中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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【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能力的储能定容模型；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（column and constraint generation ，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。最后，以改进的33节点算例系统为例验证所提算法的合理性。【结果】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】为提升变流器高占比系统频率稳定性，探讨了构网型（grid-forming，GFM）变流器频率支撑需求的动态评估与量化方法。【方法】首先，建立耦合GFM变流器功-频特性的多机系统频率响应模型；其次，综合考虑预想扰动下频率变化速率（rate of change of frequency，RoCoF）与最大暂态频率偏差双重约束条件，构建了GFM变流器频率支撑需求评估方法；最后，基于布伦特迭代算法实现不同运行工况下GFM变流器虚拟惯量与一次调频增益临界阈值的动态评估。基于改进的IEEE-39节点系统，开展了多场景算例测试。【结果】结果表明，GFM变流器的引入可将频率最低点提高至49.5 Hz，显著提升系统稳定性，证明了高比例电力电子化系统中配置GFM变流器的必要性。进一步对比3种算法性能，所提迭代方法平均迭代次数仅为11次，较传统方法减少20%以上，验证了所提评估方法和迭代算法的有效性。【结论】所提评估方法从系统层面明确了电网对GFM变流器频率支撑能力的需求，可为GFM变流器的优化配置与参数整定提供理论基础。
【目的】针对电网发生对称故障期间构网型逆变器出现的功角失稳和输出电流过载问题，提出一种基于功率指令约束的故障穿越策略。【方法】首先，建立基于下垂控制的构网型逆变器暂态模型，分析系统在电网电压跌落下的暂态特征，揭示功率指令对暂态稳定性的影响；其次，分析逆变器与电网之间的电路关系，辨识故障电流特征及其主要影响因素；最后，提出一种基于有功指令约束的故障穿越方法，该方法可重塑功角稳定性并限制故障电流。【结果】MATLAB/Simulink仿真结果证明了所提策略能有效提升功角稳定性，实现故障穿越。【结论】提出的基于功率指令约束的故障穿越策略仅需约束有功指令便能有效解决构网型逆变器在电网电压跌落期间的功角失稳和过电流问题，为提高可再生能源并网系统的故障穿越能力提供了可行方案。
【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。因此，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】相比于现有方法，所提控制策略实现了虚拟转速和功角的稳定，能更好地限制短路电流，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】为提高大规模风光跨区跨省消纳的经济性，提出一种考虑源-荷匹配偏差的直流外送系统多时间尺度分层优化调度方法。【方法】提出了考虑源-荷匹配偏差的用户电价修正方法，建立了基于Logistic函数模糊响应机理的负荷需求响应模型，通过动态电价得到响应后的用户负荷和输送电价。在日前时间尺度下，通过送受端联络线输送电价表示不同时段送受端输送、接受电量意愿，并提出了考虑输送意愿成本的日前优化调度模型。在日内时间尺度下，提出一种结合模糊参数与t location-scale分布的风光随机分量描述方法，将其与日前调度结果作为输入，结合直流功率调整策略构建日内跨区跨省分层优化调度模型。【结果】算例验证表明：所提源-荷匹配偏差动态修正用户电价方法可量化供需偏差，并通过Logistic函数模糊响应机理的负荷需求响应模型引导负荷主动追踪新能源发电曲线；考虑输送意愿成本的调度模型能优化区域间风光资源配置，降低火电机组出力波动并提升系统经济性；日内分层优化模型通过动态调整调度方式，在避免局部过度调整的同时使计算时间降低了22.82 s，实现了经济性与运行效率的协同优化。【结论】所提考虑源-荷匹配偏差的直流外送系统多时间尺度分层优化调度方法可显著提升高比例新能源接入直流外送系统的风光消纳能力，在缩短调度计算时长的同时有效降低系统运行经济成本。
