2016年, 第37卷, 第7期　
刊出日期：2016-07-01

  

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特别策划
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  中国智能电网技术发展实践综述

  宋璇坤，韩柳，鞠黄培，陈炜，彭竹弈，黄飞

  电力建设. 2016, 37(7): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.001

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  智能电网是世界范围内能源和经济发展的必然趋势，我国自2009年提出建设智能电网以来，在该领域取得了丰硕的研究成果与实践经验，获得了国际社会的广泛关注。从接纳可再生能源、智能输变电、智能配用电、智能调度控制系统、通信信息支撑平台五大领域出发，系统评述了我国在新能源并网预测、储能、智能变电站、输电线路防灾减灾、柔性直流输电、配电自动化、分布式电源接入与微电网、智能用电、配用电综合示范、智能调度控制系统、通信网和信息平台12个方向应用的关键技术与示范工程，并对比分析了国外同类技术的发展水平，展望了各项技术的未来发展趋势。
理论研究
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  计及碳排放成本的交直流混合微网优化运行

  狄开丽，李鹏，华浩瑞

  电力建设. 2016, 37(7): 12-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.002

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  交直流混合微网可综合发挥交流微网与直流微网的特点，碳交易机制符合低碳经济理念。根据交直流混合微网的特点，建立了计及碳排放成本的交直流混合微网优化运行模型，通过对比不同权重下的经济指标和碳排放指标，研究碳交易机制的引入对混合微网优化运行的影响。在此基础上，引入双向换流器损耗模型，研究双向换流器损耗对混合微网经济调度的影响。算例结果表明，等权重调度策略具有更优的经济性和环保性，双向换流器损耗模型的引入改变了交流区域和直流区域可控微源出力，更加贴合实际。
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  微网系统鲁棒优化规划模型研究

  曾鸣，杨雍琦，范世源，孙辰军

  电力建设. 2016, 37(7): 20-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.003

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  分布式可再生能源发电出力的不确定性给微网系统的优化规划带来了较大困难。以分布式发电的实际出力偏差与预测偏差的差值为主要分析对象，刻画了系统的鲁棒性约束条件，构建以规划成本、运行成本为目标函数的微网系统鲁棒优化规划模型，并整合了相应的NSGA-II优化算法。通过算例分析证明，该文的鲁棒优化模型能够在一定鲁棒约束、系统运行约束条件下求解得到系统最优规划方案，从而为微网系统鲁棒优化规划提供决策依据。
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  光伏发电系统的时序概率模型研究

  金黎明,周宁,冯丽,范飞,赵渊

  电力建设. 2016, 37(7): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.004

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  随着光伏发电在电网中的应用越来越广泛，如何建立有效的光伏发电概率模型成为亟待研究的问题。传统的光伏发电模型一般基于参数估计，需要对辐照度的概率分布形式做出预先假设，且无法计及日总辐射与小时辐射间的内在“加和”约束。为了克服传统光伏发电模型存在的不足，利用解集及条件核密度估计技术提出一种新的光伏发电时序概率模型。该模型属于非参数模型，无需对辐照度的概率分布形式做出任何限制,不仅能够计及日/小时辐照度之间的时序相关性，而且能够计及日总辐射与小时辐射间的内在“加和”约束，从而可以更加精确地反映光伏发电的随机变动规律。算例分析表明该模型能够以更高精度反映辐照度的变动规律，因而具有明显的优越性和实用性。

电力经济研究
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  两种输电定价机制下输电公司年收入波动风险分析

