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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【目的】为实现低压台区柔性互联装置的合理规划，有效解决台区负载不均衡问题，提升配电网供电能力，提出一种考虑配电网负荷分布特征的供电能力评估方法，建立了一种综合考虑配电网供电能力、建设效率以及经济性的低压台区柔性互联装置规划模型。【方法】首先，建立了负荷迭代增长的配电网供电能力计算模型，并得出了配电网供电能力提升效率的评估指标。其次，建立了柔性互联装置规划框架，以供电能力指标和经济性最优为目标函数，并计及配网重构下的负荷转供约束，基于非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithms-II，NSGA-II）进行求解。【结果】通过含联络开关的IEEE 14节点配电网进行算例分析，结果表明基于所提评估指标的规划模型能有效提升配电网在实际负荷分布下的供电能力。【结论】与传统供电能力指标相比，所提指标能够有效反映台区实际负荷分布和增长的客观规律；基于所提指标的规划方法能够显著提升配电网的供电能力；所提指标表明，低压台区柔性互联装置的接入能够逐步消除台区负载率不均衡导致的供电瓶颈，实现配电网资源的高效利用。
【目的】为了提高光伏的无功响应能力，限制电压越限问题，提出考虑大量分布式光伏并网下的基于分区的无功电压调差系数优化方法。【方法】以限制多种场景下各节点电压波动为目标，提出基于分区的含无功-电压调差系数节点的优化模型，利用“区间内部强耦合，分区之间弱耦合”的特点简化控制模型，实现光伏根据外界电压波动自主调节输出无功、充分利用无功剩余。【结果】以IEEE 33节点标准算例进行仿真。结果表明：基于分区的无功电压调差系数优化方法可以有效地利用无功进行节点电压调节，更利于满足无功优化精准性与快速性的要求。【结论】所提方法可以有效改善多种不同场景下配电网节点电压质量，充分利用光伏无功剩余。
【目的】多能源微电网（multi-energy microgrid，MEMG）能够整合多种能量载体，实现更高的能源效率，助力实现“双碳”目标。【方法】文章提出了一种考虑不确定相关性与异常数据的MEMG数据驱动分布鲁棒优化调度方法。首先，基于Copula函数，提出了一种考虑不确定性相关性的模糊集，并基于此模糊集和机会约束，建立了考虑不确定性相关性的MEMG分布鲁棒机会约束优化调度模型；然后，由于分布鲁棒优化模型无法直接求解，文章基于对偶理论、McCormick松弛、条件风险价值近似，推导出所提模糊集中的最坏情况转化方法，从而将分布鲁棒模型转化为线性确定性模型，以便采用求解器高效求解；最后，提出了一种样本修剪算法，该算法通过迭代计算，生成剔除异常数据和极端数据的原始数据集子样本，以排除数据样本中异常值和极端值对分布鲁棒机会约束调度结果的负面影响；【结果】案例仿真表明，文章所提的分布鲁棒模型方法能够有效剔除模糊集中的不切实际分布，将样本外成本降低8.16%；所提样本修剪算法能够有效剔除样本中异常值和极端值，将样本外成本进一步降低3.33%。【结论】文章所提方法在保证可靠性的同时提升调度经济性，具有明显的优越性。
【目的】随着大规模分布式光伏接入，潮流反送所引起的电压越限问题给电力系统的安全稳定运行带来了严峻挑战。为解决该问题，国内外均规定光伏需具有电压-无功等支撑功能，即依据电压偏差进行主动无功/有功调节。然而，该类规定通常仅考虑平衡电压场景，如何保证不平衡电压下的调压性能鲜有研究。【方法】文章以电压-无功功率控制（volt-var control，VVC）为例，分析了电压不平衡度对光伏逆变器无功功率调节性能的影响，并提出了一种以三相电压偏差最小为目标的改进型电压支撑控制方法。首先，基于瞬时功率理论分析了电压不平衡度与有功、无功功率间的数学关系，证明了无功功率的电压调节作用及电压偏差最小值点的存在；然后，以三相电压总偏差为指标，计算了电压偏差最小时对应的正序电压及无功功率，进而利用该点、电压偏差限值及光伏无功容量对电压支撑控制曲线进行了动态调节。【结果】Matlab/Simulink仿真结果表明，所提改进型电压支撑控制方法在保证三相电压不越限的同时实现了最小无功输出下的三相电压与标称电压偏差最低，完成不平衡场景下三相电压的经济、高效调节。【结论】所提控制策略为传统VVC控制与负序电流/功率控制的有效协同，在辐照度、温度等变化引起光伏出力改变或电压不平衡度变化时仍可维持三相电压运行在并网标准限值范围内，显著提升了传统VVC控制功能的适应性。
