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】“双碳”目标下，构网型储能（grid-forming energy storage，GFMES）作为适应高比例新能源接入电力系统的重要技术装备，其应用优势尚未被充分挖掘，亟需明晰其在新型电力系统多场景下的主动支撑机理与配置方法。【方法】从构网控制角度总结其电压、频率和惯量支撑原理；面向正常运行、小扰动和大扰动工况，梳理构网型储能规划配置方法；结合工程示范，围绕新能源集中送出、直流近区和微电网场景，分析其规划定位、关键需求及多工况协同问题。【结果】现有研究已形成分工况的规划思路：正常工况侧重技术经济性，小扰动工况侧重系统强度与频率稳定，大扰动工况侧重“预防—穿越—恢复”全过程协同；同时，不同应用场景下，构网型储能的功能定位、主导约束与配置需求存在明显差异。【结论】构网型储能规划具有明显的场景差异性和多工况耦合特征，系统强度、电压频率安全边界及故障恢复需求是影响选址定容的关键约束，需建立兼顾技术约束与经济效益的协同规划方法。
【目的】随着电力电子装备在新型电力系统中渗透率的日益提升，系统逐渐由同步发电机主导的“物理同步”特性，演变为并网逆变器主导的“控制同步”特性。受并网逆变器强非线性、弱过流能力以及多机耦合特性的影响，系统同步稳定性问题呈现出由局部到整体的多层次特征。【方法】文章从单机无穷大系统和混联系统两个层面展开综述。在单机无穷大系统层面，定义虚拟功角，描述跟网型（grid-following，GFL）逆变器、虚拟同步发电机类和虚拟振荡器类构网型（grid-forming，GFM）逆变器与电网的同步关系，基于虚拟功角曲线分析影响各类逆变器同步稳定性的关键因素，归纳典型致稳控制策略。在混联系统层面，考虑GFL与GFM逆变器控制环节之间的交互耦合关系，给出孤岛和并网模式下混联系统等效功角的动态模型，梳理对应场景下多机交互引发的同步失稳机理和致稳控制策略。【结论】结合对现有同步稳定性研究成果的分析，从多时间尺度建模、多场景稳定性评估与协同致稳控制三个方面，对并网逆变器同步稳定性的未来研究方向进行展望。
【目的】为改善新型电力系统中多台储能变流器并联运行控制策略不协调时，引起各储能系统荷电状态（state of charge， SOC）分布不均衡以及频率超调、低频振荡等问题，提出一种结合SOC出力均衡和自适应基础阻尼设计的改进虚拟同步发电机（virtual synchronous generator， VSG）控制策略。【方法】首先以电压源型VSG控制作为构网外环建立构网型并联储能系统模型；其次依据储能系统实时SOC提出一组有功出力均衡系数；然后以此均衡系数为基础设计基础阻尼加自适应阻尼的控制策略。最后，基于MATLAB/Simulink数字仿真环境验证分析所提出控制策略的性能与有效性。【结果】以铝电池组作为储能系统，引入所提改进VSG控制策略后高SOC系统与低SOC系统存在5%~7%的功率分配差异，在典型扰动工况下频率跌落幅值降低约20%，超调幅值降低约30%；在复杂工况下频率偏差降低10%~15%。【结论】所提控制策略通过设置均衡系数来保持并联机组间SOC均衡，使功率分配得到合理优化，并对得到的均衡系数加入自适应阻尼策略来修正频率偏差，能够有效提升储能系统的动态响应性能、频率稳定能力以及多机协同运行能力，对构建高比例新能源的新型电力系统具有一定的理论意义与工程应用价值。
【目的】热浪影响范围广、强度大，是对我国电力系统影响最大的气象灾害事件之一。工业用户用电体量大，且具备一定调节潜力，是参与电力保供的优质资源。现有研究未充分考虑湿热型热浪下温湿度耦合对温感负荷的影响，难以精准预测负荷缺口；传统用电管控未重视工业集群的产业链耦合特性，工程实践中常按统一比例切除负荷，易导致上下游企业被动停产、连锁断供，造成巨额经济损失。为此，提出一种湿热型热浪下考虑产业链耦合的工业集群用电管控方法。【方法】首先，结合温湿度等多种气象因素，生成高温场景下电力系统源荷序列，提升负荷缺口预测精度；其次，立足工业集群产业链耦合特性，建立考虑工业用户生产特性的内部负荷调控能力评估模型，并构建以最小化工业负荷计划调控损失及产业链耦合关联损失为目标的高工业负荷占比区域电网运行方式优化模型。最后，以我国东部某高工业负荷占比区域为实例开展仿真验证。【结果】与传统管控方法相比，所提方法可显著降低负荷调控损失及产业链连锁断供损失。【结论】所提方法能够有效应对湿热型热浪下工业集群用电管控的特殊挑战，弥补传统方法未考虑产业链耦合的缺陷，减少供需失衡下的综合损失，为电力系统迎峰度夏提供科学、可行的技术支撑。
