随着新型电力系统加速构建,可再生能源发电装机与电量占比不断攀升。如何在源荷双重强不确定性下实现准确、高效、实用的电力电量平衡分析,是新型电力系统调控与规划中的基础与关键问题。通过对电力电量平衡分析在研究对象、分析模型与方法、评价指标与应用等方面的综述,总结了现有研究在平衡状态刻画和分析计算方面的不足。针对“强随机性与策略性下的电力电量平衡状态刻画”与“集中调控-协调自治平衡机制下的电力电量平衡分析与计算”两大关键科学问题,首先提出了涵盖“平衡边界生成-平衡分析计算-平衡状态评估-平衡预警-平衡能力提升”的新型电力系统电力电量平衡分析研究内容体系,接着阐述随机性平衡场景生成、多周期协调解耦的平衡分析、平衡状态评估指标体系设计、多时空分级平衡能力预警和新型平衡协作机制的研究思路与技术方案。最后总结并展望了新型电力系统电力电量平衡分析研究中需要重点突破的关键技术。

在北方严寒地区,在“三改联动”政策推动下,从系统层面合理规划煤电供热改造和灵活性改造的方式与规模可有效指导煤电厂科学决策,提升新能源消纳水平。基于严寒地区电力系统和供热系统以热电联产为耦合点高度耦合的特征,构建了一种电-热综合能源视角下,风光新能源与煤电供热改造、灵活性改造协同规划模型。该模型考虑了当前煤电抽汽供热改造、高背压改造、低压缸零出力改造以及储热、电制热配置等国内主流改造路线,计及热电厂与锅炉房分区供热模式,采用改造方案与运行模拟一体化优化计算方式进行规划。参照北方某实际系统构建算例验证所提模型的有效性。

随着新能源渗透率逐年上升,风电与光伏出力的不确定性给系统带来的不良影响逐年增大。伴随着气候变化,极端天气频发将进一步提高新能源高渗透场景下的电力电量平衡难度,研究极端天气下的电力调度策略迫在眉睫。作为含高比例新能源的岛屿同步电网,爱尔兰同步网可以在极端天气中有效应对高风切机事件,以在超过70%非同步渗透率的新能源高渗透场景中安全运行,因此其极端天气应对策略有重要示范意义。首先比较了爱尔兰与广东电网极端天气运行场景,分析了二者极端天气运行场景的异同。接着总结剖析了爱尔兰在新能源高渗透场景中应对极端天气场景的调度方案,结合广东场景的特点从极端场景预警与应对策略、辅助服务产品和负荷侧管理三方面提出了爱尔兰新能源高渗透场景经验对极端天气下新型电力系统运行的启示。

随着可再生能源渗透率的不断提高,新型配电系统中存在可再生能源需要就地消纳的问题。为此,基于含多微网的分布式智能配电系统架构,提出一种考虑微网优先自治的分布式智能配电系统优化调度方法,在该系统的运行调度中考虑了微网优先自治的决策偏好。首先微网内部进行优化调度,其次采用虚拟发电机模型和虚拟储能模型对微网所有资源进行资源聚合后上报给配电系统,之后配电系统根据上报的可行域制定调度策略,最后配电系统将调度策略下发给微网进行调度。算例分析表明所提方法可以实现微网优先自治。

随着分布式电源渗透率不断提高,配电网运行面临着源荷不确定性带来的灵活性不足问题。合理配置储能(energy storage system, ESS)和智能软开关(soft open point, SOP)等灵活性资源是解决该问题的关键。为此,从灵活性供需匹配度和传输能力2个方面提出了考虑配电网灵活性提升的ESS和SOP三层协同规划模型。其中,上层以ESS投资成本最小为目标对蓄电池和超级电容器等多时间尺度储能进行规划,中层以配电网年综合成本最小为目标对SOP进行规划,下层以各场景下的网络灵活性最优为目标进行优化,并采用自适应粒子群算法和二阶锥规划算法对模型进行求解。最后,在IEEE 33节点系统上验证了所提方法的有效性。结果表明,相比仅考虑单一时间尺度的规划方法,所提的ESS和SOP协同规划方法的配电网年综合成本降低了4.59%,实现了配电网经济灵活运行。

