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】 极端灾害易诱发配电网多点故障，网络重构与故障抢修缺乏协调将影响故障恢复的效率，本文提出一种专家经验引导的分层强化学习（hierarchical reinforcement learning， HRL）配电网灾后协同恢复策略。【方法】 首先，构建配电网灾后协同恢复决策模型，以最小化负荷损失、开关动作成本和抢修移动成本为目标，综合考虑配电网运行约束、网络拓扑约束、故障修复约束及交通网时变通行约束。然后，面向灾后恢复的序贯决策特征，构建高层任务选择与低层动作执行的分层强化学习决策框架：高层根据系统状态选择网络重构或抢修调度任务，低层在相应约束下生成网络重构操作、抢修任务分配及路径调整方案。最后，引入专家轨迹对策略网络进行预训练，并结合在线交互训练持续更新分层策略参数。【结果】 通过改进IEEE 33节点配电网与Sioux-Falls路网耦合系统的随机灾害场景测试表明，所提方法平均累计负荷损失为5.45 MWh，较混合整数二阶锥规划（mixed-integer second-order cone programming，MISOCP）和二元粒子群优化（binary particle swarm optimization，BPSO）算法分别降低22.43%和29.57%，平均在线求解时间为0.032 7 s，明显低于比较方法。【结论】 所提方法实现了配电网灾后网络重构与抢修调度的协同优化，在降低累计负荷损失和提升在线决策效率方面表现出较好效果，可为极端灾害下配电网快速恢复提供辅助决策支持。
【目的】 针对主变压器故障可能造成的单一配电网停电事故，提出了一种基于网络简化拓扑预计算的互联配电网分布式供电恢复策略。【方法】 首先，提出基于边界量测数据的配电网络分区简化建模方法，并建立计及联络线与馈线开关的简化网络拓扑预计算模型，预先求得联络线开关最优状态；其次，构建互联配电网全局供电恢复优化模型，并提出基于改进广义Benders分解算法的分布式供电恢复方法，先将全局优化模型分解为主、子问题，再通过失电与正常配电网间的分布式迭代计算，求解内部可控资源最优调控指令；最后，采用两个不同规模的互联配电网算例进行仿真验证。【结果】 在两互联和三互联配电网算例中，所提分布式方法分别经12次和17次迭代收敛，失电配电网负荷恢复率均达到100%；与集中优化方法相比，全局目标函数值偏差率分别约为0.1%和0.02%。三互联算例中，所提方法计算时间为31.51 s，低于集中优化方法的575.32 s。【结论】 所提简化拓扑预计算方法能够准确构建互联配电网简化拓扑模型，并确定网内及网间联络线开关的最优状态；在互联配电网规模增大时，基于改进广义Benders分解的分布式供电恢复策略仍能有效收敛，并获得与集中优化方法基本一致的近最优供电恢复方案，验证了所提方法的有效性和准确性。
【目的】 随着波动性新能源渗透率持续提升，新型电力系统平衡方式呈现概率化特征，传统基于固定场景的电力电量平衡分析已无法适应。亟需精准辨识影响平衡结论的关键源荷特征，提升平衡场景对真实源荷波动的代表性。为此，本文提出一种基于时序降维的电力电量平衡主导影响因素辨识方法。【方法】 首先，定义源荷时序特征实现平衡场景的降维分析，解决源荷时序曲线分析维度高、时序关联强的问题。其次，结合Nataf变换与数据驱动模型，表征源荷时序特征对电力电量平衡指标的多元耦合映射关系。然后，提出基于全局灵敏度分析的电力电量平衡主导影响因素辨识方法。最后，基于省级电网源荷数据开展算例分析。【结果】 相较于主成分分析场景聚合，所提方法在Kolmogorov-Smirnov距离度量下的计算误差降低了27.33%，验证了所提方法的有效性。【结论】 所提方法量化了源荷时序特征对电力电量平衡指标的影响程度，提升了典型平衡场景对源荷波动的代表性，为新能源电力系统的平衡分析提供了理论与技术支撑。
