中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
中文核心期刊
中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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随着具备分布式资源的产消者群逐渐成为新兴电力市场主体,分布式资源如何从仅满足产消者群自给自足到进一步有效利用成为重要命题。首先,分析分布式电能发展现状,针对产消者群提出一种分布式交易框架。在此框架下,根据产消者群实际情况建立了产消者群模型,并制定日前-实时两阶段电能交易方法。在日前阶段,基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)实现产消者群的日前电能交易,通过电能供需关系迭代拉格朗日乘子得到交易价格,既解决了产消者群议价难题也提升了可再生资源利用率;接着,在实时阶段,基于广义二价拍卖(generalized second-price,GSP)规则使产消者群在电能拍卖中合理出价,既解决了“光伏发电容易受到天气影响及产消者自身负荷预测准确度低导致电能偏差”的问题,也满足了实时电能交易中多产消者群之间对交易时限的要求。最后,通过算例验证了文章所提出方法的合理性。
随着电动汽车逐步替代燃料汽车,电动汽车充电负荷对电网造成的影响也越来越大,为此提出了一种考虑出行需求与引导策略的电动汽车充电负荷时空分布预测方法。首先,基于路段通行时间模型建立划分功能区域的半动态交通网模型;进一步,建立电动汽车能耗模型,在分析电价、气候和季节等因素对车主出行需求影响的同时,对充电需求、半动态交通网模型、能耗模型以及传统出行链进行修正;然后,考虑外部因素影响下车主的有限理性,提出引导策略下私家车和出租车充电负荷预测方法;最后,在半动态交通网模型中用改进的出行链和起讫点(origin-destination, OD)矩阵分别模拟私家车和出租车研究时间内的出行行为,通过在划分区域的半动态交通网仿真,验证了所提出的电动汽车充电负荷时空分布预测方法的有效性。仿真结果也表明电动汽车充电负荷时空分布预测情况与对外部影响因素的分析相符,同时提出的引导策略能提升车主决策的满意程度。
随着“双碳”目标的提出,分布式资源潜力不断被挖掘,能够有效聚合分布式资源的虚拟电厂逐渐受到广泛关注。虚拟电厂通过市场化交易保障供需平衡,为进一步提升电力保供能力,应降低虚拟电厂的出力偏差并提高其风险控制水平。针对此问题,文章首先对虚拟电厂中分布式资源的特性进行分析;其次,基于条件风险价值理论和合作博弈理论,考虑虚拟电厂中分布式资源的出力偏差与风险控制,提出基于改进沙普利值法的虚拟电厂收益分配策略;最后,通过算例分析验证所提收益分配策略的有效性。通过条件风险价值定量分析分布式资源在不同风险水平、出力偏差以及贡献度场景下的虚拟电厂收益分配机制。算例分析表明,所提出的合作交易策略能够提高分布式资源的收益,且能有效控制新能源出力偏差并平抑其参与市场的风险,在实现多方共赢的情况下提高电力系统的供应能力。
分布式电源和电动汽车大量接入配电网,打破了配电网的三相平衡状态,致使传统的配电网保护方案无法适应时代的发展需求。为此,在现有平衡系统故障恢复策略的基础上,提出了一种基于电动汽车充电站的不平衡配电网灾后两阶段故障恢复策略。第一阶段以故障恢复成本最小为目标确定故障后的孤岛运行方案。第二阶段综合考虑电动汽车充电站及各分布式电源机组的折旧、运维、弃负荷惩罚等成本,以配电网运行收益最大为目标建立协同优化模型,以确定故障时各充电站出力情况。最后通过改进的IEEE 33节点系统验证所提两阶段故障自愈模型及优化运行策略的有效性。结果表明,所提方法较传统的孤岛划分法弃负荷率更低,为解决不平衡配电网的故障恢复问题提供了新思路。