【目的】需求侧技术在园区综合能源系统中具有节约用能与调节负荷的作用，但现有优化设计模型大多仅考虑供应侧要素。为此，构建了一种面向园区综合能源系统的供需协同优化模型。【方法】在需求侧，通过建筑性能仿真构建围护结构改造情景并引入负荷转移型需求响应策略；在供应侧，采用聚类方法提取典型日以表征全年能源需求波动，并通过构建混合整数线性规划（mixed-integer linear programming，MILP）模型进行优化求解。【结果】基于上海某园区的案例研究表明，协同优化模型较仅优化供应侧可降低年度总成本约5%；适度围护结构改造可实现系统最优，其成本可由运行、碳排放和装机成本节约予以抵消。【结论】所建模型为碳税背景下综合能源系统的高效配置与运行优化提供了理论支撑与实践参考。
【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；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资源的新型电力系统韧性提升策略。【结果】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】面向调度时段内功率波动刻画与灵活性资源配置，系统梳理连续时间调度方法在电力系统灵活运行中的应用现状与存在问题。【方法】首先对比离散时间与连续时间调度的数学描述与求解思路；然后按发电、输电、储能、用电四类典型物理对象分类综述代表性应用与问题；最后从数学角度提炼共性挑战并整理潜在理论发展方向。【结果】连续时间模型以连续曲线为决策变量，约束涵盖导数、积分及微分方程；求解思路主要包括类最优控制方法与伽辽金投影法。共性难点集中于连续时间随机性建模、启停/互斥等非凸约束求解，以及微分方程约束处理。【结论】文章据此归纳连续时间调度方法在多时间尺度调度协同、规划评估与市场机制中的未来应用趋势与后续研究课题。
【目的】近年来，小概率、高损失的极端自然灾害频发，高比例新能源接入下的综合能源系统调度策略存在自适应优化能力不足，难以面对非预期不确定冲击的问题。为此，提出了台风灾害下综合能源系统薄弱环节识别方法与灾前韧性调度策略。【方法】首先，基于广义相量法构建了综合能源系统动态模型，刻画异质能流动态特性；其次，构建台风场景下线路故障-恢复概率模型，生成综合能源系统受灾运行场景；最后，从系统性能损失与潮流转移风险角度提出系统薄弱环节辨识方法，构建兼顾灵活性提升与潮流优化的灾前韧性调度策略。【结果】算例结果表明：在优化后的韧性调度方案中，等效储能容量提升31.68%，电网关键支路潮流负载率平均降低56.58%，系统整体失负荷量减少26.27%。【结论】所提方法实现了对兼具风险性与重要性的极端场景薄弱环节的辨识，显著提升了综合能源系统抗灾保供能力。
【目的】针对风光出力与负荷需求之间电量不平衡的问题，提出一种考虑氢氨储运的综合能源系统两阶段鲁棒优化经济调度方法。【方法】首先，为充分挖掘氢能长短时储能技术协同调节的潜力，建立包含电热储能、短期储氢与季节性储氢的混合储能模型。其次，为实现氢能大规模、远距离运输，考虑在混合储能模型中，以氨储氢的方式构建氢氨储运模型，通过“氢—氨—氢”或“氢—氨”流程完成氢的跨时间储存和跨空间运输。最后，基于源荷两侧不确定性，以系统成本最低为目标函数，构建考虑源荷不确定性的两阶段鲁棒优化经济调度模型。【结果】仿真结果表明，相较于传统氢储方法，所提方法能够降低氢能储存成本与运输成本，提高了系统风光消纳能力与系统经济性、鲁棒性，验证了所提方法的有效性与可行性。【结论】通过构建含电热储能、短/长期储氢的混合储能模型，实现了氢能跨时空储存利用，提升了风光消纳能力并降低了运行成本；采用氨储氢技术，通过“氢—氨—氢/氢—氨”转化工艺降低了储运成本；通过考虑源荷不确定性，实现了经济性与鲁棒性的灵活调控。当前模型局限在于未能整合电-氢-氨与其他能源载体（如生物质能、地热能）进行扩展，实现多能源协同。
