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】随着同步发电机被大量替代，电力系统逐渐呈现出低惯量特性，给电力系统的频率稳定带来了新的挑战。为此，对低惯量系统的惯量研究进行综述与展望。【方法】首先分析了惯量对频率安全的支撑机理，并在此基础上构建了低惯量系统的频率安全约束。其次从源、网、荷、储四侧梳理了低惯量系统中的惯量响应策略，并探讨了惯量与其他广义频率资源在技术层面和市场层面的多时间尺度协同框架，以提高频率响应资源的利用率。【结果】总结了当前惯量响应研究的关键挑战并展望了未来研究方向，以期为新型电力系统频率安全研究提供参考。【结论】本文对新型电力系统频率安全的理论研究与实践应用具有参考价值。
【目的】为实现智能网联环境下高速公路充电供能系统的源-储-网协同规划，应对混合交通流引起的充电负荷时空分布不确定性以及沿线站点资源禀赋与并网条件差异下光储容量与直流廊道拓扑的协同配置难题，提出一种考虑混合交通均衡的高速公路主-子站光储直流廊道协同规划方法。【方法】首先，构建半动态混合交通均衡模型，采用修正的美国联邦公路局（Bureau of Public Roads， BPR）路网阻抗函数刻画人工驾驶汽车（human-driven vehicle，HDV）与网联自动驾驶汽车（connected and autonomous vehicle，CAV）的路段通行成本差异，分别以随机用户均衡和系统最优描述二者的路径选择，并引入余流机制刻画交通状态的时序演化，进而建立路段流量到节点充电负荷的映射，生成多典型日充电负荷时空分布。在此基础上，提出主-子站光储直流廊道协同供能架构，以年化投资、运维与多典型日加权运行成本之和最小为目标，建立光储容量-直流廊道拓扑协同规划模型，引入改进生成森林约束保证子站连通性与网络辐射状结构，并通过分段线性化将模型转化为混合整数线性规划问题求解。【结果】以25节点高速公路网为算例验证，最优方案建设21条直流廊道并形成4个独立连通片区，在保障子站供电可达性的同时避免过度互联；相较全局互联与独立运行方案，总成本分别降低5.26%和2.17%且无失负荷。【结论】将混合交通均衡下的充电负荷生成与高速公路异构站点能源网络结合，能够促进站点间源荷互补，在负荷供应能力与网架投资之间取得较优平衡，为高速公路光储充基础设施与直流廊道的协同建设提供了可行的建模方法与决策依据。
【目的】针对交流最优潮流（alternating-current optimal power flow，AC-OPF）问题中局部优化搜索方法通常只能收敛到局部最优解，难以进一步获得更高质量可行解的问题，本文提出了一种能够从已获得局部最优解中确定性逃逸并继续搜索更优解的方法。【方法】提出一种基于增广商梯度系统（augmented quotient gradient system，AQGS）分岔行为的最优解搜索方法（AQGS bifurcation-based superior solution search method，ABS）。通过分析AC-OPF问题中次优解对应稳定平衡点的分岔消失机制，揭示罚因子调节对AQGS平衡点结构的影响；进一步利用稳定平衡点与type-1不稳定平衡点之间的鞍结分岔，使当前局部最优解对应的稳定平衡点消失，从而引导系统轨迹收敛至新的最优解。【结果】在2、3、9和300节点多解测试系统上对所提方法进行了验证，结果表明，ABS均能够从给定局部最优解出发获得目标函数值更低的可行局部最优解，各系统最大目标函数改善幅度分别为2.92%、0.21%、27.60%和2.46%。【结论】所提ABS方法利用AQGS的分岔行为实现了局部最优解的确定性逃逸与解质量改进，为AC-OPF多解搜索和局部最优解改进提供了一种新的分析思路与计算方法，验证了其在复杂多解潮流优化问题中的有效性。
