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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相较传统电力系统,含新能源的交直流混联系统结构更加复杂,其稳定评估难度更大,且稳定影响因素的甄别和解释性较差。针对上述问题,首先选择新能源和直流特征量作为稳定评估模型的输入,并由sigmoid函数得到样本预测值与稳定结果之间的关系,提出一种基于极致梯度提升树(extreme gradient Boosting, XGBoost)的交直流混联系统暂态功角稳定评估方法;为进一步分析特征量对系统暂态功角稳定的影响,提出基于SHAP(Shapley additive explanations)的特征量可解释分析方法,从全局说明新能源和直流特征量的重要性,并从全部样本的角度反映各特征量值本身的大小与稳定结果的促进和抑制关系,再从局部得到特征量对单个样本稳定结果的影响;最后在某500 kV实际交直流混联系统上进行仿真验证,证实了该评估方法的准确率较高且SHAP能有效解释新能源和直流特征量对交直流混联系统暂态功角稳定的影响。
近期,某实际新能源经柔直送出系统出现了40~60 Hz的近工频正序和负序振荡现象,导致新能源降出力运行。新能源经柔直送出系统的近工频振荡较其他频段振荡的机理更为复杂,影响因素更多。针对直驱风电场经柔直送出系统近工频振荡稳定性问题,建立了含正/负序控制的直驱风电机组和柔直送端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的精细化阻抗模型,从阻抗特性角度揭示了直驱风电场经柔直送出系统产生近工频正/负序振荡的机理;定义了参数相位裕度灵敏度,量化分析了直驱风电场柔直送出系统近工频振荡稳定性的关键影响因素。最后,搭建直驱风电场经柔直送出系统的电磁暂态仿真模型,仿真复现了实际系统的近工频正序和负序振荡现象,并验证了近工频振荡机理分析的正确性。
针对空载线路投入引起的多端柔性直流(modular multilevel converter multi-terminal direct current,MMC-MTDC)输电系统高频谐振的问题,首先建立了MMC高频简化阻抗模型,基于阻抗分析法分析了空载线路投入引发单个MMC发生高频谐振的电气机理,分析发现由于空载线路投入使得MMC交流侧等效阻抗在高频段呈现负阻尼,继而引发高频谐振。而后针对不同控制方式下的受端换流站进行联合建模,通过对高频谐振能量在站间的传播路径及其对受端MMC运行影响的研究,发现MMC交流侧高频谐振能通过直流线路对其他MMC产生影响,其影响程度与外环控制方式有关。针对高频谐振问题,采用电压前馈增设带阻滤波器的抑制策略,消除了MMC在高频谐振点的负阻尼,完成了对起振MMC的阻抗重塑,有效抑制了MMC高频谐振,并降低了高频谐振能量传播对其余MMC的负面影响。最后利用RT-LAB5600实时在线仿真平台,验证了MMC高频谐振分析方法的正确性与相应抑制方法的有效性。
“双碳”目标推动下新能源快速发展,电力系统不同时空尺度下的能量和功率平衡面临着巨大挑战,亟需开展未来电网尤其是配电网路径构建相关研究。具有自平衡调节能力的综合能源网络——微能网可充分发挥电网在推动能源零碳/低碳化生产消费中的枢纽作用,将在未来电网转型升级中发挥举足轻重的作用。首先,总结对比了传统配电网、主动配电网、未来低碳配电网发展演进阶段和模式;其次,基于未来新型“源网荷”特征,提出一种通过构建微能网,并利用微能网单元与配电网互联互动,自下而上逐层演变的未来配电网构建思路,并给出了一种原子型未来配电网组网形态构想;最后,从不同角度对未来配电网演化构建的研究方向进行了展望。
分布式电源(distributed generation, DG)的并网运行改变了传统单辐射式供电网络结构,同时潮流和负荷电流的双向流动影响了电力系统的安全稳定运行。针对分布式新能源接入10 kV配电网场景下的线路保护适应性进行分析,根据分布式电源接入位置不同,理论分析了新能源电源接入造成的助增电流、外汲电流、反向电流等对配电网现有保护的影响,明晰了分布式电源容量对保护性能的影响,量化了10 kV配电网保护性能边界条件,对于后续的保护配置方案以及保护新原理的研究提供理论支撑。仿真结果验证了保护适应性分析的正确性。
