【目的】为降低电力系统碳排放量,提高清洁能源消纳率,以总成本最小化为目标,提出一种基于热电联产-碳捕集-电转气(combined heat and power (CHP)-carbon capture and storage (CCS)-power-to-gas(P2G), CCP)耦合机制和低碳需求响应(low-carbon demand response, LCDR)的多能耦合区域综合能源系统(regional integrated energy systems, RIES)协同优化方法,构建源-荷双向灵活低碳调度模型。【方法】首先,在供给侧引入碳交易-绿色证书机制,建立基于基准线法的碳排放分配模型,激励系统消纳可再生能源;其次,以CHP-CCS-P2G多能耦合机组为基础,通过碳循环利用与能量梯级转化,实现系统能效提升;然后,荷侧引入计及负荷特性差异的低碳需求响应机制,建立基于价格弹性矩阵的电、热负荷双向互动机制,以降低负荷峰谷差值。【结果】以中国南方某城市某行政区的电力相关数据进行相关仿真实验,结果表明在所提方法下,系统的碳排放和运行成本均有下降,风光消纳能力有所提高,其中场景6较基础场景的运行成本减少了5.26%。【结论】所提方法可使得碳元素形成闭环转化,有效降低传统发电机组的出力,增加新能源的上网功率,同时可通过激励信号实现“削峰填谷”,降低系统的碳排放,使系统处于低碳经济运行状态。

【目的】针对高比例新能源渗透率下电网惯量来源多元化和不确定性所导致的系统频率响应能力不足问题,提出一种在机组组合中考虑惯量来源多元化以及惯量和风电不确定性的方法。【方法】首先,综合调度部门所掌控的同步发电机组惯量、不被调度部门掌控的小型同步发电机组惯量、虚拟惯量和负荷侧惯量,建立惯量不确定性模型。其次,采用基于数据驱动的两阶段分布鲁棒优化模型刻画惯量和风电的双重不确定性,并用1-范数以及∞-范数约束不确定性概率分布置信集合,与此同时,在第二阶段模型中考虑动态频率约束。最后,将模型中含有绝对值的部分线性化,采用列与约束生成算法对两阶段模型求解。【结果】IEEE 118节点系统的仿真算例表明,相较于仅考虑大型同步发电机惯量的机组组合模型,本文所提计及惯量和风电双重不确定性的两阶段分布鲁棒机组组合模型具有更充足的频率响应能力,且发电总成本降低了3.3%。此外,与其他不确定性方法相比,文章构建的模型相较于鲁棒优化模型有更好的经济性,相较于随机优化模型有更强的鲁棒性。【结论】有效平衡了电力系统经济性与鲁棒性之间的关系,从而确保系统在可再生能源高渗透场景下具备动态适应能力。

【目的】 针对传统分布式光伏承载力测算方法未统筹考虑输电网新能源消纳能力与配电网设备运行安全的问题,提出了一种考虑主配协同的分布式光伏承载力区间构建与最优求解方法。【方法】 首先,在输电网层面,考虑不同的省域新能源利用率水平和储能配置比例,依托生产模拟时序仿真构建分布式光伏承载力区间。然后,在配电网层面,以配电网投资经济性最优为目标,计及输配电网潮流、电能质量、储能充放电约束等,提出了一种分布式光伏承载力最优求解与区间校核方法。最后,选取我国不同区域省份进行算例分析。【结果】 结果表明,分布式光伏承载力区间可以与分布式光伏承载力最优解相互约束,兼顾满足输电网新能源消纳利用需求和输配电网可靠运行需求。【结论】 所提方法将分布式光伏纳入省域供需平衡计算,统筹考虑全量电源消纳空间对承载力计算的影响,科学评估电网可接入裕度,为引导分布式光伏合理布局提供了重要参考。

【目的】 随着新能源经逆变器大量接入电网,电力系统稳定性面临挑战。尽管虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可提供惯量与阻尼特性,但在电网短路故障下,过大的短路电流易导致其失步甚至脱网。为此,提出一种基于虚拟转速动态调节的VSG故障穿越控制策略。【方法】 在电网发生短路故障工况下,分析了VSG暂态特性,找到短路过流的原因。提出使用虚拟转速动态调节控制策略来保证功角稳定性,改进无功环控制策略进行无功补偿,并采用基于平衡电流法的电压电流双环结构实现输出电流三相平衡。【结果】 Matlab/Simulink仿真测试结果表明,在电网短路故障期间,虚拟转速和功角稳定在额定值,短路电流限制在VSG输出额定电流的1.5倍以内,VSG按照国家并网标准要求提供无功功率,输出电流三相平衡,故障冲击电流得到抑制。【结论】 所提控制策略对比现有方法,实现了虚拟转速和功角的稳定,能更好的限制短路电流,抑制故障冲击电流效果也更好,暂态响应速度也更迅速,保证输出电流三相平衡,在电网短路故障工况下能保证VSG安全稳定运行。

