预测模型,提高了预测准确率。最后,通过行驶工况下电池实验数据(振动工况:静置、X轴、Y轴和Z轴),验证所提模型有效性。结果表明:所提预测模型能够实现平均绝对误差小于1.4%、平均绝对百分比误差小于0.06%、均方根误差小于1.20%,所提预测模型有助于提高RUL预测准确率,保证电池稳定、安全运行。
可再生能源的接入使配电网面临运行方式不够灵活、负载不均衡、合环操作扰动大、可再生能源消纳能力受限等诸多问题,现急需一种运行灵活可控,能够对可再生能源快速消纳的拓扑结构。提出一种新型模块化交直流混联储能系统,该系统兼具分布式与集中式的柔性功率端口,适用于新型电力系统配电网柔性互联应用。系统采用模块化设计,分布式发电单元、储能单元和关键负载等多类型终端连接到级联H桥单元中压直流链路;各模块通过高频磁隔离通道连接至负载母线,将发电、储能端口配置成完全分布式结构;各模块交流侧串联连接实现与三相中高压交流电网的功率交互,从而形成低压直流、中压直流、中压交流的混合型端口。另外为维持系统稳定运行,进一步实现涉及交流电网、分布式发电、储能和负载的完全自主能量路由,提出一种分段能量管理策略。最后通过软件仿真验证所提模块化交直流混联储能架构及其控制策略的可行性。
可再生能源电制氢合成氨(renewable power-to-ammonia ReP2A)系统中的各主体与市场,各主体间均存在交易,文章研究了ReP2A系统中各主体在合作前提下进行电、氢交易的运行策略。首先,建立电-氢-氨合作联盟并应用纳什谈判理论来保证公平合作。其次,采用交替方向乘子法求解整体利益最大化和电、氢交易谈判支付问题。最后,以蒙西地区某工程构建算例进行分析,仿真验证所提策略的有效性。结果表明,电-氢-氨合作联盟利用联盟内外价格差来牟取电、氢市场利润,同时,可再生能源发电站寻求下游主体达成合作关系能降低可再生能源上网电价波动所造成的利润风险;电-氢-氨合作联盟通过协作和资源整合可应对外部电、氢市场的竞争。条件允许时,应鼓励可再生能源电制氢合成氨一体化工程开工建设。
氢储能具有跨季节、跨区域存储等优势,但氢能长时存储带来的短期闲置现象以及以新能源为主体的微网源荷波动较大等问题亟需解决。构建了共享氢储能作为容量备用的多微网双层运行优化方法,以氢储能短期闲置容量作为微网备用,保证系统可靠供电。首先,提出一种基于系统净负荷预测误差近似服从正态分布框架下的多微网备用容量设定方法。其次,引入氢储能聚合商,构建了基于共享氢储能容量备用的多微网双层优化模型,并采用改进多目标麻雀搜索算法求解。最后,通过我国西北某地区的3个微网进行验证,与独立方案相比,所提共享模式下合作联盟总运行成本降低了6.3%,碳排放量降低了29%,综合能效提升了4.8%。
针对电氢耦合系统运行时单体燃料电池输出功率有限和工作效率低难以维持系统在复杂工况下稳定运行的问题,研究了多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)功率分配策略,提出了一种计及多堆燃料电池功率分配的电氢耦合分层能量管理策略,将控制系统分为状态机控制层和设备控制层。以燃料电池运行效率最优为目标设计了多堆燃料电池功率分配方法,上层为状态机控制层,采集系统剩余功率、锂电池荷电状态(state of charge,SOC)和储氢罐氢状态(state of hydrogen,SOH),并将系统状态分为8种,下层为设备控制层,接收状态机发送的开关信号控制各设备选择不同的控制模式运行,使燃料电池尽可能运行于正常区间,提高燃料电池寿命和工作效率,减少系统运行状态的切换、提升电氢耦合系统抗扰动能力和光伏利用效率。基于Simulink平台仿真验证了所提分层控制策略的正确性。
