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ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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全球能源互联网方兴未艾，虚拟电厂（virtual power plant, VPP）的建设不仅是全球能源互联网建设中的重要组成部分，也是我国解决资源短缺、环境污染的重要手段，为此，理解和掌握虚拟电厂的关键技术和运行原理具有重要意义。该文旨在分析虚拟电厂的运行模式，可为虚拟电厂在我国的建设提供理论和实践经验。首先，基于现有文献对虚拟电厂的表述，明确了虚拟电厂概念、典型特征，并依据功能不同，将虚拟电厂分为商业型虚拟电厂（commercial virtual power plant , CVPP）和技术型虚拟电厂（technical virtual power plant , TVPP）两大类。其次，从物理结构、信息模型、市场角色等方面详细阐述了能源互联网和虚拟电厂之间的关系。再次，归纳了德国虚拟电厂中典型示范工程的运行原理及运行状况。最后，基于我国当前配电系统的发展水平和电力体制改革的相关政策，展望了虚拟电厂技术在我国的应用前景，并对有待解决的关键问题提出建议，为虚拟电厂的构建者和决策者提供理论依据。
能源领域的供给侧改革对其他领域的改革具有带动和示范作用。该文运用能源互联网思维，分析得出长期以来我国能源供给体系存在的主要问题是，粗放式的发展模式较少考虑用户需求，缺少互联平台协调优化能源供应，能源综合利用水平不高以及能源交易体系不完善。利用能源互联网的用户思维、平台思维、整合思维以及大数据思维能够有效推动能源供应的管理水平、协调优化、多能互补和交易体系的完善，为能源供给侧改革提供创新思路。
在全球能源互联网背景下，以风电为代表的新能源入网给电力系统安全稳定运行带来新的挑战，同时也对备用容量配置提出了更高的要求，为此提出以双侧备用成本期望最小为目标函数的备用容量优化模型。在考虑需求侧响应中的可中断负荷，以及风速预测偏差和负荷预测偏差等不确定性因素的基础上，建立了满足经济性和可靠性要求的备用容量配置原则。并基于蒙特卡罗随机模拟的遗传算法对改进10机测试系统进行了求解,经过算例求解得到考虑需求侧响应的备用容量优化决策的经济性更好。与以往传统的备用容量配置相比，双侧备用容量配置能够在系统整体内实现资源的优化分配，同时也可以提高风电消纳能力，实现电力系统安全性和经济性最优。
多能源耦合系统是将电力、天然气、热能等通过能源集线器作为能量变换枢纽建立起来的混合能源网络，也是未来能源互联构架的一种发展趋势。该文对多能源耦合系统的结构和运行机制进行了阐述，提出了以能源集线器为调度枢纽的气电热联供网络规划与运行联合优化模型。该模型以规划建设、调度运行、可靠性等方面的总成本最小化为目标函数，同时兼顾了系统满足各能源系统网络约束、能源集线器（energy hub，EH）能量平衡等约束条件，是一个目标函数和约束条件都含有非线性项的混合整数优化问题，采用线性化和大规模优化方法求解，使耦合系统规划和运行共同达到最优。算例仿真将耦合与非耦合规划、耦合系统考虑元件种类不同的情况进行求解和对比，验证了该模型和处理方法的优越性和有效性。
针对风电入网的消纳难题，提出了抽水蓄能参与调峰的数学模型。将弃风成本作为经济指标之一，风速和负荷作为不确定变量，建立了风电-火电-抽水蓄能随机规划模型。处理机会约束条件时，提出以bootstrap抽样法估计置信区间，以提高精确度。在IEEE 30节点系统上进行仿真测试，对不同风电和抽水蓄能装机容量情况下的经济性进行分析。结果显示：风电装机容量由300 MW增加到400 MW时，弃风成本升高，系统对抽水蓄能的容量和备用容量需求也随之增加；当风电装机容量达到400 MW时，将抽水蓄能容量提高到90 MW，相比于无抽水蓄能参与调度的情况，能够节约经济成本约5%左右，且参与启停调峰的火电机组由2台减少到1台。算例表明针对不同装机容量的风电，合理地配置抽水蓄能容量，多元协调配合进行调峰，才能实现低成本消纳风电的目的。