【目的】 针对当前大规模风电与光伏电站投资中普遍存在的上网受限、投资回报率偏低及碳市场激励机制缺失等问题,在电碳耦合环境下,构建了一种考虑水电调节能力的区域电网风光容量双层优化配置模型。【方法】 上层模型以风电与光伏的投资回报率最大为优化目标,在综合考虑电力市场与碳市场收益的基础上,制定风光容量配置策略;下层模型中,小水电、风电与光伏组成的可再生能源群体以购电成本最小化为目标参与电力市场出清,同时考虑风光在核证自愿减排量（China certified emission reduction,CCER）市场中的碳交易结果,实现电力与碳市场的联合优化出清,模型引入合作博弈与夏普利值,量化风光水各自收益,并采用改进粒子群优化算法（improved particle swarm optimization,IPSO）嵌套CPLEX求解器实现双层结构的协同求解。【结果】 仿真结果表明,不同水文场景下,风光的收益随水电调节能力的变化而变化,丰水期收益最大,枯水期则相应减少,进而影响风光全年的最优配置。引入电碳耦合市场模式后,风光系统收益显著提升,配置容量比传统电力市场模式增长约24%;碳市场机制通过价格信号有效抑制了高碳排放机组的运行行为,促进了火电机组碳排放结构的优化。CCER市场摩擦因素对碳收益存在显著削弱效应,收益最高可下降33.5%。【结论】 模型突出了水电调节能力和碳市场信号对风光消纳的关键作用,有助于新能源开发和电源结构低碳化,为碳市场政策优化提供了理论依据。

【目的】 风电机组通常运行在最大功率跟踪的状态,不为电网提供惯性响应及频率支撑的功能。为充分利用场站内风电机组的调频能力,提出一种考虑风机调频能量差异的风电场频率主动支撑控制策略。【方法】 首先,推导风电机组在调频过程中的风能损失与转子转速之间的关系,对风电机组的可用调频能量进行评估计算,建立风电场的频率响应模型;其次,采用模型预测控制,以满足风电场的调频需求,充分利用机组的调频能量,减小调频过程中的风能损失为目标,优化调整风电场内各风电机组有功功率,充分利用场站内风机的调频能量为系统频率提供主动支撑。在频率支撑结束后,采用转子转速平滑恢复策略来恢复机组的转速。【结果】 仿真结果表明,所提控制策略能够根据调频需求充分利用场内风电机组的调频能量,实现系统频率的有效支撑,同时降低调频过程中风电场的能量损失,在转速恢复阶段能够缓解频率二次跌落现象。【结论】 该策略有效提升了风电场的频率支撑能力,通过优化调频能量分配降低了风能损失,提高了风电场的调频效率和经济性,为大规模风电并网提供了技术支撑。

【目的】 随着直流电网传输容量的提升,基于全控型电力电子器件的混合式直流断路器普遍存在故障电流上升速度快、幅值大、开断困难以及造价昂贵等问题。针对上述问题,提出了一种耦合电感辅助限流的混合式直流断路器拓扑。【方法】 该拓扑主支路的耦合电感一次侧对故障电流进行一次限流,限流支路实现对故障电流的二次限流,充分有效地降低了故障电流上升率;主支路的耦合电感二次侧对自充电电容进行预充电,降低设备复杂度;采用晶闸管代替传统IGBT和并联电容实现避雷器的投切,提高了经济性。【结果】 对所提拓扑的工作原理和各个主回路参数进行了分析和设计,通过PSCAD/EMTDC建立了四端直流输电网系统模型,将该拓扑与已有典型拓扑进行了对比仿真分析,在发生短路故障时,所提拓扑对故障电流的限流峰值进一步降低,开断时间进一步缩短,避雷器的吸能进一步减少,且有一定的经济性。【结论】 所提拓扑具有良好的开断性能,且有一定的经济性,可为后续高压直流断路器在直流输电网系统中的应用提供一定的理论基础。

【目的】 直流输电技术在新型电力系统建设中具有举足轻重的作用,为了拓展直流输电新的或未知的应用模式,需要对直流输电的底层物理特性作比以往更深入的归纳和总结。【方法】 根据基本的物理原理,将直流输电系统的固有物理特性归纳为5个方面,分别为频率隔断效应、故障电流隔断效应、输电距离不受限制特性、输送功率大幅提升特性和无分布电容电流特性。在此基础上,将既有的直流输电应用模式建立在直流输电系统的固有物理特性之上。【结果】 建立了直流输电的固有物理特性与现有各种应用模式之间的对应关系,为新型电力系统背景下拓展直流输电技术应用模式提供一种思考的途径。【结论】 直流输电技术的固有物理特性与交流输电技术的固有物理特性具有相互补充的关系,在交流电网中合理应用直流输电技术可以大大提升电力系统的运行性能,未来新型电力系统将是一个在各电压层级交直流有机融合的电力系统。

【目的】 为满足电网在大扰动下的运行稳定性与经济性要求,激励稳定切机切负荷市场主体参与电力辅助服务,提出了一种稳定切机切负荷辅助服务市场机制。【方法】 首先,设计了稳定切机切负荷辅助服务市场运行流程以及切机切负荷能力费和使用费的两部制定价方式;然后,考虑特定故障对电网进行分区,形成稳定切机切负荷的入围备选市场主体集合;其次,建立了计及故障表征因子与平均停电时长的最小成本目标函数,同时考虑了暂态频率、电压和同步稳定约束,构建优化出清模型,并采用时域仿真和分支定界算法求解辅助服务策略。通过改进频率稳定标准算例(The Chinese Society for Electrical Engineering-frequency stability,CSEE-FS)验证了所提稳定切机切负荷辅助服务市场机制的有效性。【结果】 仿真表明,执行辅助服务策略后电网能够恢复稳定运行状态,且在模型中引入故障表征因子能精准地制定出该故障下费用最小策略。【结论】 文章所提市场机制能在满足电网安全稳定需求的前提下,确保市场主体获得与其服务能力相匹配的收益,并降低了电网稳定切机切负荷的成本。