作为一种优质的快速调节资源,电储能在系统调峰调频等关键场景中发挥重要作用的同时,依然面临着老化速率较快、规模化应用成本较高、经济效益难以保障等困境。对此,在深入挖掘储能系统经济-寿命影响特性基础上,提出了一种考虑储能系统循环寿命影响的主动配电网多时间尺度优化调度方法。首先,评估储能系统循环寿命与充放电深度间关联关系,并据此建立一种均衡考虑深度充放电场景下寿命损失与经济收益的储能系统精细化运行模型,以充分挖掘储能系统灵活调节潜力。其次,结合模型预测控制理论,提出一种考虑储能运行效益与寿命损失的主动配电网多时间尺度协调调度框架,以实现调峰等关键场景下系统储能容量的高效利用。该架构在日内阶段,建立考虑储能系统深度充放电影响的运行策略,并协调长短时间尺度下的快、慢响应特性资源;在实时阶段,基于超短期预测信息建立反馈校正调节模型,对储能等快速响应资源进行实时修正以跟踪新能源波动。最后,通过算例分析验证了所提方法可显著提升储能在调峰等关键场景下的利用效率,并有效改善含储能配电网的运行经济性与可靠性。
随着风力和光伏等新能源发电并网规模不断增大,传统同步发电机被逐渐替代,系统的支撑功能需由同步机承担转向由新能源发电设备承担,构网型控制技术可以使新能源发电设备具有频率支撑能力。针对目前对构网型变换器响应系统不平衡功率特点和支撑能力认识的局限性,基于设备统一化运动方程模型,提出了构网型变换器频率支撑能力评估方法,进而基于评估结果提出了进一步优化构网型变换器频率支撑能力的目标。由于构网型变换器一次调频响应较慢,为加快其在响应初期的支撑能力,设计了二阶虚拟同步环节,以达到虚拟惯量和阻尼参数不变的前提下获得更优的系统频率动态效果。MATLAB/Simulink时域仿真验证了所提二阶虚拟同步环节增强构网型变换器支撑能力,优化系统频率动态特性的作用。
深度学习模型已被广泛应用于超短期风电功率预测。对黑盒深度学习模型预测过程的决策逻辑进行解释和分析,有利于提升预测模型和预测结果的可信度,减小不确定性造成的电力系统运行风险。对此,文章针对经典的长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)超短期风电功率预测模型,提出了一种基于决策树混合专家模型(decision tree mixture of experts, DTMOE)的模块化代理解释方法。将LSTM模型内部的预测过程分解为两个相对独立的模块,采用DTMOE分别对两个模块的输入输出进行拟合,通过分析DTMOE的拟合结果对LSTM模型的预测过程和逻辑进行映射解析。算例分析表明,DTMOE模型对原始黑盒模型有较高的拟合精度与可解释性能力;DTMOE模型的可视化结果可以解析和展现LSTM模型预测过程的决策路径以及关键影响特征。
含跟网型(grid-following,GFL)静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风场内集电电缆投入后可能出现高频振荡问题。针对这一问题,利用谐波线性化方法分别建立双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)、构网型(grid-forming,GFM)SVG和跟网型SVG的序阻抗模型。基于所建风场联合序阻抗模型进行阻抗分析发现,由于跟网型SVG在高频段呈现容性特征,投入集电电缆后风场系统高频段阻抗呈现负阻尼特性,导致高频谐振发生风险增高。与无电流内环的构网型SVG相比,含电流内环的构网型SVG不但动态响应速度快,而且具有虚拟阻抗限流等功能,因此提出一种基于构网型双环SVG虚拟阻抗优化的风电场高频谐振抑制措施,通过虚拟阻抗优化实现对系统整体阻抗的重塑,进而抑制高频谐振的发生。最后,通过仿真验证了理论分析和所提高频谐振抑制方法的正确性。