【目的】高空风力发电（airborne wind energy，AWE）技术利用高空中风速更快、更稳定的特点，具有比传统地面风力发电更高的能源密度和发电效率。文章旨在探讨高空风力发电技术的发展现状与未来展望。【方法】论述了高空风力发电的技术路线，包括陆基和空基2种主要方式，并讨论了各自的技术挑战和发展现状。详细介绍了伞梯式陆基高空风力发电技术的工作原理、系统构成以及工程案例。伞梯式技术通过空中组件、牵引组件和地面组件协同工作，实现风能的有效捕获和转换。通过分析中国绩溪高空风力发电项目的具体实施情况，展示了伞梯式陆基高空风力发电技术的实际应用和效果。【结果】该项目成功实现了高空风能发电，在低空可达kW级发电且在5 km高空功率可达MW级，验证了技术的可行性和优势。【结论】绩溪项目证明该技术可行，其具有规模化、安全性高和资源利用率高的优势，风能转化效率高，可通过增加缆绳长度和调整放飞角度捕获高至千米以上的风资源。在风资源丰富的“三北”地区，该技术可在1 km高空实现MW级发电，并通过增加做功伞数量进一步提升发电等级，对新能源开发意义重大。
【目的】针对电动汽车用户出行方式和充电需求的不确定性问题，提出一种计及充电排队与实时荷电状态（state of charge，SOC）的电动汽车充电负荷时空分布预测方法。【方法】首先，分析交通路况和环境温度对电动汽车能耗及充电行为的影响，建立道路交通路网模型和综合能耗模型；其次，基于用户出行链分析用户出行特征，采用最短时间法规划行驶路径，计及充电排队时间和实时SOC构建电动汽车充电负荷时空分布预测模型；最后，采用蒙特卡洛方法以实际路网结构及IEEE 33节点配电系统为例进行验证。【结果】结果表明，高峰时段充电排队时长超过30 min，促使部分用户转向低峰时段充电，与未考虑充电排队模型相比，高峰负荷减少，低峰负荷增加。此外，节假日充电负荷与工作日充电负荷存在明显时间差异，且随着电动汽车渗透率的升高，总体充电负荷不断增大。验证了电动汽车规模化接入对电网的显著影响。【结论】所提出的方法能够充分考虑路网、电动汽车及用户充电行为的相互影响，准确预测出电动汽车充电负荷时空分布特性。
【目的】随着以储能、光伏为代表的电力电子器件在微电网的占比不断增加，其低惯性和低阻尼特性给微电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。【方法】针对微电网稳定性问题，提出了一种新的基于数据驱动的逆变器参数调节方法，该方法基于有限系统量测数据，优化逆变器的多种参数，实现微电网小干扰稳定性的快速提升。首先，构造基于特征值的离线优化问题，通过鱼鹰优化算法（osprey optimization algorithm，OOA）计算微电网在不同运行场景下的多个最优控制参数。其次，为了减少参数优化模型对全局节点数据的依赖，利用多标签特征选择算法对系统节点数据进行特征筛选。最后，将筛选后的节点数据作为输入变量，多个最优控制参数作为输出变量，基于北方苍鹰优化算法（northern goshawk optimization，NGO）和双向门控循环单元（bidirectional gated recurrent unit，BiGRU）训练并得到参数优化模型。【结果】实验结果表明，所设计的参数优化模型可以基于在线量测数据快速调节控制器参数来提升微电网稳定性；所设计的深度学习算法比传统的神经网络在训练参数优化模型上具有更高的精确度；所得到的参数优化模型在参数优化上具有更快的计算速度。【结论】所提方法仅需局部的系统量测数据，通过在线动态优化逆变器的多个控制参数，便能实现微电网小干扰稳定性的快速提升。