【目的】 针对输变电工程三维设计中传统工具规范整合不足、设计验证效率低等问题,探索建筑信息模型（building information modeling,BIM）与大语言模型协同机制,构建智能化设计辅助系统以提升规范动态映射与知识服务能力。【方法】 提出大语言模型赋能的BIM三维设计专家系统：1）基于Qwen2.5模型解析输变电工程规范,提取三元组结构,构建知识图谱;2）开发混合检索框架动态映射BIM构件属性与知识实体,结合向量知识库增强语义匹配;3）集成检索增强生成(retrieval augmented generation,RAG)技术构建问答系统,通过BIMbase平台实现三维模型与规范数据的智能交互。【结果】 徐州变电站应用表明：1）知识图谱三元组提取准确率达92%;2）BIM构件规范映射覆盖率达85%;3）问答系统响应时间为1.45 s,专业解答准确率达91%（较基线提升32.8%）。【结论】 建立了BIM与大语言模型动态协同机制,验证了知识图谱增强检索在电力工程设计中的有效性。该系统通过规范-模型双向映射与智能问答显著提升了设计质量,为智能电网提供了可扩展技术范式。

【目的】高比例可再生能源大规模并网会导致异质能流系统供需失衡。针对可再生能源消纳问题,研究氢能流与广义储能参与的异质能流系统低碳协同调控方式。【方法】首先,考虑氢能流参与的多能流交互和广义储能的灵活调控特性,构建综合成本、风光消纳率、碳排放量等指标评价优化运行综合效益;其次,基于系统碳排信息,构建基于能流交互的碳流拓扑模型,利用碳流信息辅助评估多目标优化结果;最后,以东北某实际区域系统进行仿真,研究源-荷-储协同互动特性,分析氢能流及广义储能参与对系统综合效益的优化效果。【结果】仿真结果表明,氢能流与广义储能的参与有效提升异质能流系统对可再生能源的消纳裕度,验证了所提方法的有效性与可行性。【结论】通过电-热-氢能流灵活交互,实现了能量的充分利用,增强了系统的动态调节能力,有效促进低碳能源渗透;考虑广义储能后,进一步促进低碳能源消纳,同时实现削峰填谷,推动异质能流系统向高效、清洁、低碳转型;通过对典型时段碳流分析,表明氢能流与广义储能的参与有效缓解了系统供需压力,利于异质能流系统低碳运行。所提策略为异质能流系统消纳可再生能源提供了新的思路和方法,具备良好的工程前景。

【目的】 基于模块化多电平技术的大容量电压源型逆变器（static var generator,SVG）,可实现主动构网、无功补偿、谐波抑制、阻抗重塑等多种功能,是支撑新型电力系统构建的重要设备。【方法】 对大容量电压源型逆变器在新型电力系统构建中的关键技术进行了论述。首先,回顾了SVG的发展历程和基本拓扑原理,梳理了SVG与MMC演化转换关系,分析了SVG支撑电网强度的量化评估公式,总结了SVG保障新型电力系统在高比例新能源、高比例电力电子设备接入下安全稳定运行的优势。然后,重点对基于SVG的多源换相换流器（multi source line commutation converter,SLCC）技术、有源滤波器、构网型SVG、储能型SVG等关键技术进行了分析。最后,对SVG在未来新型电力系统中可发挥的关键作用和后续重点研究方向进行了展望。【结果】 在未来新型电力系统构建中,大容量SVG在大规模新能源孤岛送出、弱系统电压支撑、广域谐波抑制等方面应用前景广阔。【结论】 孤岛新能源下SVG预充电和黑启动、多SVG间协调配合控制等方面有待开展进一步深入研究。

【目的】 高比例分布式光伏并网导致配电网的消纳能力不足,同时新型配电系统的建设对可靠性提出了更高要求。构网型储能凭借灵活的功率同步控制能力,兼具促进新型配电网分布式光伏消纳和可靠性提升的能力。文章提出了一种考虑配电网分布式光伏消纳和可靠性提高的构网型储能优化配置模型。【方法】 首先,建立了构网型储能选址定容的双层优化模型,上层模型考虑故障状态和负荷重要性,建立了提高配电网可靠性的储能选址模型;下层模型考虑分布式光伏的不确定性,建立了提升分布式光伏消纳的储能定容模型;其中,光伏不确定性的概率分布置信集合由1范数和∞范数约束,基于分布鲁棒优化方法,采用列与约束生成(CCG)算法进行求解。其次,建立了考虑可靠性与分布式光伏消纳和经济性的综合指标体系,采用改进的优劣解距离法求得最优配置方案。【结果】 以改进的33节点算例系统为例验证本算法的合理性。结果表明,相较于传统储能方案,所提模型的可靠性指标提高超过10%,分布式光伏弃光率减小了7.44%,在4个关键节点配置构网型储能可获得最优效果。【结论】 所提构网型储能优化配置方法显著提高了配电网的分布式光伏消纳能力和可靠性,为高比例分布式光伏接入配电网的规划投资提供参考。

