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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随着新能源在电力系统中的占比不断提高,新型电力系统的安全稳定运行受到极大的挑战,亟待进行新型灵活性资源容量配置。为此,计及新能源出力不确定性,构建一种考虑灵活性需求约束的两阶段鲁棒容量优化配置模型。首先,针对风光等新能源的不确定性特征,对电力系统的灵活性需求进行刻画,分析灵活性资源调节特性,对新型灵活性资源的调节能力进行建模。然后,引入不确定性参数,建立一种考虑灵活性供需平衡的两阶段鲁棒容量优化配置模型,基于列与约束生成(column-and-constraint generation,C&CG)算法与KKT定理,求解系统对应的最优规划结果。最后,选取我国某地电力系统为仿真对象进行实证分析,验证所构建模型的有效性。算例结果表明,所构建的两阶段鲁棒配置优化模型可以应对电力系统的不确定情况与新能源带来的灵活性需求,规划结果能够在新型电力系统的安全性与经济性上达成平衡。
电力需求变化折射出经济运行的活跃度,电力数据具有准确性高、实时性强、可预测等优点。重点研究基于电力数据的经济景气指数(economic prosperity index based on power data, EPI-P)计算方法,以从电力视角把握经济变化周期。首先,通过时差相关系数和K-L信息量2种指标从电力指标中筛选经济指标的先行、一致与滞后指标,再分别采用基于相关系数和基于用电量的指标权重划分方法,构建电力经济景气指数计算模型。在此基础上,基于某省的电力经济数据,开展电力经济景气指数实证研究。最后,基于季节性自回归移动平均(seasonal autoregressive integrated moving average, SARIMA)模型对该省未来电力需求数据进行预测,计算该省未来的经济景气指数,对该省未来的经济发展态势进行研判。结果表明,基于电力数据的经济景气指数计算模型能通过电力数据有效反映经济指标的变化趋势,且可用于未来经济发展态势研判。
渔光互补光伏发电能有效提高土地利用率和项目经济价值,但是布置于水面上的光伏板受到水面光波反射、环境温度降低、功率衰退等诸多不确定性影响因素易引起光伏组件老化,给水面光伏出力预测带来挑战。现有的短期光伏出力预测技术大量应用相似日选取以提高预测精度,但缺乏对安装环境不确定性因素引起的组件老化现象的考虑,导致对于水上光伏出力预测精度不足。为此,提出了一种基于光伏组件老化特性解耦的渔光互补光伏短期出力预测方法。首先,构建了一种基于堆叠递归自编码器基学习器的集成学习模型对数据集的老化现象进行解耦,然后运用灰色关联度分析法进行相似日选取去训练待预测时刻的深度学习预测器,并提出改进的蜜獾算法对基学习器的参数进行优化。最后以云南省禄丰市的渔光互补工程为案例验证了所提方法的有效性和优越性。
态势感知是保障有源配电网安全、可靠、经济运行的重要方法。随着近年来电力数据采集技术与大数据技术的发展,数据驱动的有源配电网态势感知得到了广泛的研究与应用。文章对数据驱动的有源配电网态势感知问题进行了分析,给出态势感知的整体研究框架,然后从态势觉察、态势理解、态势预测与态势利导4个方面对相关研究进行了综述,并对有源配电网信息物理系统的态势感知研究进行了讨论。最后,针对现有的研究方法进行总结与整理,分析了当前研究的不足与挑战,提出了未来研究的重点与方向。
为了解决区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)实际应用中难以确定最优供能路径的问题,提出一种区域综合能源下带时间约束的标注模糊有色脉冲神经膜系统(tagged fuzzy colored spiking neural P system with time sequence constraint,tscTFCSNPS)供能路径寻优推理模型,以研究系统在参变量相同条件下,不同供能路径运行的优劣情况。首先,在满足负荷需求的情况下,使用RIES-tscTFCSNPS模型选出所有符合约束条件的供能路径;然后,将运行成本和CO2排放量两个目标函数进行加权组合,建立一个新的目标函数,并使用遗传算法对其进行优化求解;最后,通过分析优化结果,得到在不同场景下的最优供能方案。以某综合园区为例,设置4种不同场景进行实验分析,仿真结果表明所提模型有效提高了系统的经济性,并降低了CO2的排放量。