【目的】高比例分布式光伏接入配电系统后，馈线终端装置（feeder terminal unit，FTU）方向辨识受相角偏移、通信异常等影响，导致基于图论的集中式保护在信息畸变条件下出现误动、拒动等问题。为此，本文提出了一种融合故障演化特征的多阶段自适应保护改进方法。【方法】首先，基于配电网拓扑矩阵和FTU上传的方向过流信息构建故障辨识矩阵，获得初步故障区段；其次，针对初步辨识结果中出现的多重故障区段，引入评价函数对候选故障组合进行筛选，以降低由远端FTU信息畸变引发的超范围动作风险；进一步地，针对上一级线路故障被误判为研究区段故障以及独立末端线路故障漏判等场景，利用初次隔离后的残余过流特征进行二次复核，实现故障范围的二次精确识别。【结果】基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建10 kV配电网，重点对传统方案因上传错误信息导致故障未能切除或保护动作范围不足的问题进行分析。仿真结果表明，该方案通过二次校验精准识别残留故障电流，并补充切除实际的故障区段，可有效应对多种FTU信息畸变工况。【结论】改进集中式保护方案较传统集中式保护方案提升了系统的容错能力、保护动作可靠性及选择性。与单纯依赖FTU辨识信息相比，该方案拓扑适应性强、判据简洁，降低了有源配电网的保护失效风险。
【目的】为解决多微电网点对点交易引发的配电网潮流阻塞与成本分摊问题，促进分布式能源就地消纳。【方法】提出一种计及电气距离成本、电压管理成本和网损成本的动态过网费量化方法；构建配电系统运营商与微电网双层协同调度架构，在上层引入潮流安全校验与最小化削减惩罚的阻塞管理机制，在下层建立计及动态过网费的多微电网调度模型；利用KKT条件、强对偶理论和Fortuny-Amat变换，将双层模型转化为混合整数二阶锥规划模型进行求解。【结果】基于IEEE-33节点系统的仿真结果表明，所提模型能够促进分布式能源就地消纳，降低系统网损与社会成本，并有效抑制节点电压越限。【结论】动态过网费能够合理反映多微电网点对点交易对配电网运行产生的影响，所构建的协同调度模型可在保障配电网安全运行的同时提高多微电网交易的经济性。
【目的】针对有源配电网并网点故障信号非平稳特征提取困难，以及现有深度学习模型参数冗余难以满足边缘智能终端实时部署需求的难题，提出一种基于轻量化时频双分支金字塔注意力网络（time-frequency dual-branch pyramid attention residual network， TF-PARNet）的故障诊断方法。【方法】首先，构建时域与频域双分支并行架构，并引入差异化多头自注意力机制，分别捕获暂态波形突变与全局频谱依赖；其次，设计基于门控机制的智能自适应融合模块，实现异构时频特征的动态加权与重标定；最后，利用深度可分离卷积重构金字塔残差单元，解耦空间与通道相关性以实现模型极致压缩。【结果】在PSCAD/EMTDC平台上搭建IEEE 13节点系统进行仿真。测试结果表明，在叠加高斯噪声与时序偏移的复杂工况下，TF-PARNet 的平均准确率达96.14%，模型参数量仅为151.0 ×103个，在纯CPU环境下的单样本推理时间低至3.8 ms。【结论】该方法在保证高保真特征解析的同时大幅削减了计算开销，兼具故障辨识的高准确性与边缘计算的高效性，为资源受限的配电网就地化智能保护提供了可靠的工程方案。