【目的】 为解决高比例新能源并网导致电力系统一次调频响应能力下降、威胁电网频率安全的问题，提出了一种考虑频率安全的新能源场站多路径改造与多类型电源协同规划方法。【方法】 首先，构建包含加装调频器、跟网型储能和构网型储能的新能源场站多路径改造模型，刻画不同改造方式在一次调频、惯性响应和投资成本方面的差异。其次，建立以电源投建成本、新能源场站改造成本、运行成本总和最小为目标的协同规划模型，针对强非线性特征的频率偏差约束难以嵌入规划模型的问题，建立主-子问题迭代求解框架，主问题解决基于多场景的电源规划及新能源改造决策问题，子问题利用系统频率响应模型对频率安全指标进行评估，主-子问题之间通过单位调节功率、调频备用容量和系统惯量三个方向的物理参数加固割相连接。【结果】 改进的IEEE 24节点系统及实际区域系统验证结果表明，该方法能够获得最优建设方案，同时发挥新能源多元改造路径互补优势，相比传统规划方法，总成本降低1.2%并使新能源消纳率提高0.4%。随着新能源装机渗透率的进一步提升，系统转动惯量下降，构网型储能的配置容量显著上升。【结论】 所提方法能有效统筹系统频率支撑性能与整体经济成本，避免了对常规火电的过度投资，为高比例新能源并网导致一次调频能力下降问题提供了切实可行的解决方案。
【目的】 大规模新能源并网场景下，新能源电源故障电流呈现幅值受限、频率偏移、相位畸变等特征，致使传统工频相量型保护适应性不足，易发生误动或拒动问题。为此，提出一种基于测后模拟原理的前行波纵联保护方法。【方法】 首先，分析新能源电源故障特征，发现全功率逆变型电源与双馈风电机的故障电流特征与传统同步发电机存在显著差异，这种差异导致了传统保护适应性不足；其次，提出测后模拟保护原理，推导了无损传输线路的电压和电流方程，在此基础上，考虑线路的电阻损耗，定义线路保护测点推导至线路内部任意点处的模拟电压和电流的表达式；最后，以线路中点为模拟点，计算线路两端测点向中点推算的模拟电压前行波，利用区内外故障时的波形差异实现故障识别。【结果】 基于PSCAD/EMTDC搭建“风光储”送出系统进行仿真验证。结果表明，所提保护仅需2 ms时间窗即可实现故障识别，能耐受300 Ω过渡电阻与30 dB信噪比白噪声干扰，且在新能源出力改变场景下具有较好的适应性。【结论】 所提方法属于暂态量保护，不依赖工频相量与故障电流幅值，有效避免了新能源故障特性对传统保护的影响，具备较好的综合性能与工程实用性，适用于新能源送出线路纵联保护。
【目的】 针对元件限幅特性导致的潮流多解及电压稳定临界点多解问题，提出一种阶段式最小电压稳定裕度识别方法。【方法】 根据电压稳定裕度与越限步长的相关关系识别系统最小电压稳定裕度，首先采用互补约束方法筛除不可行解，随后基于灵敏度分析预测最早出现的越限行为并形成一览表，最后对一览表中关键解进行详细计算，获得系统最小负荷裕度。【结果】 算例结果表明，所提方法对首次越限行为的预测误差约为2.11%，且相较于逐个求解连续潮流结果，该方法的计算时间缩短近40%，实现了识别精度与计算效率的平衡。【结论】 所提方法可以在保证求解精度的前提下显著提升计算效率，为电压稳定多解问题研究提供了理论和模型参考。