准确评估变压器的经济寿命, 不仅对于适当安排其运行方式进而实现其安全与经济运行具有重要作用, 也是确定变压器更换策略的依据。针对变压器全寿命周期内的故障率的特征, 以常用于描述变压器温升老化失效的Arrhenius-Weibull模型为基础，提出了模拟其故障率浴盆曲线损耗故障期的新方法, 并引入变压器役龄回退因子来表征变压器检修的效果。接着, 通过综合考虑检修和更换变压器的经济要素, 可求得相应的机会成本。最后, 以检修和更换变压器的机会成本作为判据来确定变压器的最佳更换时机, 并用算例结果说明了所提出的方法的基本特征。
全寿命周期成本管理在电网规划阶段的应用是电网企业管理体系中极为重要的一环。依据全寿命周期成本管理理论，以设备的寿命周期为规划研究周期，提出了基于资产全寿命周期成本的输电网规划方案比选方法。通过分析规划方案全寿命周期成本的构成，提出了涵盖全过程、计及规划阶段成本颗粒度的分析模型，并运用该方法对浙江 500 kV目标网架规划方案进行了比选。仿真结果表明，所提出的方法可以提高电网规划的科学性，实现电网资产全寿命周期各环节工作的协调与统一。
针对电网企业资产全寿命周期管理中存在的各环节技术方法和模型及应用深度不统一、衔接配合不够的问题，分析了电网实物资产管理关键业务及其管理决策需求，综合全寿命周期成本（life cycle cost，LCC）、风险评估、优先级排序、资产墙等技术方法，构建了贯穿规划计划、采购建设、运维检修、退役处置等电网资产寿命周期全过程的管理决策方法框架体系，明确了各环节决策方法的实施思路，为统一电网资产管理全过程技术方法和模型，解决资产管理各业务环节方法不匹配、不协调以及与实际业务融合度差等问题提供了框架和基础。
为了降低微网并网时的运行成本，同时协助电网"削峰填谷"，提出一种考虑负荷中断的微网并网经济调度模型。模型以微网为中间环节，构建一种新型负荷中断补偿机制，同时引入浮动补偿电价，该电价受到中断功率与中断时间的影响，可以反映用户满意度的变化。以一个包含风力发电机、光伏电池、微型燃气轮机、燃料电池、蓄电池以及可中断负荷的典型微网为例，通过Cuckoo-Search算法求解模型，给出最优中断组合、调度结果和运行成本，并求出极限中断电量。结果表明，该文模型与算法可行，可以为各参与方创造可观的经济效益。
针对微网孤岛运行模式下的优化调度，从经济性和可靠性2方面考虑，提出在传统微网经济调度模型中加入综合评估模型，得到不同侧重目标下的最优调度方案。首先，在热电联产的微网结构上，建立了包含运行成本最低和负荷缺电率最低为目标函数的微电网优化调度模型；其次，考虑到不同目标之间存在的矛盾，应用多目标粒子群算法结合调度策略，在MATLAB环境下对所建立的优化调度模型进行求解，得到一系列Pareto最优解；最后，通过利用基于层次分析法的综合评估模型对Pareto解集进行评价，再结合实时需求分析，为决策者提供最优调度方案。算例通过对某孤岛型微电网进行分析，验证了模型的可行性和实用性。
采用电流-电压三极法测量架空线路杆塔的工频接地电阻时，架空避雷线对注入杆塔地网的测量电流具有分流作用，从而影响接地电阻的测量精度。建立了架空避雷线对注入杆塔地网的测量电流的分流模型，分析了避雷线分流的程度和影响分流效果的因素及其影响规律。结果表明：（1）避雷线分流所占比重可以达到60%以上，当测量杆塔接地电阻较大、非测量杆塔接地电阻较小、测量杆塔为变电站出线上的前2座杆塔时，避雷线分流效果更明显；（2）仅考虑分流电流大小对杆塔接地电阻测量的影响是不够的，忽略分流电流与测量电流的相角差同样会造成较大的测量误差，导致接地电阻的测量值偏高。