【目的】电力系统作为国家关键基础设施，其安全稳定运行对于国家安全和社会经济发展具有重要意义。近年来，国际安全形势日趋复杂，外部打击等非常规极端风险对电力系统的威胁持续加剧，但如何刻画此类极端风险进而进行针对性防御尚缺乏研究。为此，提出一种面向非常规极端事件的电力系统攻防博弈情景推演方法。【方法】首先，构建节点攻击失效和最优调度响应等模型，并采用节点负荷-中心性耦合指标筛选候选关键节点，以降低攻防策略搜索维度。然后，构建多个不同攻击规模的场景，以考虑攻击资源的不确定性；在此基础上建立防御-攻击-系统响应的顺序攻防博弈模型，并采用列与约束生成（column-and-constraint generation， C&CG）算法求解。最后，采用IEEE 30节点和IEEE 57节点系统进行仿真验证。【结果】结果表明，IEEE 30节点系统中，攻防博弈下最优防御节点为{8，12}，期望加权切负荷较无防御场景下降24.51%；IEEE 57节点系统中，攻防博弈下最优防御节点为{12，8，9，1}，期望加权切负荷较无防御场景下降77.46%。【结论】所提方法能够综合考虑攻击目标选择、攻击资源不确定性与系统调度响应，有助于识别有限防御资源下系统具有较高防护收益的关键节点，为非常规极端事件下的电力系统风险推演与防御资源配置提供依据。
【目的】风电场送出线路故障或检修后会进入离网状态，该状态系统支撑薄弱、易诱发小干扰失稳。为维持离网状态风场热备用稳定运行，实现送出线路故障消除后风场快速并网、减少弃风损失，提出离网风场序阻抗建模与小干扰稳定分析方法。【方法】首先，依托谐波线性化建立虚拟同步发电机（virtual synchronous generator， VSG）构网型风机与无功补偿策略跟网型风机的序阻抗模型，明晰构网风机主动频率电压支撑、无功补偿风机精准匹配系统无功需求的协同运行机制；其次，基于电路叠加定理，将离网风场整体复杂序阻抗模型解构为构网风机、无功补偿风机主导的子网络，进一步结合奈奎斯特判据，提出了系统小干扰稳定性分析方法，揭示关键参数对系统稳定-失稳演化规律的影响，为关键参数区间的选择与稳定性评估提供理论参考。【结果】Matlab/Simulink仿真结果表明，所提方法能够有效判别离网风场小干扰稳定性。电压幅值与线路阻抗参数对系统稳定性存在显著影响，通过优化核心参数区间可保证风场离网状态下黑启动及后续热备用稳定运行。【结论】所提方法能够为风电场离网黑启动、热备用状态的小干扰稳定运行提供理论支撑与技术参考，该方法可为其他类型新能源装备构成的离网电力系统小干扰稳定性分析提供建模框架参考。
【目的】针对新能源机组附加阻尼控制方案缺乏统一量化评价依据、反馈信号与接入位置难以协同优选的问题，提出基于阻尼重塑效果评价指标（damping reshaping effect index，DREI）的附加阻尼策略优选方法。【方法】构建涵盖电压、电流、功率、直流电压和锁相环角频率等输入信号及多类接入位置的候选控制组合；基于计及机侧动态的dq阻抗模型和序阻抗变换获取新能源机组正序阻抗；以正序阻抗实部负值区域积分定义DREI，量化不同控制组合对负阻尼特性的削弱能力，并据此形成控制方案排序。【结果】阻抗分析、Nyquist稳定性分析和时域仿真表明，不同输入信号和接入位置的阻尼重塑效果差异明显；以网侧q轴电流为反馈信号并接入电流内环q轴时，DREI最小，负阻尼抑制和稳定裕度提升效果最优。【结论】DREI可从全频段角度统一表征附加阻尼控制的阻尼重塑能力，为新能源机组附加阻尼策略设计与宽频振荡稳定性分析提供量化依据。