【目的】针对极端气象事件频发对配电网安全稳定运行构成严峻挑战的问题，提出了一种考虑极端气象负荷场景生成的配电网韧性提升鲁棒策略。【方法】首先，针对极端气象历史样本稀少问题，提出一种基于相关性样本扩充策略的条件去噪扩散概率模型，结合气象条件与双重迁移学习，生成极端气象负荷场景。其次，基于生成场景建立了故障前两阶段鲁棒优化模型：第一阶段决策材料中转仓库选址及材料预分配方案；第二阶段在考虑故障场景分布模糊集与决策者风险偏好最坏的情况下，将因材料短缺导致的负荷损失成本最小化。最后，在故障后阶段，建立了考虑维修队伍与移动电源协同调度的时空优化模型，以最小化停电损失为目标，实现故障修复与负荷恢复的高效协同。【结果】仿真结果表明，基于条件去噪扩散概率模型的双重迁移学习极端负荷场景生成方法降低误差的效果，显著优于生成对抗网络等方法。基于鲁棒优化的配电网韧性提升方案显著提高了资源配置效率，实现了经济性与鲁棒性的更好平衡。【结论】所提负荷场景与鲁棒策略有效解决了极端气象下历史数据匮乏与应急决策不确定性的双重挑战。
【目的】为降低商业用户用能总成本，满足可再生能源电力消纳责任权重，提高新能源利用率，缓解配电变压器反向重过载，构建了价格型、准线型、基线型需求侧响应（demand response，DR）下的风光储自备电源配置策略，计及反向输电约束，对比评估其参与三类DR降低用能总成本的效果。【方法】以最小化用能总成本为目标，构建规划阶段自备电源配置、运行阶段负荷基线交替迭代的双层优化模型。上层模型考虑多条新能源预测曲线各时刻最大值，建立了自备电源配置模型，求解新能源容量、储能功率和标称放电时间；下层模型基于上层模型结果和多条新能源预测曲线概率，求解用能总成本的数学期望，并以输电曲线数学期望作为负荷基线反馈至上层模型，直至连续两次自备电源配置结果和负荷基线相同。按允许反向输送不超过20%的光伏发电量设定输电约束，并分析分时电价、基准激励价格和负荷准线的调整对经济性指标的影响。以我国沿海某省某商业综合体为例进行计算评估，从降低用能总成本方面验证策略的有效性。【结果】从数学期望看，相较于无自备电源的对照方案，采用所提模型方案的用能总成本降低2%~10%；参与基线型DR的相似度为98%~100%，显著高于参与准线型DR的82%~86%，参与基线型DR相比准线型DR用能总成本降低6%~10%。反向输送的光伏电量占比为0~10%。【结论】在满足省级电网可再生能源电力消纳责任权重需求下，所提策略求解的负荷基线和输电曲线相似度高，设定的反向输电约束增加了自备电源配置规模，显著降低了商业用户用能总成本。
【目的】随着分布式风电与光伏并网比例增加，其波动性与间歇性对配电网灵活性提出更高要求。若配电网灵活性不足，将导致弃风弃光、潮流越限等问题。利用节点消纳能力和网架传输能力的可调性，是提高灵活性较为高效的方法。提出一种主动配电网节点-网架灵活性资源耦合配置方法。【方法】首先，建立节点和网架层面的灵活性资源模型，精确表征节点灵活承载能力与网架传输能力；其次，构建灵活性需求模型及评估指标体系，量化灵活性供给能力；然后，以智能软开关（soft open point， SOP）、混合储能（hybrid energy storage，HESS）、需求响应（demand response，DR）与网架重构为灵活性资源，提出优化配置方法，并构建考虑时序相关性的场景以描述配电网运行场景不确定性；最后，通过大M法与二阶锥松弛将模型转化为混合整数二阶锥模型求解。【结果】算例结果表明，相较于传统不确定处理方法，所提考虑时序相关性的场景构建更加符合配电网实际；所提耦合配置方法虽然增加了部分年投资成本，但年综合费用降低了9.67%，并且保证了配电网的灵活性供需平衡，减缓了网架的潮流波动。【结论】所提主动配电网节点-网架灵活性资源耦合配置方法充分利用多种灵活性资源的协同优势，不仅有效提升了配电网的灵活性，还缓解了网架的阻塞情况，为高比例分布式风光接入配电网的规划提供参考。
【目的】电动汽车（electric vehicle，EV）由于其储能特性可作为灵活性资源参与电网互动，规模化电动汽车接入微电网后对微电网的优化调度提供了新的机遇。为此，提出了一种基于双层随机模型预测控制（stochastic model predictive control， SMPC）的微电网优化调度策略。【方法】上层优化采用场景分析法处理光伏出力、负荷需求和电动汽车数量的不确定性，生成典型场景集并建立优化模型，通过滚动优化实现微电网的经济调度。下层提出了基于广播控制方法的充电桩动态功率分配策略，在考虑电动汽车充放电可行区域的情况下，实现对上层调度指令的高效分配。【结果】所提优化调度方法兼顾经济性和鲁棒性，综合表现优于确定性模型和鲁棒优化（robust optimization， RO）方法，所提充电站功率分配策略较传统的集中式功率分配策略降低了通信压力且具备良好的跟踪效果。【结论】所提优化调度策略能够在满足电动汽车充电需求的情况下，提高微电网调度运行的经济性与灵活性；广播控制算法兼顾了通信效率与系统的扩展性，适用于即插即用的大规模场景。