【目的】 针对构网型储能因变流器单一运行模式难以适应电网短路比变化及复杂故障扰动的问题,提出了一种基于幅相同步（amplitude and phase synchronization, APS）的双模式改进切换策略,并使用改进粒子群优化（improved particle swarm optimization, IPSO）算法对其关键参数进行辨识。【方法】 首先,分析了常规跟网-构网模式切换策略存在的不足,揭示了功率环电压相位累计误差及其造成的无功电压偏差使得模式切换时暂态冲击增大的机理;基于此,提出了幅相同步补偿机制,在模式切换过程中同步修正电压幅值和相位信号,实现了内环电流参考信号的平滑变化;然后,针对常规切换策略中跟踪环参数难以整定的缺点,采用基于非线性惯性权重和学习因子的IPSO算法对4组跟踪环参数进行自适应辨识以提升储能变流器对跟网和构网模式运行点的跟踪性能和扰动抑制效果。【结果】 在Matlab/Simulink里搭建MW级构网型储能电磁暂态模型开展验证,结果表明：所提控制策略可以顺利实现暂态功率冲击小于0.02 p.u.,且在连续切换和运行点波动场景下均能稳定运行。【结论】 相比于常规切换策略,基于APS-IPSO的改进策略可实现储能变流器在跟网-构网模式切换中冲击小、稳定性好,为后续新能源场站内部署具备模式切换的储能或新能源机组提供了理论基础。

【目的】为在电动汽车快速发展背景下响应其呈现的多元化充电需求,研究多类型充电桩协同的充电站规划方法。【方法】本文从电动汽车、交通网和电网的角度,首先,基于图论的思想,建立了车-路-网耦合下的充电站选址定容规划方法;然后详细表征了电动汽车车主的选桩特性,选取慢速充电桩（Slow charging post, SCP）、快速充电桩（Fast charging post, FCP）、移动充电桩（Mobile charging Post, MCP）和超级快速充电桩（Ultra -fast charging post,UCP）作为规划的主要设施,以年化社会总成本最小为目标,建立了含多类充电桩和多条件场景约束的充电站规划模型;再基于条件场景变换和二阶锥松弛方法将规划问题转化为混合整数二阶锥规划问题,并通过Gurobi求解器进行求解;最后,仿真结果有效验证了本文所提模型的高效益和有效性。【结果】结果表明,充分考虑SCP、FCP、UCP和MCP的规划结果最优,且MCP的引入有效发挥了充电需求高峰的应急作用,减少了17.82%的规划成本。【结论】本文所构建的充电站规划模型中,电动汽车车主能够在多类型充电桩中按照一定原则进行选桩,且多类型充电桩的协同配置比单一类型充电桩的规划配置更具有灵活性,能够在满足充电需求的条件下节省年化社会总成本。

【目的】新型电力系统的发展为我国推动电力系统低碳转型指明了方向,但其安全、经济与低碳三大目标使其运行调度面临着 “能源不可能三角”难题。随着电力市场和碳排放市场的相继成熟和一体化发展,传统的电力调度模式正在发生革新,构建适用于新型电力系统运行调度的市场体系将成为解决其低碳电力调度难题关键一环。【方法】文章基于电碳耦合的视角,厘清了电力市场和碳排放市场的交互影响,研究了电力-碳排放双重市场下新型电力系统的低碳运行调度策略和市场机制问题。具体而言,文章从碳排放感知、市场主体行为建模、电-碳市场联合仿真、低碳调度策略以及新型电力系统市场机制五个方面,开展了广泛调研和系统综述,剖析了低碳运行调度的五大关键技术和研究局限。【结果】结果表明,现有研究在上述关键维度均存在短板。特别是在电‐碳市场一体化进程中,耦合机制不明和配额机制缺失使协同机制显得静态且过于简化,市场仿真方法存在可解释性不足与过强假设的矛盾;同时,可再生能源（近零短期边际成本）机组入市引发传统定价模式失效和多时段成本分摊难题。【结论】针对这些挑战,文章提出了面向新型电力系统低碳调度问题的研究框架,致力在完善碳感知体系与市场建模仿真方法基础上探索新能源主导下的低碳运行新路径,为相关领域研究提供新的视角和思考。（537字）

【目的】随着可再生能源在整体能源构成中所占比例的持续增长,其固有的不确定性及产能波动性为微电网系统的稳定运行和经济效益带来了挑战。需求响应策略是提升微电网新能源消纳能力的一项关键措施。【方法】首先,为优化需求响应模型对用户行为的拟合能力,本文通过深入分析用户在参与需求响应过程中的心理因素,构建了基于禀赋效应的需求响应模型。接着,基于该需求响应模型提出了微电网经济优化运行策略,考虑用户综合满意度及运行成本建立了微电网经济运行模型,采用$\varepsilon $-约束与松弛因子结合的Pareto优化技术求解运行模型,在设备运行功率和电网交互的约束条件下实现微电网经济优化运行。【结果】仿真分析验证了本文所提需求响应模型在提升微电网经济效益方面的有效性及对比传统需求响应模型的优越性的同时,提高了用户满意度。【结论】所提出的基于行为经济学理论的需求响应模型能够更精确地对用户需求响应行为进行描述,禀赋效应理论的引入,为理解和预测消费者对能源价格变化的反应提供了新的视角,从而使得微电网运营者能够更精确地调整供电策略,以应对需求波动和市场变化。本文提出的需求响应模型能够有效地促进用户参与削峰填谷,降低系统的运行成本。