频率控制是保证微网安全稳定运行的一项重要措施。在实际微网中,由于新能源出力的强波动性,微网系统参数和运行状态时刻发生变化,传统基于固定参数模型设计的频率控制策略自适应能力较差,无法实现系统频率的实时最优控制,为此提出了一种基于系统模型在线估计的微网频率预测控制方法。首先,基于实时量测数据,采用动态模式分解法,实时辨识微网系统参数,更新系统模型;其次,基于更新的系统模型,结合模型预测控制方法,设计微网频率控制策略,实现微网频率的实时最优调节;最后,在Matlab/Simulink上搭建微网系统对所提的方法进行仿真验证,结果表明所提方法能正确识别系统状态参数,并能对微网频率进行实时最优控制。
针对极寒天气、台风等极端事件可能诱发输电线路故障,致使配电网负荷大量失电的问题,提出一种考虑电动汽车充-换电站(battery charging-swapping station, BCSS)协同的配电网灾前-灾后两阶段恢复策略。首先,分析BCSS参与配电网恢复的可行性以及配电网灾前-灾后两阶段恢复架构。其次,考虑低温环境的影响,构建考虑热管理系统的BCSS精细化能量转供链路模型。然后,提出考虑BCSS的配电网灾前-灾后两阶段恢复策略,其中灾前阶段决策电池组的分配,灾后阶段根据残存资源的供电潜能,以综合经济性最优为目标函数最大化保障负荷平稳运行。最后,以改进IEEE 33节点和123节点配电网为例进行数值仿真。结果表明,所提策略能够在提高配电网重要负荷恢复率的同时保证较低的恢复成本,具有可行性与优越性。
直流配电组网形态对分布式光伏、储能等直流电源具有天然接纳优势,是实现碳达峰、碳中和目标的有效途径之一。分布式光伏随机功率波动易导致直流配电网潮流双向性变化,节点电压频繁越限以及运行网损增大等问题突出。针对含分布式光伏与储能接入的直流配电网(光储直流配电网),提出了计及电压调控与网损优化的协调优化控制策略。首先,分析了光储直流配电网的电压调控特性,并推导出适用于光储直流配电网的电压、网损灵敏度解析表达式;然后,设计了基于灵敏度的光储直流配电网电压校正与网损优化双模式自适应切换的协调优化控制策略,实现对电压源换流器(voltage source converter, VSC)、DC/DC变流器以及储能可控性资源的协同控制,以兼顾对系统网损优化和电压安全控制的要求;最后,通过DIgSILENT和Python仿真与程序设计,基于33节点和69节点的光储直流配电网模型验证了所提控制策略的有效性。
促进可再生能源消纳,提高能源效率已成为电力系统的重要发展方向。提出了一种考虑能源出力不确定性及合作贡献差异性的多微网-共享储能系统运行优化策略。基于纳什谈判建立成本优化模型并将其分解为两个子问题,以降低求解难度。子问题P1基于综合范数建立两阶段分布鲁棒优化模型,确定最恶劣情景下整体成本最小化的储能容量配置、交互功率及综合需求响应计划;子问题P2基于改进纳什谈判进行非对称议价完成交易支付,考虑能量贡献大小与荷电状态变化分配合作收益。两个子问题分别采用列与约束生成算法和交替方向乘子法迭代求解。实例结果表明,分布鲁棒优化可以实现经济性与鲁棒性的平衡;基于改进纳什谈判的交易支付能够合理分配合作收益,维护合作积极性。
随着电网的发展,短路电流超标问题逐渐突出,基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法可有效限制短路电流。针对典型接线方式,分析了拓扑调整瞬态过程对断路器开断短路电流的影响,研究了考虑接线拓扑和断路器动作时序的短路电流分析校核方法,针对典型变电站研究了应用抑制措施前后的断路器开断电流特性。结果表明,故障位置和断路器动作时序对断路器开断短路电流特性有较大影响;一个半断路器接线下,断路器最大短路电流出现在断路器开断过程中;最后开断的断路器承受最大电流。采用快速断路器在故障后、常规断路器开断前快速改变系统拓扑可以有效限制断路器开断电流。