覆冰脱落会造成导线断股、金具破坏和闪络等事故，是输电线路的常见灾害之一。为了研究覆冰脱落的振动机理,通过ANSYS有限元软件建立了输电线路模型，考虑覆冰刚度影响，使用生死单元技术模拟了2种典型的覆冰脱落形式，即单导线受冲击荷载脱冰和分裂导线单子导线脱冰。通过数值模拟研究了线路参数和外部荷载对导线脱冰的影响，结果表明：（1）单导线受冲击荷载脱冰在跨度较大时应考虑风荷载的影响；（2）脱冰率和跳跃高度随冲击荷载的增大而增大；（3）分裂导线单子导线脱冰能够加速分裂导线的脱冰过程，并且应考虑风荷载的影响；（4）子导线的数目与分布对脱冰率有影响；（5）在跨中附近布置间隔棒有利于减小最大跳跃高度；（6）不考虑覆冰刚度的模拟结果偏于不安全。研究成果可以为输电线路的设计提供参考。
随着柔性直流输电（voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC）直流电压等级提升和传输容量增大，其在大容量远距离资源优化配置中将发挥更加重要的作用。以往的研究中，大多利用电磁暂态仿真软件，针对虚拟构建的小电网，仿真分析VSC-HVDC的技术性能。针对实际交流电网的VSC-HVDC动态性能验证等研究，则少有报道。本文首先针对PSD-BPA中新近开发的对应实际电网换相换流器高压直流（line commutated converter based high voltage direct current，LCC-HVDC）工程的DA卡仿真模型以及VSC-HVDC仿真模型，分析两者的技术特点。在此基础上，面向西藏藏中弱交流受端电网，仿真对比2种直流供电方案下，受端电网大扰动冲击后的暂态恢复特性。仿真研究结果为应用VSC-HVDC改善弱受端电网受扰特性和提升电网稳定水平提供了技术支撑。
全功率变流器（full size converter, FSC）可变速抽水蓄能技术是控制电网负荷频率，平衡可再生能源发电波动的有效手段。在介绍三电平FSC可变速抽水蓄能机组整体结构的基础上，给出了机侧变流器和网侧变流器的模型和控制策略。在确定由于电网需求而产生的参考功率的基础上，提出了FSC可变速抽水蓄能机组在发电模式和电动模式时有功功率和无功功率的控制策略。针对所建立的FSC可变速抽水蓄能机组模型，采用冲击响应傅立叶变换法，给出了机组的频谱特性，对照风电波动频谱特性，阐述了全功率机组对可再生能源引起的电网波动控制的有效性。最后对抽水蓄能机组在抑制风电出力波动中的作用进行了仿真验证。
继电保护设备是保障电网安全的第一道防线，因此评估继电保护风险对于保障电网可靠运行具有重要意义。为了解决继电保护系统数据统计带来的不确定性，采用软层次模型建立继电保护风险评估模型。首先从风险的定义出发，指出影响风险的因素，即继电保护设备发生故障的概率和发生故障后的损失；其次，采用状态评价模型计算设备故障率，采用赋分法计算继电保护设备发生故障带来的损失；再次采用模糊信息粒化算法即软算法处理事故发生概率以及事故损失的数据，计算风险并采用模糊排序方法对多个地区的风险进行排序，为风险管理者做出正确决策提供理论依据。最后结合某地区的实际数据表明采用模糊信息粒化算法做继电保护风险评估的正确性和有效性。