质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢技术因其快速响应、宽功率范围动态可调优势和良好的波动适应性,可作为灵活调节资源,支撑电网供需双侧动态匹配,提高新能源利用率。从单电解池/槽模型入手,涵盖配套辅机,基于水、热、电、气四个方面,总结分析了国内外电解制氢系统的建模方法及研究进展,阐述各模型的适用条件及参数的选取依据,并对PEM制氢系统的改进方向进行展望。通过建模仿真可以明晰电解制氢系统动静态性能规律与行为特性,有效地支撑系统的设计、运行及控制优化。所进行的研究综述对PEM电解制氢系统的模型建立、开发研究及仿真分析有一定的理论价值与指导意义。
在新能源并网规模逐步提升的背景下,针对广域互联电网的多储能规划问题,建立考虑区域电网互济的储能系统联合规划优化配置模型。首先,建立多区域电力系统的网络等效模型,以刻画多区域互联系统的功率互济关系,并提出多区域系统的机组启停安排方法,计算不同区域的机组日内启停方案。其次,针对互联电网的多区域储能协同规划问题,建立计及功率互济的多区域储能联合双层优化配置模型。模型外层以多区域新能源总弃量最小为目标,优化计算各区域的储能配置;内层以区域间传输功率与区域注入功率的波动量最小为目标,以获得火、储以及新能源的最优出力方案。然后,利用全场景近似网损和联络线综合利用率,实现多区域储能规划方案的效益评估,实现储能投资价值的量化。最后,通过算例分析验证所提模型及方法的有效性。算例分析表明,所提模型可充分兼顾各区域新能源消纳要求,有效提升全网消纳指标,节约储能系统投资,可应用于广域互联电网的储能系统协同规划。
新能源发电的高不确定性导致净负荷的数据分布偏移更加严重。数据分布偏移导致模型在历史数据中学习到的特征信息不再完全适用于未来数据,从而给净负荷预测(net load forecasting,NLF)带来了挑战。因此,考虑到净负荷中更严重的数据分布偏移问题,提出了一种基于不变风险最小化-不确定性加权-长短期记忆神经网络(long short-term memory neural network,LSTM)的短期居民净负荷预测方法,以提升净负荷预测精度。首先,通过不变风险最小化(invariant risk minimization,IRM)建立了一个双目标问题,包括准确预测和学习跨不同数据分布的不变特征。其次,通过长短期记忆神经网络(long short-term memory neural network,LSTM)处理时间序列数据的非线性特征。然后,通过基于不确定性加权(uncertainty weighting,UW)的目标平衡机制避免过度实现任一目标。此外,通过引入分位数回归将所提方法扩展到概率预测。最后,通过基于澳大利亚Ausgrid公司提供的真实居民电表数据从确定性预测结果、概率预测结果、不同数据分布偏移程度和不同光伏渗透率等多个维度验证了所提方法的有效性。
为了进一步降低综合能源系统(integrated energy system,IES)碳排放量,提升其能源利用率,提出了一种在阶梯式碳交易机制下考虑需求响应(demand response,DR)的IES优化调度策略。首先从需求响应角度出发,考虑到多种能源之间具备协同互补与灵活转换的能力,引入电-气-热的横向时移与纵向互补替代策略并构建DR模型;其次从全生命周期评估的角度出发,阐述碳排放权初始配额模型,并对其加以修正,然后引入阶梯式碳交易机制,对IES的碳排放进行约束;最后以能源购买成本、碳排放交易成本、设备维护成本、需求响应成本之和最小化为目标,并考虑安全约束构建低碳优化调度模型。利用Matlab软件将原问题转化为混合整数线性问题,并使用CPLEX求解器对模型进行优化求解。算例结果表明,在阶梯式碳交易机制下考虑碳交易成本和需求响应,可以使IES的运行总成本下降5.69%,碳排放量降低17.06%,显著提高了IES的可靠性、经济性和低碳性。