【目的】针对分布式电源（distributed generation，DG）并网导致的主动配电网净负荷波动剧烈、弃能量高以及电压偏差大等问题，提出一种融合储能系统（energy storage system，ESS）调度与主动配电网运行优化的分层协同多目标优化方法。【方法】构建基于迭代协调机制的分层优化模型，上层模型以储能系统的经济收益和电网侧的净负荷削峰填谷效果综合最优为目标，引入基于负荷波动的动态权重调节机制，采用改进鲸鱼优化算法（improved whale optimization algorithm，IWOA）优化储能系统的日内充放电策略。下层模型以主动配电网网络损耗最小、节点电压偏差最小和弃风弃光量最小为目标，采用改进多目标粒子群优化（improved multiple objective particle swarm optimization，IMOPSO）算法协同调节无功补偿装置、分布式电源出力与储能功率分布。上下层模型通过交替迭代与信息反馈实现协调优化。【结果】基于改进的 IEEE 33 节点主动配电网系统开展 Matlab 仿真验证，结果表明：所提方法可将储能全天收益提升至427.4元，削峰填谷率达15.1%；系统总网络损耗降至1 796.3 kWh，总弃能量降低至1 725.2 kWh，电压越限平方和下降至0.001，电压偏差得到显著改善。在多类负荷波动场景下，该方法均表现出良好的适应性与显著的综合效益。【结论】所提出的分层协同优化模型能够有效应对分布式电源并网带来的多重挑战，显著提升主动配电网的运行效能和可再生能源消纳能力。该方法具有良好的运行效率和工程可实施性，可为主动配电网在复杂运行环境下的优化调度提供有力支撑。
【目的】为准确反映负荷侧碳排放差异，完整核算系统运行生产所产生的全部碳排放量，挖掘低碳需求响应潜力，提出一种考虑电能交易间接碳排放的多能微电网低碳运行优化模型。【方法】首先基于电、热、气能流约束和多能互补需求响应特性，构建多能微电网运行优化模型；为准确反映负荷侧碳核算责任差异，基于电能交易路径进行购电间接碳排放量核算，将购电来源及路径分配纳入优化决策；进一步，建立考虑需求响应的多能微电网系统低碳运行优化模型，在MATLAB环境下，利用YALMIP工具箱进行建模，采用CPLEX求解器求解。【结果】对比不考虑间接碳排放成本的常规需求响应，系统日运行成本下降3.90%，系统总碳排放量减少552.63 kg，下降50.84%。较区域平均碳排放因子法，电能交易合约路径下系统间接碳排放量减少547.46 kg，下降44.23%。【结论】所提方法可为多能源微电网的经济低碳运行提供理论和模型参考，有效激发用户侧低碳响应积极性。
【目的】在高比例可再生能源接入电力系统的背景下，系统净负荷的季节性差异日益显著。现货电能量市场与辅助服务市场的联合出清机制进一步加剧了市场的不确定性，使抽蓄电站在竞价决策中面临较高的尾部风险。为此，本文构建了一种适用于多季节性场景、兼顾市场风险约束的抽水蓄能电站竞价框架。【方法】首先，基于系统净负荷特征划分春秋过渡季、夏季与冬季3类典型场景。其次，综合净负荷峰谷差代表的套利空间特征与收益尾部风险特征，构建季节性联合策略指标。建立抽水蓄能电站参与现货联合市场的15 min级双层竞价模型。其中，下层模型模拟现货联合市场的出清过程；上层模型将季节性联合策略指标嵌入收益函数及约束机制之中，刻画不同季节场景下的差异化竞价行为。【结果】所提方法可随季节净负荷形态与尾部风险，自适应调整电能量市场与辅助服务市场容量配置，提高尾部利润水平；风险-收益前沿可为不同风险偏好提供可调节策略。【结论】模型引入季节性联合策略指标及其对应的约束响应机制，为抽水蓄能电站在复杂现货联合市场环境中的竞价提供支撑。