【目的】为提升容量电价机制在推动能源转型中的引导能力，解决现行机制下存在的补偿不精准以及对低碳、高灵活性燃煤机组激励不足的问题，构建了一种计及能源转型目标的燃煤机组容量电价优化机制。【方法】梳理了燃煤机组的成本疏导路径，构建了包含机组运行决策模型、电力市场出清模型与容量电价优化模型在内的三层嵌套式模型体系，形成“机组-市场-地区-机制”的动态循环反馈链；提出了基于排序的燃煤机组能源转型激励模型，从灵活性水平与碳排放水平2个维度确定激励对象与补偿标准；并选取新能源富集区与水电富集区的典型日，开展分地区、分季节算例分析。【结果】仿真结果表明，基于灵活性水平的激励策略在高辅助服务需求场景下能够有效促进能源转型，但在辅助服务需求较低的情形下可能起到抑制作用；而基于碳排放水平的激励策略在各类典型日与地区中均展现出稳定的能源转型促进效果，具有广泛适用性。各激励方案对终端电价影响均较小（不超过0.038元/kWh），具备良好的经济可行性。【结论】燃煤机组容量电价机制应当根据区域电源结构和季节负荷特征差异，实行分地区、分季节的差异化实施策略。建议当前阶段优先推行基于碳排放水平的容量激励策略；在新能源渗透率进一步提升的背景下，逐步引入对灵活性水平的联合激励。
【目的】建设完善省间电力中长期市场是促进绿色电力发展、落实“双碳”目标的基础环节之一。然而，绿电出力随机性将影响省间电力中长期交易出清方案的物理可执行性，且大规模绿电的参与将加重出清模型求解负担。对此，提出了一种计及绿电低碳价值与随机特性的省间电力中长期交易快速出清方法，以提高出清方案的可执行性以及出清计算效率。【方法】首先，构建了计及绿电低碳价值与随机特性的省间电力中长期交易出清模型，在目标函数中添加了发电碳排放成本以及基于绿电出力分布特性所建立的不可执行电力惩罚，使清洁低碳的绿电在市场竞争中占据优势，同时提升了绿电中标电力的可执行性。然后，提出了基于交易变量固定的加速策略，以时段解耦模型的计算结果为依据，固定了大概率不会成交的交易变量，从而构建了规模更小的出清模型，提高了出清计算效率。【结果】基于我国实际交易数据的算例仿真表明，所提出清模型可兼顾绿电中标量及中标电力的可执行性。此外，所提加速策略能够在保证可行性与精确性（多个算例中相比最优解的平均相对误差仅为0.4%）的同时，将出清计算效率平均提升1.91倍。【结论】所提方法通过内嵌“低碳价值衡量、出力随机性惩罚”以及高效求解策略，能够有效兼顾绿电竞争力与出清方案的可执行性，显著提升省间绿电交易市场资源配置效果和效率。
【目的】针对现有建筑级能源系统碳排放指标统计、优化分析缺乏碳流精准监测和核算的问题，提出了面向零碳供电所的建筑级别碳流建模和分析方法。【方法】首先，确定供电所负荷与上级电网的连接原则及供电所直流负荷的接入方法，构建了零碳供电所典型应用场景；其次，基于台区+直流微网向供电所供电的基本网络结构，综合考虑母线间功率流动、新能源发电及储能设备充放电状态等因素，提出了建筑级别母线碳势计算方法；然后，建立了零碳供电所系统损耗和负荷碳流率的分摊计算模型，基于量测点功率及对应母线碳势，根据分摊原则将碳流率分摊至系统损耗和负荷，上述模型考虑了新能源发电不足与过剩2种场景，以及储能充电与放电状态对碳势计算的影响；最后，通过具体案例展示了供电所母线碳势、负荷碳流率计算及分摊的详细过程。【结果】算例结果表明，当新能源发电不足时，交流母线碳势保持最高0.451 kg/kWh；新能源发电过剩时，交流母线碳势最低降至 0.042 kg/kWh。此外，储能放电时视为电源，对直流母线碳势有显著影响。【结论】为零碳供电所碳流分析提供了理论与方法支持，有助于推动未来供电服务中心低碳运行与能源优化管理。
【目的】极端灾害会导致配电网出现多种物理故障，同时交通网出现道路损坏等问题。交通道路的损坏会阻碍抢修车辆的行进，故而影响配电网故障恢复效率。为提升配电网在极端灾害条件下的故障恢复效率，提出考虑损坏道路修复进度的配电网多故障抢修优化策略。【方法】首先，构建交通网-配电网耦合模型，以及灾害对交通网的影响模型，并基于三种用户在时空上的负荷需求构建负荷时变模型。然后，协同道路修复构建配电网抢修策略优化模型，旨在将配电网的失电量降至最低并尽可能缩短抢修时间。为求解多目标优化模型，采用参数自适应非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-II，NSGA-II），并结合拐点策略来求解。最后，以某区域配电线路和含17节点的交通网系统为对象进行仿真实验。【结果】仿真结果表明，所提策略能够根据耦合网修复进度实时优化抢修资源调度，避免了抢修延误，实现了交通网修复与配电网抢修的协同优化，有效缩短了配电网抢修时间，减少了配电网失电负荷。【结论】所提策略有效融合交通道路抢修与配电网故障修复，提升了配电网抢修效率，为极端灾害下的配电网抢修提供帮助。
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