分布式可再生能源发电设备在城市中日益普及,配置储能是应对其出力不确定性的有效措施,但楼宇各自配置储能仍存在成本高、利用率低等问题。在自有储能共享模式下,采用合作博弈理论设计了一种城市楼宇以合作联盟形式进行储能容量共享的机制,并在考虑储能初始投入差异的前提下基于改进Raiffa解法设计了一种合作剩余分配方式。算例结果表明:通过提出的储能共享机制,城市楼宇集群的储能资源利用率提高了18.12%,运行成本降低了10.22%,实现了参与储能共享楼宇的“降本增效”;通过提出的合作剩余分配方式,楼宇集群中配置储能楼宇的“降本”幅度远高于未配置储能楼宇,体现了分配方式的公平性,且计算量较Shapley值法有明显减少。
精准的多元负荷短期预测是综合能源系统调度和运行的基础。综合能源系统中的多种负荷之间存在较强的耦合作用,目前已有的单一负荷预测难以挖掘不同负荷之间复杂的内在联系。对此,提出一种基于多头概率稀疏自注意力模型的多元负荷短期预测方法。首先,采用皮尔逊相关系数分析多元负荷之间的相关性,并提取多元负荷之间的耦合特征;然后,使用改进位置编码的多头概率稀疏自注意力机制学习长序列输入的依赖关系,并且采用多元预测任务的参数软共享机制,通过不同子任务对共享特征的差异化选择,实现多元负荷的联合预测;最后,在亚利桑那州立大学Tempe校区的多元负荷数据集上对所提模型的性能进行验证,结果表明所提预测方法相较于其他预测模型能够有效提高预测精度。
新型电力系统电源侧含有高比例新能源电源,受其状态多样性、布置分散性、输出非线性等影响,电网故障期间短路电流水平下降且不确定性增强,给传统电流保护的整定配合造成困难。为此,结合传统三段式电流保护,提出了一种基于实时生成定值的自适应电流保护方法。该方法计及新能源实际故障输出而生成定值,包括:首先,建立能区分新能源和发电机不同输出特性的等效电源模型,故障前对短路前后不变的模型参数持续辨识;故障发生后,结合就地测量信息获取等效电源模型的变化参数;然后,基于实际故障场景和故障期间新能源实际输出,对分段式电流保护进行实时整定;最后,结合测量值与整定值进行动作判断。故障前的持续辨识,保证了发电机与新能源的有效分离;基于实际故障场景生成定值可计及新能源的整体输出作用,有效应对其分散性、多样性与非线性问题。通过算例对比与分析,验证了所提自适应电流保护方法的可行性与正确性。
新型主体大量涌现和电力市场化交易是新型电力系统的重要特征。为综合考虑多主体利益以及市场化因素,提出基于博弈论的源-网-荷多主体协调互动的规划模型。首先,分析配电网中各主体间的市场关系,将节点边际电价融入分布式电源运营商、配电网运营商、电力用户的优化配置模型。其次,基于用户的电力效用函数,建立需求侧响应模型;接着,结合三者的博弈关系,构建源-网-荷协调互动模型,采用基于粒子群算法的迭代搜索法求解。最后,分别通过改进的IEEE 33节点系统与实际9节点系统进行算例分析。算例结果表明,在电力市场环境下考虑各主体利益关系,能在保证主体间利益均衡的同时达到减缓线路以及分布式电源投资的目的,具有实际意义。
现行人为主观给定的固定履约保函额度模式导致售电公司履约保函成本测算缺乏客观性,影响交易决策。为此,提出了一种基于动态履约保函额度的售电公司中长期交易优化决策模型。首先,提出考虑售电公司信用透支程度、市场流失程度和国家政策倾向的额度调整系数,并构建动态履约保函额度模型。其次,考虑履约保函成本变化对售电公司交易决策及利润的影响,以售电公司利润最大化为目标,构建了计及履约保函额度动态调整的中长期交易优化决策模型。最后,通过分析多个场景下售电公司参与中长期交易的动态和固定履约保函额度、履约保函成本和交易利润,验证了所提出的基于动态履约保函额度的售电公司中长期交易优化决策模型的合理性和有效性。
可再生能源的大规模渗透给电力系统的稳定运行带来极大挑战。在供需两侧双重不确定性叠加驱动下,基于终端柔性负荷的需求响应资源亟待挖掘。考虑不同类型用户负荷差异化特性,引入基于合作共赢的多类型负荷聚合商,基于异类负荷响应行为互补特点参与电力系统灵活调度;同时,赋予各负荷聚合商碳交易集成商的双重身份进入碳交易市场,采用预测电负荷法为系统无偿分配碳排放配额,构建奖惩阶梯型碳交易模型。以多个负荷聚合商合作联盟运营成本之和最小为目标,构建多聚合商间交互合作的日前优化模型并进行求解;引入合作博弈Shapley值法,根据各参与者对合作联盟运营的贡献度,进行成本分摊。结果表明,合作运营机制下,联盟整体和个体的运营成本及碳排放量均大幅降低。
