为提高新能源渗透率、拓宽绿氢生产利用途径、实现综合能源系统多能联供低碳经济化运行,提出包含电制氢(power to hydrogen,P2H)技术的风-氢多元储能系统(wind-hydrogen multi-energy storage,WHMES),建立综合能源系统多目标优化配置模型及两阶段能量梯级利用运行控制策略,将某系统中全年风电及负荷聚合为3类典型场景,以经济、能源供应、碳排放3个方面作为优化目标,采用基于分解的多目标进化算法进行求解,在得到的一系列非劣解集中,利用模糊隶属度函数从中权衡筛选出最优配置方案。算例结果验证了所提模型与方法的科学性与有效性,并在不同典型日场景下都具有良好的环保性和供能可靠性,为含风氢耦合的综合能源系统优化配置提供参考。

为进一步挖掘综合能源系统(integrated energy system,IES)供需两侧的灵活性资源,优化系统运行的低碳性与经济性,提出一种考虑供需双边响应的IES优化调度策略。首先,为提高IES供能灵活性,引入电热锅炉和有机朗肯循环发电装置构建热电联产(combined heat and power,CHP)机组电、热能灵活输出的供给侧响应模型,并提出输出电、热能占比率灵活性指标,以衡量CHP机组的运行灵活性;其次,在电、热、冷多元负荷具备转移、削减和替代响应特性的基础上,构建考虑电动汽车有序充放电策略的需求侧响应模型,以深入挖掘需求侧的可调度潜力;最后,以购能成本、弃风成本、响应补偿成本、运维成本和碳交易成本之和最小为优化目标,建立IES供需协同优化模型。结果表明,所提优化调度策略能够充分发挥供需灵活资源协调互补的优势,在促进风电并网消纳的同时有效提升IES运行的低碳性、经济性与灵活性。

对于多直流馈入的高比例新能源受端电网,直流和新能源的动态响应特性耦合作用日益密切,新能源场站的配置与电网电压支撑强度有强相关性,系统安全稳定运行风险剧增。为此,提出一种综合考虑多直流馈入短路比和新能源多场站短路比的新能源场站布点及网架协调规划方法。首先,构建计及新能源出力不确定性和短路比指标的研究框架,利用K-means聚类筛选典型场景,类比直流短路比推导由不同因素引起的新能源多场站短路比变化的扩展表达式;进而,计及短路比约束构建新能源场站布点及网架协调规划的双层模型,基于Benders分解算法实现模型的迭代求解;最后,基于PSD-BPA平台在改进的IEEE-39节点系统进行仿真测试,结果表明所提方法能够同时满足多馈入直流短路比和新能源多场站短路比的强度要求,并在一定程度降低新能源场站脱网风险,提高受端电网的电压支撑强度。

通过研究极端天气对电网线路分支影响的量化评估机理,建立极端天气下电力线路故障数学模型,用基于AC的级联故障(cascading failure based on AC,ACCF)模型来捕捉电力系统中输电线路随机失效后的实际功率损耗,采用归一化处理的电网切负荷、节点电压、支路功率越限指标来表征极端天气下电网的多重故障风险。运用蒙特卡洛模拟法对负荷不确定性、风光出力不确定性进行模拟,并对节点电压、支路功率越限风险进行仿真与评估。算例分析表明,所提方法能够有效准确地对不同场景下电网的运行风险进行评估,支撑电网风险专业人员提供预警决策,系统化开展电网风险防控。

为提升区域多微电网系统能效及储能装置收益,提出一种含微电网运营商、共享储能运营商的多微电网系统运行方式,并在量化各主体收益与用户需求响应基础上,建立了多主体合作模式下的微电网规划运行一体化模型。其中,上层是以共享储能-微电网联盟综合效益最大为目标的规划模型,下层是以微电网联盟运行成本最小为目标的运行模型。此外,为保证所提合作方式的可行性,采用基于满意度均衡的改进核仁法对微电网联盟成本进行合理分摊。仿真结果表明,所提模型能有效发挥多微电网间的互补性,可降低多微电网运行成本并保护信息隐私,提升共享储能的经济效益和利用率,二者互利共赢。同时,改进核仁法较核仁解综合偏差较小,且求解效率大幅提升,可使主体满意度均衡最大。