【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。因此,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。【方法】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】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IEEE33节点标准算例进行仿真的结果表明,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】本文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,充分发挥了光伏无功剩余。

【目的】随着需求侧分布式风电的大规模接入,系统对多元化发展需求侧灵活性资源的需求程度日益提升。然而,这类资源往往容量较小且分布分散,依靠现有的市场机制难以对其进行有效利用。因此,文中针对需求侧各类典型资源,提出一种基于纳什谈判的电能-灵活性资源联合市场日前交易机制。【方法】首先,各市场主体在电能交易部分依据纳什谈判模型确定电能交易初始计划,再结合灵活性资源供需平衡情况,判断是否需开展灵活性资源交易。随后,在灵活性资源交易阶段,提出灵活性资源的报量、报价原则,并基于纳什谈判模型确定灵活性资源交易计划。最后,根据电能与灵活性资源间的容量耦合关系,修正电能交易计划,形成最终联合交易计划。【结果】在需求侧多类型资源参与的市场中,算例结果表明该机制能够有效提高并协调多方主体效益,合理分配在加入灵活性资源交易后的市场收益,且对灵活性资源定价相较于传统方法更加合理。【结论】本文提出的基于纳什谈判的电能-灵活性资源联合市场日前交易机制,能够有效解决分布式风电接入带来的灵活性资源需求问题以及需求侧资源分散、容量小带来的交易困难问题,提升需求侧资源参与市场的积极性,也为灵活性资源的市场化发展方向提供了理论支撑。

【目的】在含新能源的“源网荷储”系统中,为优化参与削峰辅助服务电动汽车用户和负荷聚合商收益,建立了考虑各时段削峰需求程度的电动汽车集群充放电策略优化模型,并优化了参与削峰后续时段电动汽车集群充放电策略。【方法】首先,评估新能源出力场景下的各时段削峰需求;其次,基于各时段削峰需求程度,以负荷聚合商和电动汽车用户双方总期望收益最大为目标,建立电动汽车集群充放电策略优化模型;最后,为避免参与削峰服务后的电动汽车集群负荷出现负荷尖峰,以负荷波动最小为目标优化后续时段充放电策略。【结果】算例分析表明,所提充放电策略可辅助平滑高峰期用电负荷,同时使负荷聚合商和电动汽车用户总期望收益最大化,并抑制了参与削峰服务后的“负荷尖峰”现象。【结论】本文所提策略相较于不考虑参与削峰服务策略电动汽车用户和负荷聚合商收益明显提高,削峰后续时段负荷波动明显降低,验证了所提方法的实用性和有效性。

【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,本文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,本文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,本文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NSGA-II算法进行求解。【结果】通过含联络开关的IEEE 14节点配电网进行算例分析的结果表明,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,本文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】随着新型电力系统建设推进,新能源机组逐步替代传统火电机组,电源侧惯量水平持续下降,负荷侧的频率惯量支撑作用愈发重要。因此,有必要在常规机组组合优化中进一步考虑源荷两侧的惯量协同优化配置。【方法】文章首先分析了负荷侧的等效惯量支撑能力,提出了考虑负荷惯量响应策略的系统惯量的计算方法。在此基础上,提出了基于系统初始频率变化率和频率最低点的最小惯量评估方法,并针对所提负荷响应策略和最小惯量评估结果,建立机组组合安全优化模型。【结果】算例结果表明,所提方法在满足系统频率安全约束的同时,降低系统对常规机组惯量的依赖,优化系统源荷惯量资源配置,从而在确保电网安全运行的前提下,显著提升系统的整体运行经济性。【结论】负荷侧可控资源通过其快速响应能力可为电力系统提供灵活的等效惯量支撑,有效缓解频率跌落问题,降低系统运行成本。

【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关联性与异常数据的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;其次,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;然后,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】最后,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】针对新型电力系统中源荷不确定性给制定调度计划带来的不利影响,以及全额保障性收购可再生能源电量的消纳问题,提出一种基于演变虚拟净负荷的新型电力系统日前优化调度方法。【方法】首先,利用Informer模型对风光出力和负荷的时间序列进行场景预测。然后,在虚拟净负荷基础上定义了演变虚拟净负荷,并计算电力系统中的演变虚拟净负荷。最后,考虑系统的运行特性,以保障性收购可再生能源电量为基础,以包含各机组运行成本和碳排放成本在内的系统总成本最小为目标,以系统灵活性约束条件反映源荷不确定性的需求,建立基于演变虚拟净负荷的新型电力系统日前优化调度模型。【结果】通过实例分析表明,与其它调度方法相比,所提方法能有效提高系统应对源荷不确定性波动的能力,降低碳排放成本和促进可再生能源发电项目上网电量的消纳。【结论】所提方法能够同时兼顾可再生能源上网电量保障性收购与市场化竞价激励,平衡政策要求与企业经济性需求;且在保障系统安全运行的同时,通过优化机组发电成本与碳收益,能够实现经济性与低碳性的双重提升。