随着高渗透率分布式新能源接入电网,其出力的随机性与波动性对配电网的灵活性需求提出了更高的要求。为此提出一种计及智能软开关(soft open point, SOP)与智能负载(smart load, SL)互补特性的配电网灵活性提升方法。首先,对SOP、SL与可控分布式电源(distributed generation, DG)的灵活性特性与数学模型进行分析,从节点灵活性适应度与含SOP线路的负载裕度两个方面建立灵活性评估指标。其次,构建考虑运行成本、电压质量与灵活性指标的目标函数,力求在最小化灵活性缺额与电压越限的情况下实现经济性最优。同时提出了改进鲸鱼优化算法(reconstruction whale optimization algorithm, Re-WOA)对优化模型求解;在该算法中引入了两种改进的搜索捕食策略,并以SL容量裕度指标平衡搜索阶段的SL负载均衡度。最后,通过改进的IEEE 33节点系统验证了该模型对配电网的优化作用与所提Re-WOA算法的有效性。
为有效应对可再生能源出力波动,实现综合能源系统低碳、经济、鲁棒三者平衡,提出考虑碳交易的电-热综合能源系统两阶段鲁棒优化低碳经济调度模型。首先,构建了配置碳捕获设备的综合能源系统模型。其次,采用可调不确定集合描述风电和光伏的出力波动,并以最恶劣情景下成本最小为优化目标,建立了两阶段鲁棒优化调度模型,然后利用列与约束生成算法迭代求解。最后,在调度模型中计及碳交易成本,来限制系统的电能交易以减少间接碳排放,并避免了调度方案的过度保守。结果表明,两阶段鲁棒优化有效提高了系统抵御风险的能力,减少了经济损失;碳交易机制的引入避免了系统过度鲁棒,能够维持低碳运行,实现了系统低碳、经济、鲁棒三者平衡。
立足园区资源禀赋和用户需求潜力,采用科学的评价体系和方法对园区开展资源条件摸底、用能结构分析及项目规划决策,是园区综合能源系统精准规划、科学开发和合理利用的重要前提。通过构建以资源-项目-需求链为基础的链式多维度柔性适配评价体系,采用主客观综合评价模型结合案例数据进行评价性分析,评估链端柔性、链路耦合协调性和系统整体柔性适配程度。通过案例实证表明:所建指标体系及评价结果能够有效考查园区现有能源系统局部至整体协调性、适配性问题,适用于园区综合能源系统柔性适配度评估,所刻画资源-项目-需求链各链柔性能力效果良好。
当前以大电网为主、单向计划调度的调控运行模式已难以适应新型电力系统的发展形势。为促进分布式电源消纳,解决已经出现的大电网平衡问题,亟需重新梳理和系统规划配网二次系统协同调控功能。通过对大电网平衡区、德国平衡单元机制的分析,提出了配网分布式资源自治和聚合形态及典型模式。综合考虑我国垂直调控体系的现状以及配网多元主体参与的新业态,提出主配微多级协同兼区域自治的控制框架和有功分层调度多级协同控制的技术架构。重点针对配网侧分布式资源协同控制功能,围绕主配协同、配微协同、区域自治,探讨了资源聚合、采集与控制、有功控制等核心技术。最后,提出分布式资源协同调控配网二次系统功能规划方案,并在工程示范中得到了初步验证。
在“双碳”目标下,储能电站成为构建新型电力系统的重要组成部分。文章提出了一种大型储能电站标准化、模块化集成设计方案,介绍了其实证应用效果。基于模块化集成设计方案,设计了储能电站全景运行监测系统。提出了基于Ethercat环网的储能电站快速协调控制技术,权衡了多机并联系统的功率分配一致性,提升了储能电站动态响应性能。考虑多组合控制模式和储能电站荷电状态(state of charge,SOC),设计了自适应调整的虚拟惯量控制策略和一次调频控制策略,提升了储能电站主动支撑能力。所提方案在福建霞浦储能电站进行了实证。相比于传统方案,所设计新型方案的多机并联储能变流器(power conversion system,PCS)的同步性更佳、整站响应速度更快,可为电网提供主动惯性支撑和调频服务。