【目的】由于量测设备不足，配电网的可观测性较差，影响了状态估计的准确性。为此，文章提出基于动态分区的弱可观配电网先验信息增强状态估计，利用可观区域量测实现全节点状态估计。【方法】首先，依据量测数据采集情况对节点进行可观性分析与实时动态分区，并在此基础上构建区域状态映射模型，从而实现不可观区域状态的实时估计。然后，基于系统历史状态的先验状态信息设置预测误差协方差矩阵，建立先验信息增强的扩展卡尔曼滤波（prior-enhanced extended Kalman filter，PEEKF）模型，避免后验估计中对预测误差协方差的更新，提高估计效率的同时获取系统可观区域的精确状态。最后，通过状态映射模型将可观区域状态映射得到不可观区域状态，获取配电网不可观区域的状态估计值。【结果】在IEEE 33节点和IEEE 95节点系统进行仿真测试，算法在2个系统中的平均绝对百分比误差稳定在0.4%以下，与扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波及自适应插值卡尔曼滤波相比，估计精度显著提升。【结论】文章所提方法能有效进行动态分区和状态映射，实现弱可观配电网高实时、高精度状态跟踪。
【目的】受限于实际运行条件，负荷预测往往面临数据质量低下与负荷分布变化的双重挑战。为此，提出一种计及历史数据缺失与负荷时间异质的超短期负荷预测方法。【方法】首先，为重建负荷等缺失时序数据，将卷积-双向长短期记忆神经网络（convolutional neural network-bidirectional long short-term memory，CNN-BiLSTM）嵌入生成对抗插补网络（generative adversarial imputation network，GAIN），捕捉时空依赖关系。训练过程中，为避免模型仅关注可观测值的插补误差，引入随机噪声替代部分可观测值，显式度量上述噪声的生成偏差。其次，为揭示更小时间尺度上的负荷异质性，对训练集预测模型的负荷输入样本进行聚类，识别不同负荷分布模式。最后，结合不同模式样本微调统一预测模型，构建个性化子模型。在线预测时，根据当下负荷输入样本与各模式中心的相似性动态选择子模型，避免对日历、天气等外部信息的依赖。【结果】算例表明，所提缺失数据重建方法较传统方法具有更低重建误差，在此基础上建立的负荷预测模型误差更低。引入个性化预测子模型构建及选取策略，可进一步降低预测误差。【结论】实验结果充分验证了所提方法在实际运行场景下的应用价值。
【目的】高压直流直挂储能系统（high-voltage DC cascade energy storage system，HVDCC-ESS）在功率解耦控制、容量扩展等方面具备优势，是大容量储能技术的重要发展方向。为此，提出HVDCC- ESS可靠性评估方法，用于量化分析储能系统可靠性水平、优化规划运行决策。【方法】首先，基于拓扑结构和运行方式将储能系统划分为交流场、直流场和储能电池场区子系统，进而建立元件-子系统-储能系统的多层级可靠性评估框架，以解决元件规模庞大、状态转移复杂及功能交叉耦合等问题；然后，结合子系统电气设备及内部拓扑，采用故障树法、n中取r模型、马尔科夫模型，建立考虑冗余设计和备品备件的子系统可靠性模型；最后，针对子系统集体失效问题，引入共因停运的分离模型，提出储能系统可靠性评估方法，并给出概率、频次和时间多维度可靠性指标计算方法。【结果】基于实际工程的仿真计算结果表明，所提模型可量化元件-子系统-系统各级可靠性指标，可据此配置系统冗余与备品备件，以满足检修周期与检修时长要求；所提模型亦可适应运行工况、运维水平及运行年限变化。【结论】所提模型能够量化HVDCC-ESS多层级、多维度可靠性指标，评估结果可为储能产品开发、系统优化配置和运维检修提供可靠性依据。