【目的】为解决农村地区新能源系统容量配置问题,响应乡村振兴与低碳要求,提高可再生能源的消纳率,提出一种基于子微网间交互且考虑沼气能发电的微网系统容量配置方法。【方法】首先对农村多微网结构进行了分析,并建立一个包含了微网间能量调度策略的沼气能发电的多微网系统模型;其次建立含沼气能发电的多微网系统容量配置与运行协同优化双层模型,上层目标为多微网的年综合成本最小与可再生能源利用率最大,下层目标为多微网系统的运行成本最低,并利用粒子群算法结合Cplex求解器进行求解;针对微网系统成本,采用Shapley值法对各微网进行公平分摊。【结果】Matlab仿真结果和算例分析表明所提引入沼气能作为发电单元,能够增加新能源的渗透率;所提农村微网间电能交互,新能源与储能的容量配置总体均有减少,降低了年投资成本,使得多微网从外部购买电能成本降低9%,售电量也呈下降趋势;采用Shapley值法对微网成本进行分摊,各微网实际成本相较于各微网独立运行场景下分别降低6.3%、2%、4.4%。【结论】所提含沼气能发电的农村多微网系统容量配置双层优化模型,使得年综合成本降低,减少了碳排放,增加了新能源的内部消纳,同时减少农村负荷侧对电网的依赖,能够实现经济性与环保性。

【目的】为缓解我国新型电力系统转型中凸显的分布式光伏消纳和电网调峰困难压力,提出了一种灵活资源与输配协同规划方法。【方法】首先,为准确描述输配电网的运行特征,并简化模型的复杂度,对输电网层实现变电站的精细化建模,在配电网层对配电线路及其所带的负荷和分布式光伏的位置采取了等效化处理,同时在配电网层整合需求响应、分布式储能和负荷转供三类灵活资源,确保输电网和配电网之间的协同配合;其次,引入负荷转供约束以及变电站潮流反向限制条件,以满足N-1故障下的保供和消纳需求;最后,针对海量N-1故障待选集造成的计算困难,采用状态评估和割集打包的策略改进传统的C&CG算法,从而实现模型的快速求解。【结果】XJTU-ROTS区域C算例表明,系统新能源消纳率平均提高4.67%,反向潮流风险由5.45%降低至4.86%。【结论】所提方法可以在保障负荷可靠供应的基础上有效提高新能源的消纳率,为电力系统规划提供了新思路。

【目的】水风光强随机性加剧了常用开环预测后优化(open-looped predict-then-optimize, OPO)调度方法在计算复杂度和运行经济性方面的矛盾。【方法】对此,提出含水风光电力系统下基于改进闭环预测-优化互嵌技术(closed-loop predict-and-optimize intertwined framework, CPO)的两阶段调度方法。首先,构建了考虑串、并、混联多类水电群的含水风光电力系统两阶段调度模型;然后,以水风光实际和预测曲线在两阶段调度模型下计算所得系统成本的绝对偏差作为损失函数,训练以经济性为导向的水风光预测模型;最终,结合方差、布林带和自相关函数量化新能源出力及水电站入库流量的波动强度,以构建融入弹性网络回归的混合正则化策略,在优化CPO训练复杂度的同时,保证其在多重不确定性下的性能。【结果】Matlab仿真结果表明,在丰、枯、平水期典型月内,采用改进CPO方法得到的月平均实际系统成本相较传统OPO方法分别降低了0.74%、0.57%、0.66%,验证了该方法在提升电力调度经济性方面的有效性。【结论】文章所提的改进CPO方法在水风光总体预测精度下降不大且部分时段精度提升的情况下显著降低了实际系统成本,优化了调度经济性,且在不确定性程度更高的场景中,该方法提升经济性的效果更为突出。

【目的】“双碳”目标下,随着能源低碳化进程和新能源发展步入快车道,低概率、高风险的极端天气给高新能源占比的新型电力系统安全可靠运行带来突出挑战。电力灵活资源如电动汽车、分布式发电等能够为极端天气下的系统韧性提升提供解决方案。【方法】文章首先阐述了电力系统韧性概念特征,揭示了极端天气对新型电力系统的影响;其次,从极端天气下的系统元件建模、系统韧性分析方法、韧性指标体系等三个方面阐述了极端天气下的新型电力系统韧性研究;【结果】然后,通过分析极端天气下的电力灵活资源可调能力,从源、网、荷、储四个方面,面向极端天气下的预防、紧急调控与供电快速恢复三个阶段,分析极端天气下考虑灵活的新型电力系统韧性提升策略;【结论】最后,针对极端天气下含灵活资源的新型电力系统韧性研究发展方向进行展望,旨在形成极端天气下新型电力系统风险控制及韧性提升的闭环管理,为极端天气下的电力保供提供理论依据。

【目的】随着先进数字化信息技术与电力物理系统融合,使得传统电力系统转变为更具高效性和可控性的电力信息物理系统(cyber physical system,CPS),但也加剧了系统遭受信息物理协同攻击的风险。【方法】针对上述挑战,通过分析信息系统安全威胁造成的物理系统安全事件来源,归纳电力信息物理协同攻击类型并建立2种典型攻击场景,建立基于复杂网络理论和能量信息流刻画的电力CPS单侧网络结构,简化基于关联矩阵理论的三层电力信息物理网络节点一对一相依框架,提出电力信息物理系统节点连锁故障演化模型,设计权重综合中心性指标以评估系统关键节点脆弱性,【结果】通过模拟不同信息物理协同攻击策略,分析系统在遭受连续攻击或故障时的节点存活率性能指标,验证该方法在辨识信息物理协同攻击路径的准确性,【结论】为实际电力系统关键节点的安全风险分析和系统稳定运行控制提供技术参考。