  金小明，周保荣，王宏，董楠，吴鸿亮，文福拴

  电力建设. 2016, 37(7): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.005

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  随着采用不同投资模式或融资方式的输电线路建设和投产，输电交易模式趋于复杂化。单一的电量输电定价机制无法适应不断发展的投资和市场运营环境以及输电投资回收的需要，两部制电价机制在原理上则更为适宜。在此背景下，对一部制电量输电定价和两部制输电定价进行了定量分析。首先简要介绍了一部制电量输电价格和两部制输电价格的特点及测算原理，然后对2种价格机制下输电公司的年收入及其波动情况进行了定量分析和比较，并给出了输电收入差值比、收入平均波动率等指标。然后，对两部制电价中输电公司年收入随容量费用分摊比例的变化情况进行了讨论。最后，对南方电网“西电东送”的实际案例进行了分析说明。研究结果表明，采用单一电量电价机制有利于在丰水年偏多时加快输电投资成本回收，而采用两部制电价机制则能够缓解未来枯水年偏多时收入不足的风险。
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  跨区跨省电力交易中的偏差电量分析与基于虚拟分时电价的偏差电量处理方法

  李竹，赵博石，延星

  电力建设. 2016, 37(7): 40-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.006

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  偏差电量的处理作为交易结算工作的关键问题之一，无法适应电力市场环境下结算工作的要求，该文针对这一问题进行了讨论。总结了国内外偏差电量的相关研究，对跨区跨省电力交易中的偏差电量进行了分析，说明了偏差电量的实时价格属性；提出了基于虚拟分时电价的偏差电量处理方法，该方法利用1天中96个点的计划和计量数据，根据成分电量购售双方的负荷数据划分峰、平、谷时段，并利用虚拟分时电价修正偏差电量的分摊比例；最后，利用实际电网运行交易数据进行了算例分析，仿真结果更为合理地实现了偏差电量的分摊，说明了方法的有效性和实用性。
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  考虑可中断负荷的大用户输电网过网费定价研究

  房红，严慧敏，袁越

  电力建设. 2016, 37(7): 47-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.007

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  大用户直购电是我国电力市场改革的必然趋势，将成为用户实施选择权的主要方式。根据大用户直购电交易的特点，提出一种考虑可中断负荷的大用户输电网过网费定价方法。该方法在综合考虑合同电量约束和中断负荷约束的前提下，建立了大用户中断阻塞管理模型。在此基础上，利用输电长期增量成本法（transmission long run incremental cost，T-LRIC）进行过网费定价。最后，以IEEE 30节点测试系统为例，验证了所提定价模型的正确性，并计算分析了不同交易量以及中断负荷对输电阻塞和过网费的影响。分析结果表明，通过合理配置合同电量及选择中断负荷，能够有效提高输电网的经济利用效率并改善线路阻塞延缓投资时间，过网费用也有所降低，为发电企业和大用户合理申报直购电量提供参考，有利于我国大用户直购电长期交易的开展。
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  计及负荷和电价不确定性的电力零售公司购电组合优化

  陈玮，梁博淼，蒙文川，陈政，文福拴

  电力建设. 2016, 37(7): 54-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.008

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  随着我国电力市场改革的深化，售电侧随之逐步开放，已经成立了很多售电公司并参与了电力零售业务。如何构造在多个市场的购电组合优化策略是电力零售公司关注的重要问题。为发展电力零售公司的购电组合优化策略，必须适当考虑负荷需求和市场电价的不确定性从而进行风险管理。在此背景下，首先以h为单位构造了描述1天内的负荷需求和电力价格的日向量，并采用区间数来描述负荷和电价的波动范围。另一方面，模拟了零售公司在用户侧实施分时电价时对负荷调整和所占市场份额的影响。之后，以电力零售公司日利润总和最大为目标，建立了购电组合优化的强化区间线性规划（enhanced interval linear programming，EILP）模型，并采用解析方法求解。最后，采用美国PJM （Pennsylvania，New Jersey，Maryland）电力市场的负荷和电力价格实际数据，对所提出的方法做了说明。
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  基于长期边际成本的输配电定价方法及在英国高压配电定价中的应用