【目的】为增强高压直流输电系统的低电压限电流（voltage dependent current order limiter，VDCOL）控制对换相失败的抑制能力，需进一步系统性地梳理VDCOL改进方法研究现状以更清晰地分析其发展方向。【方法】在分析传统VDCOL局限性的基础上，从提升故障响应灵敏性、增强电流控制灵活性、实现多直流协同控制三方面，对抑制换相失败的VDCOL改进控制方法进行了详细梳理和分析。【结果】基于现有研究成果，VDCOL的优化改进主要体现在以下三个方面：1）提升了故障响应灵敏性，首次换相失败抑制效果得到显著增强；2）改进了电流指令生成机制和控制策略，有效提升了系统对后续换相失败的抑制能力；3）设计了多种多直流系统VDCOL协同控制方法，提升了多直流系统换相失败抑制效果与协调恢复能力。【结论】考虑部分因素的启动策略存在片面性，电流控制在有功和无功间存在矛盾，多直流VDCOL协同控制存在主观性。计及多因素影响的启动策略、输入-输出特性曲线斜率优化设计、多直流VDCOL自适应协同控制是今后研究的重要方向，交直流混联电网的发展对VDCOL控制的精细化和协同化提出了更高的技术要求。
【目的】在“双碳”背景下，为了优化运行设备，减少系统成本和碳排放，实现合成氨反应全过程氨气的综合利用，构建了氨制冷和火电机组联合运行模型。【方法】首先通过电解水和对空气进行变压吸附从而获得电转氨的反应物，整个电转氨系统的电能由可再生能源风电供给，探究高波动性风力发电场景下如何实现经济低碳运行；其次将液氨转化成纯氨的吸热环节与氨制冷联系起来，将冷能梯级利用，并将反应物纯氨输送到火电机组中形成掺氨火电机组，对火电机组掺氨效益进行探究；然后对比分析了不同风电渗透率下系统的调度策略，提出了基于阶梯式碳交易的市场政策以及和碳捕集与封存市场技术相结合的低碳经济调度策略，建立阶梯式碳交易模型对系统的碳排放进行合理约束；最后提出了以购气成本、碳交易成本、弃风成本、煤耗成本、启停成本和电转氨运行成本之和最低为目标函数的优化策略。【结果】通过设置多个场景对比，结果表明所提策略可以合理调配各机组出力，消纳弃风量以及提升综合能源系统（integrated energy system，IES）运行的经济性。【结论】电转氨系统考虑氨制冷方式兼顾了经济和环保效益，而作为制冷剂与燃料的氨气，与火电机组的结合有助于传统火电走出碳锁定困境。
【目的】为提升海上柔性低频输电线路保护速动性和可靠性，保障海上风电柔性低频输电系统安全运行，提出了一种考虑母线及模块化多电平矩阵变换器系统边界效应的高频暂态量单端高速保护方法。【方法】通过分析线路两端母线及模块化多电平矩阵变换器的等值模型，指出了线路两端边界对电压行波高频分量具有明显衰减作用，并确定明确的高频区间，揭示了不同时间条件下线路区内、区外故障的前行波、反行波高频分量差异。在此基础上，利用逐次变模态分解算法提取高频暂态分量，通过前、反行波高频能量比值表征区内外故障差异性。【结果】PSCAD/EMTDC仿真结果表明，逐次变模态分解算法能够有效提取含噪声信息中的高频信息，所提单端保护方案能够在2 ms内正确可靠识别区内、外故障，可耐受10 dB噪声及500 Ω过渡电阻影响，抗过渡电阻及耐受噪声能力均超过传统单端暂态量保护方法。【结论】海上柔性低频输电线路边界对频率大于5 kHz的信号具有明显衰减效应；区内、区外故障时，故障反行波高频分量与前行波高频分量能量值具有明显差异，据此构建的保护方法动作速度远高于现有差动保护方法，且无需通信条件，能够耐受海洋环境影响，具备工程应用前景。
【目的】惯量预测对于频率控制、管理可再生能源渗透、快速频率响应分析以及综合惯量设计电力辅助服务市场等都至关重要。随着高比例可再生能源发电的接入和传统可控发电机组占比的下降，对系统惯量水平进行预测变得更加复杂。文章对高比例可再生能源电力系统中惯量预测的必要性、挑战及最新进展进行了全面概述。【方法】首先，回顾了不同时期电力系统的惯量构成及惯量预测方法的发展，分析开展惯量预测工作的必要性和难点。进而，给出了高比例可再生能源电力系统惯量预测方法的研究框架，依据应用场景和时间尺度，将惯量预测方法划分为基于统计法的惯量预测和基于数据驱动法的惯量预测，并进行分类阐述。同时，结合现有方法，从准确性优化和目标导向性优化2个方面提出了惯量预测方法的优化策略。【结果】最后，对未来电力系统惯量预测领域须深入研究的方向进行展望，旨在为未来电力系统的惯量管理应用提供思路。【结论】文章为未来电力系统惯量管理的理论发展与实践应用提供了重要参考，推动建立更精确、更贴合实际决策需求的惯量预测体系，对提升系统频率稳定性与调节能力具有重要意义。