大规模弃风现象会造成大量限电异常值,限电异常值会严重影响并网电力系统的稳定性。采用四分位法和灰狼优化箱线图算法(grey wolf optimized boxplot algorithm, GWO-Boxplot)对风电场中各风电机组限电和离散等异常值进行自适应识别与精细划分。针对风电机组输出功率在时空上存在一定相关性,提出了一种融合时空相关性和权重系数分配的风电机组异常值处理方法,对历史功率填补数据和空间相关填补数据进行权重系数分配并加权求和,最后通过分形插值算法对曲线进行拟合。利用某座集群风电场中各风电机组实际出力数据对所提方法进行验证,仿真结果表明所提方法对异常值剔除率及拟合精度有明显提升效果。
在“双碳”发展目标下,新能源侧的储能需求已从“促进消纳”提升至“促进消纳+主动支撑电网”。面向此技术背景,提出了兼顾新能源消纳和主动支撑电网能力提升的多类型储能容量优化配置方法,并通过引入典型工况特征曲线提取方法优化了复杂模型的求解过程,最后基于典型新能源电站的历史数据测算了“促进消纳”和“促进消纳+主动支撑”场景下的储能配置需求及经济性,对比结果表明相较于“促进消纳”,“促进消纳+主动支撑”场景从技术上更能满足新能源侧的储能需求,且具有更好的经济性。
在新型电力系统发展背景下,国家鼓励风电、光伏等新能源发电全面参与市场化交易的政策信号持续增强。为探索通过科学的市场政策机制设计促进风光新能源电力的规划投资建设以及高比例安全消纳,从新能源发电规划投资、电能交易、关联市场3个层面构建了包含规划目标、市场激励,新能源参与电力中长期市场、现货市场,分布式新能源交易机制,以及电力市场与辅助服务市场、容量市场、绿证市场、碳市场、金融市场协同等10个维度在内的对标体系,选取德国、英国、美国(加州和得州)为对标对象进行分析,结合对标结果为我国风光新能源发电市场政策机制设计提出相关建议和展望。
针对智能建筑的调频资源开发,提出了一种采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术的智能建筑辅助调频系统。该系统以智能建筑的发电系统和储能系统为虚拟同步发电机提供电源,通过VSG技术对同步发电机有功-频率特性的模拟实现了智能建筑一次调频功能;通过控制智能建筑的运行方式和虚拟同步发电机输出功率实现了智能建筑的二次调频功能;通过智能开关和仪表实现了智能建筑辅助调频资源的整合和实时可视化。最后,构建了单一智能建筑的辅助调频模型,并设计了6个仿真实验。实验结果表明,所提系统具有稳定性和可行性,具有惯量特性,能够提供惯量支撑功率;调频资源响应即时,可在0.5 s内实现稳定输出;切换孤岛运行时,可在1.5 s内实现稳定运行。
传统电力负荷组合模型使用滚动且固定长度时间窗口内的历史预测误差数据进行子模型变权,但该窗口长度无法根据最新环境特点进行自适应调整,导致有效信息的丢失或过时信息的引入,从而降低了短期负荷预测的准确性。利用双延迟深度确定性策略梯度模型(twin delay deep deterministic policy gradient, TD3)构建智能体,设计了一种时间窗口长度自适应可变的变权组合预测策略。通过建立短期负荷预测场景误差最低的目标及相关约束,设计了智能体的输入状态、动作和奖励机制,使智能体能够快速收敛并做出最优决策,从而准确地调整时间窗口长度。在此基础上,组合模型响应智能体实时指导的时间窗口,使用最优加权法实现了子模型的准确变权组合。最后,采用中国北方某地区的真实电力负荷数据进行算例分析,验证了所提策略的有效性和优越性。
随着新型电力系统建设的推进,系统运行机理和动态特性愈加复杂,电网随机性增强,功角稳定和电压稳定常常相互交织不易区分,导致难以制定准确有效的调控策略,因此准确识别系统稳定主导模式对电网调控具有重要意义。首先,阐述了电网功角稳定和电压稳定的辩证关系;其次,以电压相量轨迹为切入点,解析了相轨迹几何特征及其轨迹灵敏度数学模型;在此基础上,基于轨迹灵敏度距离进行定量分析,揭示了电网静态稳定主导特征,并提出基于电压相量轨迹的电网静态稳定主导识别判据;最后,通过算例分析及对比校验,验证了文章所提方法的有效性,实现了电网静态稳定主导模式识别。