【目的】 随着高效能源管理需求日益增长，区域综合能源系统（regional integrated energy system， RIES）亟需挖掘多类型灵活调节潜力。然而，多类型参与主体利益分配和多元灵活性调节资源协同运行面临挑战。本文提出了一种计及子区域自治能力的多元灵活性资源协调优化方法。【方法】 首先，构建涵盖储能、用户侧需求响应、可控电/热源等多元灵活调节资源的系统运行架构及交易机制，提出了区域自治能力量化指标体系并嵌入子区域运行约束中。其次，提出一种计及RIES和子区域系统（sub regional system，SRS）协作的主从博弈双层协调调度模型，RIES供应商和SRS运营商在单领导者多追随者博弈优化模型中充当响应实体。上层部分RIES供应商以收益最大化为目标制定能源价格机制，激励SRS追随者积极参与高峰期监管调度活动；下层多个子区域聚合运营商作为跟随者，在满足自治能力约束并协同租赁储能的基础上，以最小化日运行成本为目标进行优化调度，并将用电需求反馈给上层。最后，通过算例分析验证模型的有效性。【结果】 与不考虑区域自治能力要求且无储能共享的场景相比，本文所提方法能有效提升各子区域的调节能力，系统整体自治能力提升3.466%。【结论】 本文所构建的基于主从博弈的协调优化方法能够有效利用储能的调节潜力，为提升多子区域互联系统的经济性与运行效率提供了可行方案。
【目的】 针对高渗透率电动汽车（electric vehicle，EV）接入配电网引发的电压波动问题，本文研究了多类型车辆到电网（vehicle-to-grid，V2G）充电桩优化选型与配电网电压质量协同提升的方法。【方法】 构建了计及多类型V2G充电桩剩余容量无功响应的充电站双层协同优化调度模型，上层模型以EV年购电成本与充电桩投资成本最小化为目标，协同优化充电策略与充电桩选型；下层模型以充电站并网点电压偏差最小化为目标，利用充电桩剩余容量进行无功调压。双层模型通过有功-无功解耦与约束边界迭代修正实现双层协同。【结果】 该模型可降低综合运行成本，显著改善配电网电压分布，峰时电价时段节点电压质量最大改善了40.46%。【结论】 模型兼顾充电经济性与电网电压安全，验证了V2G充电桩“充电服务+电网支撑”的可行性，为充电桩参与电网辅助服务提供了新的技术路径。
【目的】 高比例风电并网导致系统等效惯量下降，频率稳定问题突出，风电的大规模接入使该问题更为复杂。阵风波动剧烈、随机性强，现有确定性风速预测方法难以捕捉其高频瞬变特征，导致风机转速备用模式切换滞后与误动，制约机组的暂态频率支撑能力。为提升风机的调频性能，提出了一种融合概率预测与不确定性感知的自适应切换策略。【方法】 首先，构建基于去噪扩散概率模型与Transformer融合架构的秒级阵风概率预测模型，引入风机多维度状态参数作为辅助条件，通过蒙特卡罗采样生成概率预测轨迹。其次，设计基于动态置信走廊的自适应切换策略，构建动作阈值与返回阈值作为模式切换的依据；对置信走廊穿越阈值区域的模糊决策场景，采用概率评估方法计算风速超越阈值的概率，依据概率阈值来实现超速减载与低速减载模式的前瞻性主动切换。【结果】 基于某海上风电场数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA）数据的仿真表明：所提秒级阵风概率预测模型在预测准确性上比长短期记忆（long short-term memory，LSTM）网络、时间卷积网络（temporal convolutional network，TCN）模型更优；所提预测模型在自适应切换策略中将平均切换点的时间提前3.6 s，预测可靠性与响应精度均有较大提升，显著提升了阵风场景下的风机备用功率裕度。【结论】 所提模型与方法通过高置信概率预测与不确定性感知决策，实现了风电机组转速备用模式从“被动响应”到“主动预判”的转换，有效抑制了因阵风预测不准导致模式频繁切换所引发的控制误动，在保障机组安全运行的同时最大化暂态调频能力，为高比例风电电力系统的频率稳定控制提供了可行方案。