【目的】面对我国“沙戈荒”大型风光基地外送通道受限与本地消纳不足等现实问题，为缓解新能源消纳受限以及氢能制-储-运-用脱节，提出一种考虑固态运氢交互的电氢综合能源系统协同规划方法。【方法】首先构建含电解槽、储氢罐、气-固转化装置及氢能汽车负荷等的电氢综合能源系统（electricity-hydrogen integrated system，IEHS），并引入固态运氢车（solidity hydrogen transport vehicle，SHTV）实现各区域间氢能的高效运输与能量交互。然后以设备容量配置成本最小为上层目标、以系统优化调度成本最小为下层目标，建立制-储-运-用氢双层规划模型，并采用Karush-Kuhn-Tucher（KKT）条件和Big-M法将双层模型转换为单层线性模型求解。【结果】结果表明，采用SHTV进行系统跨区域氢能交互后，可降低系统年购电和弃风弃光成本，系统年总成本较各区独立运行情形降低7479万元，降幅达17.7%；与氢长管拖车（hydrogen tube trailer，HT）交互相比，年运输成本降低1552万元，降幅达67.9%。【结论】所提方法在促进风电、光伏消纳的同时减少排放9450 t CO₂，有效提高了系统整体经济性和环保性。
【目的】工业园区配置储能不仅有助于降低电度电费和需量功率电费，还可通过参与电网调峰调频服务增加额外收益。然而，光伏发电的随机波动特性对储能系统在需量功率管理、调峰调频等多场景协同应用方面提出了严峻挑战。尽管电化学储能在平抑光伏发电随机波动方面具有毫秒级响应特性，但其高昂的投资成本与有限的循环寿命制约了其在用户侧规模化应用；相较而言，重力储能凭借其低成本与长寿命优势，在日均投资成本方面展现出显著竞争力。针对上述问题，提出了一种面向园区需量功率管理与调峰调频的混合储能系统双层迭代鲁棒规划方法。【方法】上层模型基于信息间隙决策理论（information gap decision theory，IGDT），以系统年运行成本最小化为目标，优化重力-电化学储能容量配置，并将结果反馈至下层模型；下层模型采用模型预测控制（model predictive control，MPC）方法，通过滚动优化实现混合储能对需量功率的自适应动态控制，并以需量功率防守是否成功为判据，判断是否需反馈至上层进行容量重新配置。【结果】所提方案使园区需量管控的最大购电功率降低比例提升49.4%，调峰调频综合性能指标提高42%，系统年运行成本降低21%。【结论】所提方案为工业园区储能系统规划提供了重要的理论依据。
【目的】随着新能源广泛接入多园区综合能源系统（multi-park integrated energy system， MPIES），新能源出力波动导致的能源供应波动直接影响市场和系统稳定性，各主体面临不确定性风险应对与合作收益分配不均的双重挑战。为此，提出一种考虑风光不确定性风险应对的MPIES市场多主体两阶段鲁棒博弈交易策略。【方法】首先，结合随机场景生成法建立基于多场景加权的可调鲁棒风光不确定性集合。其次，基于强对偶理论与KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件将运营商-MPIES主从博弈问题重构为混合整数线性规划问题。最后，据此建立基于风险应对的两阶段鲁棒主从博弈模型，利用列与约束生成（column-and-constraint generation，C&CG）算法迭代循环求解生成最终的交易策略。【结果】所提策略增强了市场各主体风险应对能力，减少博弈过程中各主体的预期效益偏差。【结论】所提策略通过两阶段框架实现主从博弈与鲁棒优化的协同融合，能够在不确定性环境下有效权衡风险与收益，提升系统整体的决策质量与经济稳健性。
【目的】针对现有配电网与多微网协同灵活性挖潜不足导致两者运行成本高昂的问题，提出一种考虑电能-备用-碳排放多元资源交易的配-微电网协同优化调度策略。【方法】首先，充分计及微网个体入市资格差异，构建一种兼容差异化主体参与现货和备用市场竞价的新型非对称微网联盟（asymmetric microgrid alliance，AMGA）框架。在此基础上，设计计及多级市场出清机制的配网运营商（distribution network operator，DNO）与AMGA主从博弈策略，其中上层DNO充分考虑配网潮流约束，针对不同市场主体实施电能量、备用及碳动态定价，下层AMGA挖掘电动汽车（electric vehicle，EV）能量转供潜力，进行多微网协同调度。最后，采用融合二分法的优化算法迭代求解调度模型。【结果】所提策略能够降低配微网运行成本，系统经济性提高12.83%，保障电网高效运行。【结论】该方法在兼顾经济性与环保性的基础上，实现了多主体间的协同优化与公平收益分配。
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