电力市场环境下,充电站可以通过协调电动汽车充电形成友好负载以优化市场投标策略,降低电力成本。考虑电力市场电价不确定性和用户充电价格响应特性,提出电动汽车充电站动态定价策略。首先,基于随机规划法刻画市场电价不确定性,得到典型电价场景。其次,从行为经济学角度,基于前景理论建立电动汽车充电效用模型,分析电动汽车用户充电经济性和充电便利性。然后,以充电站和电动汽车作为上下层问题主体构建计及用户充电响应的充电站双层优化调度模型,上层充电站以运行效益最大为目标提出市场交易策略和动态定价策略,下层电动汽车以充电效用最大进行充电选择。最后,算例分析表明所提策略能够基于市场电价变化和用户响应潜力,制定合理的充电电价,有效引导用户充电行为,提高充电站运行效益。

随着电动汽车的广泛应用,电动汽车用户充电行为成为了电动汽车领域的一个关键焦点。然而,电动汽车用户参与车网互动的积极性较低,难以被有效激励参与调峰调频。同时,用户行为数据具有复杂性与有限性,难以准确分析用户行为。文章提出一种在有限信息下识别电动汽车用户充电行为特征的模型,以制定差异化的激励策略。首先,梳理了用户充电行为的基础特征,提出不同特征用户的激励策略;其次,构建用户充电行为分类模型;再次,构建用户充电行为识别的步骤流程,并设计基于云模型和模糊Petri网的用户充电行为特征识别模型;最后,通过某充电厂区的有限用户数据进行算例分析。算例结果表明,提出的模型成功将电动汽车用户分为不同类型,从而实现有针对性的激励策略的目标。这一模型提供了一种有效的工具,用于更好地理解用户行为、优化能源管理,以及提供个性化的激励策略,从而鼓励用户更积极地参与车网互动和能源调度,进一步推动电动汽车的可持续发展。

分布式资源大量接入使配电网运行机理愈加复杂,多类型不良数据、电网规模扩大等因素给新型配电系统的精准状态估计带来了新的技术挑战。提出一种基于自适应分区和时空变分模态分解-长短期记忆(spatiotemporal feature variational mode decomposition-long short term memory,SFVMD-LSTM)网络伪量测建模的新型配电系统抗差状态估计模型。在计及节点电气灵敏度的基础上,考虑不良数据分布特征,通过改进吉尔文-纽曼(Girvan and Newman,GN)分区方法克服传统GN算法在适应量测数据质量变化中的不足;利用子区域内节点多源负荷数据,提出基于SFVMD-LSTM的伪量测建模方法,提高加权最小二乘(weighted least square,WLS)估计的量测冗余度,解决传统方法状态估计精度低和抗差能力不足问题。算例仿真与结果对比分析表明,所提方法的估计精度、效率均高于传统WLS和快速解耦估计法。

新能源直接通过模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)孤岛送出时,MMC需要采用电压-频率(voltage-frequency, VF)控制方式,为新能源并网提供稳定的电压支撑。针对换流器交流侧发生三相对称短路故障时,对双闭环VF控制MMC输出的短路电流进行了精细化计算。结合系统电路特性和MMC控制特性,首先对VF控制MMC交流侧发生三相对称短路故障后换流器的节点特性进行了分析,研究表明故障后换流器可能表现类似电流源特性或电压源特性。在此基础上,提出了MMC呈电流源特性时短路电流超调量的计算方法,以及MMC呈电压源特性时短路电流直流分量和稳态量的计算方法。最后,在PSCAD平台上进行了仿真分析,验证了所提出方法的正确性。

针对重要负荷保供电需求日益增长、储能寿命模型考虑不全面的问题,提出了考虑储能容量衰减的光储型微电网最优经济配置方法并对其进行可靠性评估。首先,考虑到重要负荷密度逐渐增大而保供电需求日益迫切的情况,提出采用多微网系统满足负荷保供电需求的思路和方法;其次,基于储能寿命模型更新储能的置换成本和损耗成本,以光储型微电网全寿命周期内净收益最大为目标函数建立最优经济规划模型,并采用Gurobi求解器对微电网光伏和储能容量进行优化计算;然后针对并联、串联和混联多微网系统的拓扑特点,并考虑其发生故障后对微网可靠性的影响,从三个维度建立可靠性指标体系。最后,以改进的RBTS Bus6 F4系统为例对光伏和储能进行优化配置并对配置后的多微网系统进行可靠性评估,结果表明考虑储能容量衰减后微电网配置结果更具有合理性,且在设计的算例中并联多微网系统可靠性更高,对保供电型微电网规划配置具有借鉴意义。