【目的】 在“双碳”目标与新型电力系统建设背景下，针对高比例新能源接入下孤岛微电网源荷长周期错配、短时功率波动和低惯量运行风险并存的问题，研究微电网电-氢混合储能优化配置与协同运行特性。【方法】 以电化学储能容量及功率、电解槽、储氢罐和氢燃料电池容量为优化变量，构建综合年化成本最低的配置模型；考虑功率平衡、设备边界、状态连续性和频率变化率（rate of change of frequency，RoCoF）约束，并以瞬时丧失20%新能源出力作为N-1类极端扰动场景校验系统等效惯量支撑能力。在此基础上，开展氢能渗透率灵敏度分析，并采用离散傅里叶变换（discrete Fourier transform，DFT）与帕塞瓦尔定理计算储能功率序列在日内、周内及跨周（季节）波动区间的频域能量占比。【结果】 西北地区某孤岛微电网算例表明，电-氢混合储能方案综合年化成本较纯电化学储能下降83.38%。极端扰动下，混合储能有效惯量始终高于RoCoF约束下的最小需求。频域分析显示，氢储能在长周期区间的动作能量占比为77.7%，电化学储能在日内波动区间占比为88.0%。【结论】 所建模型能够在满足扰动初期RoCoF约束及全年能量平衡要求的前提下，降低长周期储能配置成本，提升高比例新能源孤岛微电网的运行经济性。对于具有显著季节性源荷错配的孤岛微电网，氢储能更适合承担跨周期能量转移，电化学储能更适合承担日内功率平抑与惯量支撑。
【目的】 针对高比例可再生能源接入下园区综合能源系统（park integrated energy system，PIES）面临的季节性供需失衡与短时功率波动问题，提出一种考虑季节性互补的储氨园区鲁棒优化调度策略。【方法】 首先，构建电-氨-冷-热梯级利用模型，充分挖掘氨的储能与工质双重价值；其次，设计考虑状态引导的多时间尺度协同机制，通过上层季节性规划与下层两阶段鲁棒调度的动态耦合，解决长短期决策协同难题；最后，采用列与约束生成（column-and-constraint generation，C&CG）算法求解模型。【结果】 与无储氨基准场景相比，所提策略有效降低了年化运行成本，提升了风电消纳率，在极端场景下，以较小的成本增幅显著降低了切负荷风险。【结论】 该方法通过氨能的多功能利用与多时间尺度协同，为园区综合能源系统的经济灵活运行提供了理论支持与工程参考。
【目的】 为解决大规模电动汽车（electric vehicle，EV）随机接入下多充电站协同定价面临的交互影响复杂、训练样本匮乏等问题，提出一种基于Transformer去噪扩散概率模型的数据增强与多智能体深度强化学习的协同定价方法，以扩充复杂工况下的定价学习样本空间，优化多充电站智能体协同定价策略。【方法】 首先，设计基于Transformer架构的去噪扩散概率模型，引入稀疏注意力机制捕捉充电站时空分布特征，并结合Top-k价值筛选与Softmax概率采样机制，在历史电价、充电需求和时间特征等多维条件引导下，重构并扩充高质量、物理一致的交互样本空间；然后，构建计及EV时空分布与配电网运行约束的交互式环境，利用多智能体深度确定性策略梯度算法（multi-agent deep deterministic policy gradient，MADDPG）在增强样本集上进行协同定价策略训练。【结果】 仿真结果表明，所提方法在保证配电网安全运行的前提下，能够有效引导充电负荷合理时空分布，提升充电站运营收益与用户服务水平。【结论】 所提基于Transformer的样本增强方法能够有效扩充定价学习的样本空间，增强策略对复杂交互的适应性；实现了配电网安全、充电站效益及用户体验的协调优化，为电动汽车充电市场多主体智能协同定价提供了新的技术途径。