非侵入式负荷监测（non-intrusive load monitoring, NILM）能够在不影响用户正常用电的前提下，低成本地获取用电信息，实现用电设备的类型识别和负荷分解，而大量智能电表的安装也为用户进行NIML提供了数据与技术支撑。首先，在研究常见家用电器的功率特征、电流波形及其频域谐波特征的基础上，采用主成分分析方法（principal components analysis, PCA）对高维谐波特征空间进行降维，提取主要谐波信息，与基本功率特征结合形成多特征目标函数。然后，基于整数线性规划（integer linear programming, ILP）模型，提出了考虑多特征目标函数的PCA-ILP的NILM方法。算例分析表明，所提方法对不同信噪比（signal to noise ratio, SNR）下的不同家用电器应用场景均具有良好的负荷分解效果。

建立电力应急响应机制对提升电力系统应急保障能力意义重大，发生停电事故时合理调度移动应急电源可以降低停电损失，是应急响应过程中重要的一环。停电事故发生时实际停电持续时间、移动应急电源行驶时间和重要用户缺电功率都存在不确定性，然而现有的与移动应急电源优化调度有关的研究大多并未考虑这些不确定因素。在此背景下，提出一种计及不确定性的移动应急电源鲁棒优化调度方法。首先，以区间数表示调度过程中的不确定因素，建立以重要用户停电损失最小为目标函数的包含区间数的优化模型。接着，针对该模型中包含的非线性函数及二次项，通过引入辅助决策变量的方法将模型转化为混合整数线性规划问题。然后，针对悲观解在很多情况下可能过于保守的不足，提出一种基于可接受的解的波动范围的鲁棒优化方法。最后，通过算例说明了所提出模型能够有效地应对移动应急电源优化调度中的不确定因素并得到有效的调度方案。

储能设备可以实现负荷的跨时段平移，在综合能源系统的经济稳定运行中能够起到重要作用。但当下储能投建费用较高，难以大规模应用。而通过优化用户侧可控负荷，可达到类似储能设备平移负荷的效果。从电能、热能2个角度出发，提出了利用用户侧虚拟储能的区域综合能源系统（regional integrated energy system，RIES）优化调度策略。首先基于电动汽车充电管理方法和楼宇蓄热特性，对电、热虚拟储能（virtual energy storage，VES）系统进行建模；进而将虚拟储能系统集成到考虑天气不确定性的区域综合能源系统调度模型中，该模型以降低能源系统日运行费用为优化目标，合理安排电动汽车充电并在温度舒适度范围内对建筑物室温进行调节，实现虚拟储能系统的充放能管理；最后以夏季系统用能场景为例，对优化模型进行仿真实证。仿真结果表明，虚拟储能设备可以起到负荷平移效果，削减储能配置容量。应用虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度模型可以在满足能源需求和温度舒适度的前提下降低系统日运行成本，提升系统运行稳定性。

分布式可再生能源发电的发展可使传统电力用户也可以成为电力提供方， 即所谓的电力产消者(Prosumer)。电力产消者可通过电力交易获利。除电力外，天然气和热能也是需求侧广泛采用的能源形式。随着能源转换技术的快速发展和商业化，如有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）、电转气技术以及多种能源形式间的转换和分布式交易成为提高终端用能效率和社会效益的可行途径。在此背景下，文章研究产消者通过ORC系统进行分布式多能源交易的机制。首先，给出一种包含ORC系统的能源中心架构，建立ORC系统的稳态数学模型。然后，介绍传统的集中式交易模型，并根据在交易过程中是否包含可信赖的第三方机构，提出两种可行的分布式交易机制。基于所提出的分布式交易机制构建了交易优化模型，并采用交替方向乘子法 (alternating direction method of multipliers， ADMM) 进行分布式优化。最后，采用IEEE 123节点配电系统对所提出的分布式交易机制进行说明，分析通过ORC系统进行多能源转换和交易的经济效益及技术要求，并对两种分布式交易机制进行比较。