【目的】在“中长期-现货”市场背景下，含混蓄电站清洁能源发电商面临检修安排和现货市场风险共同压缩盈利空间的问题。为此，充分挖掘混蓄电站的调节能力，提出一种考虑中长期水位动态调整的含混蓄电站清洁能源发电商多时间尺度滚动调度方法。【方法】上层模拟年度中长期市场，以周为优化调度时间尺度，考虑剩余合同电量和机组检修安排，以清洁能源发电商剩余调度期综合收益最大为目标，确定周合同电量、现货电量、检修计划和周末指导水位；下层模拟周内现货市场，以小时为优化调度时间尺度，根据上层调度计划确定的边界，考虑风电出力和来水不确定性，基于条件风险价值，以周内售电综合收益最大为目标，优化周内申报曲线与混蓄电站周末水位；下层将实际合同完成量、周末实际水位、已执行检修状态反馈至后续调度周期，用于进一步修正剩余合同电量、周末指导水位和剩余检修任务。【结果】算例结果表明，三类调度情景均能够满足年度合同履约要求；与固定检修计划和固定周末指导水位的传统静态调度方法相比，所提方法的现货完成电量提高10.23%，净收益提高6.57%。【结论】所提方法能够通过周末指导水位滚动修正改善中长期计划与周内现货市场运行之间的水位衔接关系，并通过检修窗口滚动优化减少高价值运行周段的容量损失，提升含混蓄电站清洁能源发电商的现货市场发电支撑能力和收益水平。
【目的】随着“东数西算”推进，多数据中心（data centers，DC）用电需求与新能源出力的时空不匹配问题日益突出。针对现有研究对数据中心功率映射刻画不足、算力侧与电力侧协调机制不够完善的问题，本文提出一种基于两阶段拉格朗日松弛-交替方向乘子法（Lagrangian relaxation-alternating direction method of multipliers， LR-ADMM）的多数据中心工作负载时空迁移算电协同优化方法。【方法】首先，建立计及信息技术（information technology，IT）设备、辅助设备和制冷系统耦合关系的精细化数据中心功率模型，并在工作负载时空迁移模型中引入服务质量、网络时延和链路带宽约束。其次，构建以购电成本、碳成本、弃风弃光成本、迁移成本和服务质量损失成本最小为目标的协同优化模型。然后，设计两阶段LR-ADMM分解求解策略，先由交替方向乘子法获得算电协调初始点，再由拉格朗日松弛对带宽约束下的迁移方案进行细化。最后，以3个典型数据中心为算例进行验证。【结果】所提方法可使系统总成本降低14.10%，新能源消纳率由90.84%提升至97.09%，并在运行成本、服务质量和新能源消纳之间取得更优平衡。【结论】所提方法在所设计算例中获得了更低的总成本，并在服务质量代价与新能源消纳之间取得了更优平衡。
【目的】在“双碳”目标和80%绿电约束下，算力中心逐步由被动负荷转向灵活性资源，但柔性算力对系统规划运行的影响及其与物理储能的可比量化尚缺乏统一框架。本文构建柔性任务的储能等效表征方法，量化其绿电消纳与系统调节价值。【方法】构建覆盖8760 h的算力中心-电网-储能联合规划与运行优化模型，以年化总成本最小为目标，在满足绿电比例、功率平衡和任务服务约束下，协同优化风光与储能配置及负荷移位；提出“消纳性等效储能”指标，以等效容量和单位价值表征柔性算力的储能替代作用。【结果】对于最大负荷为0.36 MW的算力中心，在1 h柔性窗口、2 h储能口径下，柔性任务比例由0%增至40%时，等效储能增至0.13 MWh，单位价值为14.26万元/MWh；比例增至100%时，等效储能达0.21 MWh，单位价值降至12.67万元/MWh，呈边际递减特征。敏感性分析表明，降低延迟补偿、扩大柔性窗口可增强替代作用；从储能时长看，柔性算力在系统层面更倾向于替代长时储能。【结论】本文提出的消纳性等效储能指标可在能量和经济维度统一评价柔性负荷与物理储能，为高比例风光条件下算力中心源-荷-储协同规划及灵活性价值评估提供依据。
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