【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】高比例新能源并网带来的强随机性以及极端事件频发,使得采用确定性方式构建电力电量平衡分析表的模式越来越不适用。【方法】在保留多年实践广受认可的平衡表格形式基础上,构建概率性场景,设计了电力电量平衡概率性分析实用方法。具体包括：建立了概率性电力电量平衡分析框架,提出了典型场景、边缘场景和极端场景的构建方法;设计了概率性电力电量平衡表整体架构,并根据平衡裕度和新能源消纳指数指标进行平衡风险判断;针对平衡风险严重的重点时段,进一步设计了电力电量平衡分析指标体系,并采用时序生产模拟进行精细化的平衡状态评估。【结果】改进ROTS测试系统概率性电力电量平衡表结果显示全年处于紧平衡状态;在11月91.36%概率的典型场景,可以保持电力电量平衡;在11月供应最紧张场景,电量平衡裕度为97%,最大电力不足为缺额2.66 GW,与时序生产模拟的结果接近。【结论】测试系统算例验证了所提方法既能较好适应高比例新能源并网场景,也能根据平衡风险采用不同维度分析,能很好满足工程应用需要。

【目的】为推进全国统一电力市场建设,提升电力零售市场资源优化配置能力,本文开展面向多元负荷需求的电力零售套餐研究,【方法】构建了新型电力系统市场运行下面向多元负荷需求的电力零售套餐组合优化模型。首先建立多元负荷参与的零售套餐交易架构,基于典型用户日负荷曲线设计多样化火电和绿电互补零售套餐;其次,构建零售套餐组合上下层模型,上层以零售商收益最大化为目标优化套餐价格,下层最小化用户购电成本得出套餐选择决策,并应用遗传算法进行求解。最后,选取典型用户进行案例分析,得出套餐定价结果、电量分配结果以及用户负荷调整情况。【结果】相较于单一种类套餐,零售商利润分别提升60.84%、58.76%、62.90%、2.25%,用户整体支出降低了3.24%、4.33%、2.14%、2.34%,与仅考虑火电套餐相比,本文模型可使用户成本降低7.28%,零售商利润提升32.60%。此外,对用电需求、批发电价等因素进行敏感性分析,用电需求对零售商收益和用户成本影响更加显著。【结论】研究结果表明所提模型能够精确反映用户实际用电需求,有助于提升新能源消纳能力,充分降低用户成本并提升零售商收益,为解决能源零售套餐单一化问题,实现售电方和用户方互利共赢提供有益参考。

【目的】由于电力电子变流器的并网特性,电力系统在新能源发电占比不断提高的背景下,整体惯性显著降低。为了增强电力系统的频率稳定性和抗扰动能力,要求并网变流器主动提供惯性支撑。【方法】在功率分配控制策略基础上,深入分析了基于常规锁相环（phase locked loop, PLL）控制结构的零极点分布及其在并网控制中的稳定性下降问题,提出了一种适用于并网变流器的基于改进锁频环（frequency locked loop, FLL）控制结构的惯性增强控制结构,将频率导数信号与参考有功功率成比例结合,以解决功率振荡问题。并且,一种改进的模型预测控制被用于代替传统电流内环,以改善动态性能。【结果】通过频率阶跃响应的对比,展示了在弱电网条件下基于改进锁频环控制结构在并网变流器频率稳定性方面的优势。给出了基于改进锁频环架构的有功环控制策略,阐述了其惯量增强的原理,并对惯性参数进行了调优设计。【结论】该方法避免了因微分操作引入的高频噪声和锁相环导致的不稳定问题,显著改善了系统的频率响应特性,实现了系统惯性增强的控制目标。最后,通过硬件在环（hardware in loop, HIL）实验验证了所提策略的有效性。

【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,实现能源产销规律和机制的厘清;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】 在高比例可再生能源接入背景下,为满足电力系统灵活性和低碳需求,提出了考虑电力系统灵活爬坡需求的火电厂碳捕集改造方案优化方法。【方法】 首先,针对大规模风电和光伏接入引发的电力系统爬坡需求攀升现象,建立电力系统灵活性需求计算模型。其次,建立考虑碳捕集改造的火电机组灵活运行模型并量化其灵活爬坡供应能力。然后,考虑负荷、新能源的不确定性,引入灵活爬坡需求约束,建立基于模糊机会约束的火电厂碳捕集改造规划模型,对火电机组碳捕集改造规划问题和火电机组运行优化问题进行联合求解,得到火电最优碳捕集改造方案。最后,结合算例验证了碳捕集改造方案优化方法的有效性,并分析不同单位碳排放惩罚成本、新能源接入比例及置信水平对碳捕集改造方案的影响。【结果】 仿真结果表明,在对火电机组进行最优碳捕集改造之后,电力系统的碳排放显著降低,可再生能源弃电率显著减少,系统的总运行成本降低了9.44%。【结论】 通过对火电机组进行最优碳捕集改造,能够提升火电机组的出力下调空间和爬坡能力,在降低电力系统碳排放的同时促进可再生能源的消纳,提升系统运行的经济性。