【目的】针对基于直流电压-电网频率耦合控制的虚拟同步机混合储能系统功率分配方法在电网频率剧烈波动时，其惯量功率模拟精度及惯量支撑能力下降问题，提出了直流电压补偿及防越限控制策略。【方法】防越限控制策略利用双曲正切函数的渐近性限制直流电压最大偏差，并通过设计线性度修正系数以保证直流电压与电网频率的耦合线性度。直流电压补偿控制策略利用高通滤波器补偿电压偏差，通过分析滤波器截止频率对直流电压恢复时间和惯量模拟精度的影响，选择最佳截止频率。【结果】最后，基于RTDS实时仿真平台进行验证，实验结果表明所提控制策略不仅可以确保直流电压在电网频率骤降时不超出安全范围，还能使直流电压随电网频率变化后逐渐恢复至其额定值。【结论】所提直流电压补偿及防越限控制策略能够保障虚拟同步机具有良好的惯量功率模拟精度及惯量支撑能力。
【目的】为应对新能源装机占比日益增长的新型电力系统低惯量、弱阻尼引发的频率稳定问题，确保电力系统稳定运行，提出了光储并网系统多主体参与的频率主动支撑协调控制策略，以满足配置储能的光伏系统不同运行工况下的频率调控需求。【方法】所提方法根据同步机的功率调节裕度与不平衡功率分析了不同工况下系统的调频需求，设计了并网逆变器自同步控制策略，在主动支撑惯量的同时传递频率变化信息；提出了计及调频死区的光储系统多时间尺度调频控制策略，根据同步机功率调节裕度设计了光伏调频死区值，并结合储能荷电状态约束设计了其控制参数及自适应恢复策略。【结果】光储并网系统实时数字仿真结果表明，相较于现有控制方式下的调频效果，所提控制策略在不同扰动工况下，频率最低点均能提升10%以上，显著改善了系统的频率调节性能。【结论】所提光储并网系统多主体参与的频率主动支撑协调控制策略，使光储系统具备不同扰动工况下惯量支撑与一次调频自适应切换的功能，在保证系统频率稳定的同时充分发挥了同步机的调频能力，同时使储能自适应恢复至初始运行状态，有效提升了系统在不同工况下的频率稳定性。
【目的】当下世界各国都在积极推动能源转型和低碳发展，电力交易、碳交易和氢交易的耦合已成为我国能源行业发展的必然趋势。但多个系统下能源互济和信息交互的复杂度大大提升，为电-碳-氢耦合交易市场的发展带来了新的挑战。【方法】首先介绍电-碳市场和电-氢市场的研究现状，深入分析电-碳-氢市场的研究方法、耦合机制、交易模式、定价和出清机制；其次针对制约其发展的物理层面和信息层面的双重核心困境，提出构建面向能源互联网的电-碳-氢耦合交易市场的方案，分析能源互联网的参与机制和具体方法；最后从技术层面和市场层面提出支撑面向能源互联网的电-碳-氢市场发展的关键技术和研究要点。【结果】物理层面，能源互联网解决了电-碳-氢交易市场由于资源众多、交互关系繁杂而无法明确市场交易机制和决策规律的问题，实现能源产消规律和机制的厘清；信息层面，能源互联网基于信息技术和数据平台实现了电-碳-氢市场之间的数据匹配共享和信息透明公开，推动了能源分布式自主灵活交易，引导资源优化配置。【结论】探索针对面向能源互联网的电-碳-氢耦合交易市场关键技术和研究要点是打破现有市场发展困境的有效途径，为电-碳-氢交易市场构建方案的完善和发展提供可行的参考路径。
【目的】随着我国全国统一电力市场建设的不断加快，我国已在省间电力现货市场建设上取得一定成效。为应对多时空市场下多主体的竞争、支撑电网企业省间现货购电，首先通过分析省级电网参与省间现货市场的购电机制以及路径组合情况，提出了电网企业省间现货购电决策框架。【方法】在该框架下，对购电相关数据进行了预处理，并通过构建上层为电网企业购电决策、下层为省间现货市场交易的双层优化模型，对多电网企业参与的两级电力市场购电决策进行协同；然后通过强对偶原理和KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件将所构建的双层优化模型转化为单层优化问题，并对其进行线性化处理求解电网企业购电策略。【结果】最后算例分析表明，相比于传统购电方案，所提方案有助于降低综合购电成本，能够应对送端省份减少外送及购电通道容量缩减10%以内的极端情况并维持综合购电成本稳定。【结论】所提方法具有参与两级电力市场的经济性，通过提高报价能够应对一定范围内的变动情况，具有一定适用性。
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