：随着新能源技术在配电网领域的发展，分布式电源（distributed generation，DG）接入配电网的研究成为热门。与传统配电网相比，含DG的配电网会出现弱环网和非PQ节点，而传统潮流计算方法只能解决PQ节点和辐射状网络。为解决配电网接入DG后重构的问题，采用叠加定理解决开关倒换过程中产生的弱环网，同时改进前推回代潮流计算方法，使得接入DG的节点可以正常参与潮流计算。同时结合纵横交叉算法（crisscross optimization，CSO）和粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）的优势，提出混合算法（crisscross particle swarm optimization, CPSO）优化含分布式电源的配电网重构问题。仿真部分是以典型的IEEE 33节点配电网为例，在考虑DG接入方式为PI节点、PV节点和PQ（V）节点的情况下进行仿真，结果证明了配电网合理的接入DG后，可以起到降低网损和提高电压质量的作用。
针对部分地区由于地理位置以及季节性差异引起的能源不平衡现象，提出了基于电压源换流器的高压直流输电（voltage source converter-high voltage direct current，VSC-HVDC）系统双向传输的归一化控制策略，实现了分区联络电网能源优势互补。首先，将电压源换流器两侧的下垂特性归一化，获得交直流电网的传输功率参考值；然后，比较直流输电线路两端传输功率参考值的大小与方向，确定直流输电线路的传输功率；最后，通过控制直流线路两端的直流电压，实现功率双向传输，平衡两侧交流电网的功率。设计了3种不同的工作情景，采用实时数字仿真器（real time digital simulator， RTDS）进行了仿真研究，仿真结果验证了控制的有效性, 实现了低碳电力调度。
针对配电网规划中分布式新能源出力随机性大、规划复杂度高的问题，提出一种含分布式新能源的配电网风险规划模型。该模型以网络综合费用最小为目标函数，通过网络支路负荷容量确定新建分布式新能源出力最大值，综合考虑系统供电不足等网络风险因素，进行含分布式新能源的配电网风险规划。在求解过程中提出一种类比通信网络广播方式修复遗传算法不可行解的方法。通过在含分布式光伏发电和径流式水电站的安徽某地区10 kV网架规划中的实际应用，验证了该风险规划模型的有效性。
当失稳系统实施主动解列控制后，被分割成独立的2个或者2个以上的不稳定电力孤岛，此时，必须快速采取有效的校正控制措施，保证各个电力孤岛稳定运行。提出了基于解列断面双向潮流跟踪算法和直流潮流算法的电力孤岛快速实时校正控制策略。通过对解列断面潮流进行追踪，得到孤岛内的调整对象（发电机和负荷）和调整量，再利用直流潮流算法进行校验，使得各孤岛在满足安全稳定约束条件下保持暂态稳定。通过新英格兰39节点系统验证了所述方法的有效性和适应性。
抽凝供热机组抽汽参数往往高于热网所需，热损失大。高背压供热机组利用排汽余热供热，增加供热能力，减少供热抽汽量。单转子运行和双转子互换是大型汽轮机高背压供热改造的2种主流方式,为研究不同方式的经济性和适用性，以某350 MW机组为例，采用Ebsilon仿真软件建立高背压供热汽轮机变工况计算模型。结合单耗理论进行不同改造方式下供热季与非供热季经济性及能耗对比。结果表明：和单转子方式相比，双转子互换方式在供热季发电量多200万 kW·h，平均发电煤耗低0.24 g/（ kW·h），最大供热量少6.48 MW，非供热季其火用效率高于单转子方式。但考虑到双转子互换方式供热季优势并不明显，且每年需要2次更换转子，因此对于大型热电联产机组高背压供热改造首选单转子方式，以降低成本。
采用吸收式热泵回收汽轮机乏汽余热用于供热，具有显著的节能效果。以某300 MW直接空冷供热机组为例，建立了基于热泵回收乏汽余热的供热机组性能计算模型，分析了供热量对热泵辅助供热系统性能的影响，研究了热泵辅助供热方式下机组的调峰性能。结果表明，回收乏汽余热的吸收式热泵性能系数为1.73，热泵辅助供热方式的火用效率较传统供热方式提高了15.6%。采用热泵辅助供热可节省供热抽汽64.7 t/h，机组净增功率11.1 MW。随着供热量的增加，热泵辅助供热系统中乏汽利用量及节省的汽轮机抽汽量增多，而机组净增功率先增加后减少。采用热泵辅助供热后，机组的可调峰范围扩大。