在低压微电网中,由于线路阻抗的不匹配问题,导致传统的并联逆变器系统无法实现功率的精确均分,且系统间存在较大环流。对此,在分析逆变器功率均分机理和环流特性的基础上,提出一种无需通信的自调节虚拟阻抗控制策略,引入虚拟负感抗抵消线路的感性成分,保证功率解耦,以环流作为反馈信号自动调节虚拟阻抗项,有效实现了有功功率的均匀分配以及环流的抑制。同时,提出一种改进双矢量模型预测控制(model predictive control, MPC)策略对矢量作用时间进行重构,降低系统输出电流的谐波含量,实现电压矢量的全局最优控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略能够使并联系统均分负载功率,对环流有明显的抑制作用,系统动态响应性能得到提升,验证了控制策略的可行性及有效性。
分布式灵活资源的大量接入为配电网运行带来了潜在的调节资源,与此同时,电能共享概念的提出为促进灵活资源的优化配置和市场化应用提供了新的解决思路,然而如何对海量分散灵活资源进行稳定聚合以参与本地市场亟待解决。提出了一种考虑用户有限理性的需求侧电能共享价格套餐设计方法。首先建立了产消者用户与电力零售商之间的电能共享零售框架,提出了共享套餐的零售模式。然后,考虑产消者用户的有限理性特征和风险偏好,基于累计前景理论(cumulative prospect theory,CPT)建立了用户累计前景效用模型,进而构建了产消者用户的电能共享决策模型。最后,基于主从博弈理论建立了零售套餐交易过程中零售商-用户之间的博弈模型,并通过灰狼优化(grey wolf optimization,GWO)算法进行寻优求解。算例结果表明,所提的价格套餐模式能够针对差异化的产消者用户提供个性化的共享价格套餐并实现对灵活资源的聚合引导,在满足用户累计前景效用的情况下实现零售商日收益的最大化,同时通过电能共享有效缓解了配电网峰谷时段的运行压力。
调峰辅助服务市场可以组织可调负荷、储能、火电、抽水蓄能等多元主体实现削峰填谷,化解可再生能源消纳的发电风险。但关于调峰服务市场的出清竞价模型研究对多元主体参与的电力调峰出清竞价研究仍不够充分,而且现行的分时竞价机制忽视了同一时段电力调峰服务品质的差异性,缺少分段竞价理论在电力调峰服务方面的应用研究。对此,基于分段竞价理论,采用价格分段代替传统的容量分段方法,并将价格分段点作为求解变量纳入出清定价的优化求解过程,提出了适用于电力调峰市场的价格分段竞价交易机制,综合构建了考虑多元主体参与的调峰服务市场分段竞价优化模型。最后通过仿真算例对比多种竞价机制结果,验证了多元主体参与及价格分段竞价机制对降低调峰服务总费用的效果,实现了不同类型调峰资源的定价区间与其调峰服务质量相匹配,并对价格区间数量等参数进行了简要分析。
针对双轨制新能源参与现货市场,分析了其存在问题与解决思路,采用“单轨制现货市场+管制电价干预机制”思路,提出了新能源参与现货电能量市场的电力交易与结算方式。在现货市场中消除计划与市场分割,所有发用电侧均参与市场竞价与出清,建立了日前机组组合和实时经济调度真正由现货市场决定的资源配置机制,据此构建了双轨制不平衡资金分类与责任认定;通过中长期政府授权差价合约(contracts for differences, CFDs)和二次结算,以金融财务方式转移优发优购平衡责任,有效解决直接参与现货成本回收能力不足的问题,并能够与现行优先优购与价格补贴政策配套协同。IEEE 39节点系统算例验证表明其能够减轻市场扭曲、科学分类与认定优发优购平衡责任,与优发优购政策有效衔接的同时,实现资源配置优化与双轨制不平衡资金分类疏导。