新型电力系统中风电大规模接入导致电网调节能力不足,弃风问题突出,开发负荷侧资源势在必行。作为温控负荷,蓄热式电锅炉的调节能力受建筑物需热量约束。为提升规模化蓄热式电锅炉负荷弃风消纳能力,提出了基于电锅炉蓄热量约束的运行控制策略及组合优化方法。首先,构建了基于热平衡原理的蓄热式电锅炉负荷模型,并分析了单台蓄热式电锅炉负荷的可调节特性;然后,研究了蓄热式电锅炉参与弃风消纳的作用机理和组合控制方法;最后,提出了规模化蓄热式电锅炉负荷弃风消纳模型及控制策略。算例分析表明,相比于受建筑物需热量约束的控制策略,所提控制策略不但可以使规模化蓄热式电锅炉负荷更大化消纳弃风电量,并且其长期运行经济效益更好。

碳-电耦合是推动我国能源电力行业绿色低碳转型、助力实现“双碳”目标的重要保障。设计了电力市场、碳排放权交易市场(carbon emission trading market,CET)以及核证自愿减排市场(certified emission reduction market,CER)的耦合框架,构建了发电商协同参与电力市场、CET市场以及CER市场的竞价策略优化模型。针对传统博弈论方法对不完全信息以及复杂多元主体交互性解释不足等问题,采用深度确定性策略梯度算法进行求解,同时克服了传统多智能体强化学习算法离散低维状态空间、动作空间以及收敛不稳定等问题。以4个典型发电商进行算例分析,研究了CET市场和CER市场引入后对发电商竞价策略的影响。围绕碳市场价格、碳排放基准值以及核证自愿减排抵消比例开展敏感性分析并开展算法收敛性验证,体现了所设计的碳-电市场耦合下发电商竞价策略优化模型的有效性和优越性。

在全球环境保护与可持续发展受到日益重视背景下,减少碳排放成为发电行业亟需解决的问题。因此,探究“双碳”目标下发电商在电力市场中的发电量决策行为,对于推动节能减排具有重要的现实意义。基于有限理性决策调整机制,构建了考虑碳排放的发电商市场竞争非合作博弈模型,讨论了不同理性程度发电商在市场博弈竞争时均衡点的存在性与稳定性,并引入变量反馈控制方法对失稳系统进行控制。通过仿真算例对发电商市场竞争动态行为进行了深入剖析。仿真结果表明各发电商策略调整和碳价变化均会对市场稳定造成影响,当发电商策略调整和碳价设置不合理时,系统进入混沌状态;通过所提出的变量反馈控制法可使系统重新稳定在纳什均衡状态,从而减少各发电商利润不确定性。

随着电力体制改革推进和电力市场发展,由多类资源构成的电力零售商参与到零售市场的交易机制及竞价投标策略亟待完善。鉴于此,兼顾零售市场运营者和电力聚合商的利益诉求,提出了一种基于双层优化的零售市场环境下电力聚合商的有功-无功协同竞标模型。顶层以电力聚合商利益最大化为目标,考虑多类可控资源特征,制定合理的电力聚合商报量报价方案;底层以零售市场运营者总成本最低为目标,考虑配电网络拓扑结构及潮流安全,获取零售市场有功-无功出清结果。利用实际案例系统验证所提策略有效性。仿真结果表明,该模型能够有效实现零售市场和聚合商运营利益的趋同。同时,与传统仅考虑有功电量的竞标方法相比,该方法在提升系统运营效益方面展现出明显优势,对零售市场运营模式和电力聚合商竞标策略具有重要的指导价值。

为改善高比例新能源电力系统呈现低惯量问题,我国部分省份采用转动惯量辅助服务补偿的交易模式。但单一的补偿模式无法体现出转动惯量的真实价值,不能激发惯量市场活力。因此,以推进当前转动惯量辅助服务市场化交易为出发点,对现阶段转动惯量市场的主体、义务服务与有偿划分、补偿方式等提出了改进方案。考虑到当前转动惯量辅助服务市场并没有出清机制,提出了一种满足激励相容、系统成本最小化、个体理性等性质的Vickrey-Clarke-Groves(VCG)作为转动惯量交易机制。最后,通过算例分析验证了对现有转动惯量辅助服务补偿模式改进方案的合理性,以及所提出的VCG出清机制相比于现阶段其他辅助服务市场采用的边际结算出清机制的优势。