【目的】 针对多虚拟电厂与配电网运营商的主从博弈格局，现有动态定价模型未充分考虑新能源出力的不确定性对博弈策略影响的问题，且传统求解方法在高维决策空间时求解质量差，为此提出一种基于分布鲁棒优化的主从博弈动态定价模型及求解方法。【方法】 建立以配电网运营商为领导者、多虚拟电厂为跟随者的主从博弈动态定价模型；在虚拟电厂优化模型中引入分布鲁棒机会约束描述风电出力不确定性，对已知风电功率的一阶矩和二阶矩信息构造模糊集，通过Cantelli不等式将机会约束转化为确定性等价形式；提出基于神经网络增强的区域粒子群优化（neural network-enhanced regional particle swarm optimization， NN-RPSO）算法，通过构建虚拟电厂行为预测模型替代频繁调用下层优化，结合区域划分策略实现高效搜索。【结果】 决策者可通过调节风险预算参数在运行风险与成本间权衡；所提算法相较于区域粒子群优化算法在提升配电网运营商收益47.2%的同时，减少下层模型调用次数约67.4%。【结论】 所提模型为决策者提供了灵活应对不确定性的建模手段，所提求解算法显著提升了求解质量，为多主体主从博弈问题提供了有效解决方案。
【目的】 打造以电为中心的城市能源互联网、实现多能安全协调运行，是破解送端型城市电网新能源消纳能力受限、综合能效偏低等问题的有效途径。针对城市多能系统资源规模大、分布分散、多主体参与、协同利用难度大等现实问题，本文提出一种城市级多能安全协同调控架构及实现方法。【方法】 首先分析新型电力系统下城市能源发展态势，厘清城市多能协同的核心任务、参与主体与资源对象，提出城市多能安全协同调控面临的现实挑战；在对比现有典型调控架构模式的基础上，基于分层解耦与协同治理理论构建城市级多能安全协同调控架构及技术指标，进一步给出该调控系统的核心功能与关键技术。【结果】 基于本文所提架构开展北方某城市工程建设，实现了典型日新能源弃电量减少46%、多能利用效率提升7%以上。【结论】 该方法在兼顾多主体隐私保护与系统可扩展性的同时，显著提升了城市多能多主体协同调控的效率与综合效益，可为高比例新能源场景下城市能源互联网建设提供可行技术路径。
【目的】 为提高特高压直流六分裂跳线线长的计算精度，高效实现跳线的装配式安装，提出了一种耐张串末端倾斜角和跳线长度的精确计算方法。【方法】 以导线水平张力为基准逐个分析各连接元件倾斜角，通过循环迭代方法计算耐张串的末端倾斜角；建立基于三维坐标系的通用计算模型，以软跳线子导线平弧垂一致为条件，利用悬链线公式计算跳线长度；采用有限元模拟、AutoCAD三维建模和现场实测方法验证耐张串末端倾斜角计算方法、通用计算模型和跳线长度计算方法的准确性。【结果】 所提循环迭代方法经过4次迭代后末端倾斜角已稳定，倾斜角的计算结果与有限元模拟值吻合；所提通用计算模型获得的各跳线悬挂安装点位置与AutoCAD绘图模拟位置一致；某实际跳线装配式安装后，经全站仪与无人机测量结果复核，现场实测值与计算值吻合；某跳线案例表明装配式安装相比高空模拟法，高空作业量减少46.4%，工效提高25%，人工节约33.3%。【结论】 所提耐张串倾斜角迭代计算方法比传统的将耐张串等效为均布自重荷载方法更准确；编写的六分裂跳线长度计算通用程序，图形交互性好，具有较强的实用性与便捷性；实现了特高压直流六分裂大截面导线跳线的装配式安装，达到了减少高空作业量、提升施工效率、降低导线损耗和保障施工工艺质量的目的。
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