针对可再生能源消纳问题,研究了氨能与广义储能参与的多能耦合系统低碳协调运行方式,利用氨能和燃煤机组煤氨混燃相结合的技术来优化系统碳排放。首先考虑氨能参与的多能流交互与广义储能的灵活调控特性,构建了以运行费用最小、可再生能源利用率最大、碳排放量最小为目标函数的综合效益评价指标。提出基于能流关联的碳流拓扑分析方法,利用碳流信息作为综合效益评估的辅助决策手段。最后对实际区域系统进行仿真分析,通过氨能与广义储能的协同调控,有效改善了系统的综合效益。
为研究储能站在多站融合中的多功能优化配置方法,首先探讨用储能站替代传统柴油发电机和不间断电源(uninterruptible power supply, UPS)的可能性,通过可靠度计算对传统模式及储能站模式进行对比,结果表明用储能站替代的可靠度更高。进而对储能站的经济性进行分析,建立储能寿命模型并进行成本分析,通过对比储能站的投资成本、运行维护成本以及度电成本确定储能类型。最后综合考虑多站融合中储能站的可靠性以及经济性,以储能站的可靠性最佳和年净收益值最大为目标函数配置储能容量,采用粒子群优化(particle swarm optimization PSO)算法得到储能的最佳配置容量为可用容量3 500 kWh,备用容量150 kWh,所提出的两阶段优化方法使得多站融合中储能的配置容量更加精确并且贴合实际。
针对风光储场站中新能源出力波动及负荷扰动导致系统功率和频率变化的问题,提出多场景下混合储能协调控制策略。首先,针对混合储能过度充放的问题,提出混合储能功率分配策略,该策略通过模糊控制对低通滤波器的时间常数进行自适应调整,基于超级电容的荷电状态(state of charge, SOC)分为5个区域,每个区域根据SOC的变化实时调整时间常数,一定程度上保证了超级电容充放电的合理性;其次,针对混合储能主动支撑风光储场站频率问题,对混合储能逆变器采用虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)控制,并对转动惯量和阻尼系数进行自适应调整,降低系统因功率扰动造成的频率最大偏差;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建风光储场站的仿真模型,通过设置多个场景验证所提策略的有效性。
绿色电力交易是能源减排领域的重要手段,针对绿色电力交易对电力市场的政策影响效果问题,提出绿色电力参与电力市场交易的系统动力学模型。首先,分析国内外绿色电力交易政策的运行现状以及我国绿色电力交易存在的问题;其次,构建绿色电力参与电力市场交易的系统动力学模型,分析绿色电力交易政策对电力市场的影响效果;最后,以京津冀地区为例进行实例分析,并验证文中模型的准确性和合理性。研究结果表明:在2026—2030年绿色电力价格呈线性上升趋势,绿色电力装机容量大幅度增加;在绿色电力发电占比增长的情景下,传统能源装机容量和发电量仍会适度增长以保证电力系统稳定运行;实施绿色电力交易政策,能够有效调整电源结构。
小型电力用户参与电能交易可进一步推动售电侧市场发展。针对当前分布式交易方法未充分考虑小型电力用户特性,且用户储能在交易内的应用潜力仍需进一步挖掘的问题,提出一种储能参与下的社区光伏用户日前-日内两阶段交易框架,日前阶段通过储能充放电提高交易量,日内阶段通过储能调控降低预测误差的影响,以提高用户交易收益并缓解上级电网运行压力。首先,划分用户身份,通过考虑储能运行功率的购售电分量,构建电量竞标模型,制定储能日前运行计划。其次,针对多类型的利益交互,基于多重博弈对交易行为进行建模,求解各用户的交易策略。再次,采用模型预测控制校正储能日内运行计划,以缓解预测误差平衡对上级电网的影响。最后,通过算例验证了所提模型可在传统交易模式的基础上进一步提高用户电能交易量,同时降低对上级电网的依赖程度。