【目的】 针对现有园区微电网仅依赖电源或空调负荷平抑波动导致运行成本较高,与电网交换功率不够平滑的问题,提出一种计及限电不确定性的园区微电网燃气轮机(micro-turbine,MT)与空调建筑集群多时间尺度协同调度策略。【方法】 首先,通过量化分析变频空调灵活用能特性,建立空调建筑虚拟储能模型。结合MT发电-能耗关系,提出MT-变频空调短时间尺度效能协同控制方法,实现功率波动的自适应平抑,继而,根据微电网能量供需平衡,构建MT与空调建筑长时间尺度协同运行模型。此外,分别采用鲁棒法和随机场景法刻画限电、可再生能源发电和负荷用能不确定性,设计兼容并网与孤岛运行模式的微电网多时间尺度灵活调度策略。最后,通过线性化将其转化为混合整数线性规划问题(mixed-integer linear programming,MILP)。【结果】 仿真算例表明,在微电网运行功率发生波动时,系统严格遵循效能协同控制方法,动态协调MT与虚拟储能的功率分配。所提调度策略在并网和孤岛运行模式下分别降低系统总成本10.1%和5.0%,有效缓解系统瘫痪的风险,实现可靠性与经济性的双重提升。【结论】 所提策略可充分挖掘MT与变频空调集群的协同调度潜力,灵活应对并网和孤岛运行场景,有效提升微电网经济性,为高比例可再生能源接入提供高效调度方案。

【目的】 全国统一电力市场体系构建加速,但复杂的市场机制和现有方法的实时性不足,导致现货市场运营风险动态预警困难。【方法】 为此,提出基于出清前特征变量的运营风险评价模型,并采用Stacking集成学习模型进行预测。首先,选取对市场影响显著的特征变量,通过改进的拉丁超立方抽样法生成大量风险场景。其次,构建现货市场运营风险评价指标体系,现货市场出清后计算风险指标。随后,采用基于云熵优化算法的物元可拓云模型,平衡定量与定性转化中的模糊性与不确定性,实现合理的风险评级。最后,以随机森林、深度神经网络和XGBoost模型作为初级学习器进行五折交叉验证,提取市场特征,并采用Logistic回归作为次级学习器对市场综合风险和指标风险进行预警。【结果】 基于IEEE 24节点系统的仿真结果表明,所提模型避免了少数类欠拟合问题,综合风险预测准确率为79.36%,Top-2准确率达97.01%,较传统模型提升4%~12%,单指标风险预警平均准确率达78.95%。【结论】 所提模型可实现电力现货市场运营风险的合理评价、准确预警,有效识别风险来源,为实时风险决策提供有效辅助工具。

【目的】随着“双碳”目标的推进,水电开发商积极推进所在流域水力发电抽蓄化改造的同时,加大区域光伏等新能源的建设力度,逐渐形成高比例新能源与大规模抽水蓄能并存的局面。但在新能源出力与区间来水的双重不确定性影响下,系统运行配合更加复杂,尤其是考虑区间来水不确定后含蓄梯级水电调度方法鲜有研究。【方法】提出一种基于条件风险强化学习的梯级水光蓄联合优化调度方法,通过Informer深度神经网络预测流域区间来水,进一步将区间来水不确定性转化为灵活性供给指标;再结合风险理论,用条件风险价值（conditional value at risk, CVaR）量化灵活性缺额;最后提出考虑条件风险价值的近端策略优化（risk-managing twin delayed deep deterministic policy gradient, RM-PPO）强化学习算法进行求解以获得优化调度策略。【结果】以中国某实际梯级水光蓄基地为例进行验证,所提预测方法相较仅考虑时序的传统方法,均方误差（mean-square error,MSE）降低18.9%,平均绝对误差(mean absolute error, MAE)降低58.8%,尖峰事件捕获率为78.5%;所提RM-PPO调度算法实现了各站对系统灵活性的调控,抽蓄电站与光伏联动消纳,传统水电站与光伏协同源荷匹配。【结论】所提RM-PPO调度策略能够降低成本、控制风险,并保持系统运行灵活性,促进新能源消纳的同时提高水能利用率。

【目的】为改善传统的水电站监控告警事件诊断中样本不平衡度大且诊断效率较低,而基于人工智能的诊断方法缺乏可解释性且诊断准确度难以保证的问题,设计了一种基于大语言模型的水电站告警事件样本增强与故障诊断的深度学习框架,同时引入了基于正则表达的专家知识实现对告警诊断结果的校核,提高告警事件诊断结果的可信度。【方法】首先,针对水电站监控事件样本不均衡的问题,采用SimBERT模型对样本数较少的故障类型进行数据增强并将增强数据与原始数据相混合构成深度学习网络的输入样本;其次,基于电网监控告警规则构建典型故障的正则表达,实现基于正则表达式的典型故障准确判别;最后,基于ERNIE大语言模型构建水电站监控事件的词向量样本,并输入层级注意力网络中学习样本特征并输出分类结果,并与正则判断结果进行校核,得到最终的故障诊断结果。【结果】测试实例表明,相比于传统水电站监控告警事件诊断方法,本文模型能够提升诊断精度2%以上,模型训练时间减低30%且能够在0.1 s内实现时间诊断。【结论】所提的基于大语言模型的水电站告警事件样本增强与故障诊断的深度学习框架能够实现了系统故障时对故障事件类型的快速精准诊断,有利于保障电力系统的长期稳定安全运行。