  陈政，谢文锦，张翔，荆朝霞，冷媛

  电力建设. 2016, 37(7): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.009

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  输配电定价是电力市场化改革的重要任务之一，该文对输配电定价中的长期边际成本方法进行了全面的总结和分析，给出了长期输配电边际成本的定义，对其计算中的一些关键环节进行了分析，包括边际成本计算的数学方法、支路边际成本的计算方法、基准方式的选取、成本的分摊及用户的电价结构等。最后对长期边际成本法在配电定价中的实际应用案例——英国特高压配电定价方法进行了介绍，结合简单算例对2种定价方法进行了对比分析，并针对我国的具体情况提出了应用的建议。
输配电技术
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  供电无源网络的VSC-HVDC系统控制器及PI参数研究

  李向阳，刘应梅，王明东

  电力建设. 2016, 37(7): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.010

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  电压源型高压直流输电技术（voltage source converter based high voltage direct current transmission，VSC-HVDC）在无源网络供电领域具有较好的应用前景。首先分析了向无源网络供电的两端VSC-HVDC的系统结构和工作原理，建立了系统在d-q同步旋转轴下的欧拉－拉格朗日数学模型；其次设计了PI双闭环和无源双闭环2种控制器；再次提出了基于对称最优法的外环控制器参数整定方法；在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的两端VSC-HVDC仿真系统，分别采用PI双闭环和无源双闭环控制器，对无源网络负荷功率变化和电压下降2种工况进行了仿真分析。仿真结果表明：所提出的控制参数整定方法是正确有效的，设计的无源双闭环控制器和PI双闭环控制器都可以实现电压、电流的快速精准控制，使无源网络电压稳定在给定值，相对而言，无源双闭环控制器的动态控制性能更好。
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  电阻型超导故障电流限制器应用于VSC-HVDC系统的位置优选研究

  李旭，陈树勇，唐晓骏，张鑫，申旭辉，吕思卓

  电力建设. 2016, 37(7): 78-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.011

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  由于能独立控制有功、无功功率，无换相失败等优点，基于电压源换流器的高压直流输电系统 （voltage source converter based high-voltage direct current，VSC-HVDC）系统被认为是未来电网的发展方向。但是，直流故障与交流故障快速有效隔离，成为影响VSC-HVDC系统发展的重要技术难题之一。为了解决VSC-HVDC系统故障隔离问题和限制故障线路过大的短路电流，应用超导故障限流器逐渐被人们重视。提出基于电阻型超导限流器的故障限流方法，并用所设计的两端双极性VSC-HVDC系统，分别在直流线间短路、直流线路接地短路和三相交流短路情况下，比较电阻型超导限流器可行的安装位置并证明所提限流方法的有效性。最后，利用PSCAD/EMTDC仿真提出在VSC-HVDC系统中电阻型超导限流器的最优安装位置。
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  电网不平衡故障下电力电子变压器控制策略

  冯宇鹏，吴金龙，王先为，刘欣和，牛化鹏，姚为正

  电力建设. 2016, 37(7): 84-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.012

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  针对电网不平衡故障下电力电子变压器（power electronic transformer, PET）高压级的相间均压问题和对电网电压的支撑问题，首先对负序电流注入法进行了研究，推导了需注入的负序电流幅值和相位，分析了有功电流和负序电流对电网公共连接点（point of common coupling，PCC）电压的影响，然后提出了一种新的适用于PET相间均压的零序电压注入法。仿真结果表明，电网故障时，PET仅传输有功功率，会降低PCC点正序电压，输出无功后可有效支撑电网电压。负序电流注入法和零序电压注入法均可实现高压级相间均压，但负序电流注入法需高压级具备更大的电流应力，且抬升了电网负序电压，而采用零序电压注入法时，高压级三相电流对称，对电网负序电压无影响。PET隔离级所有双有源桥（dual active bridge , DAB）传输功率均衡，低压级输出电压和功率恒定，不受电网故障的影响。
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  光伏-超级电容器混合系统的建模与控制

  陈玉芳，周立丽

  电力建设. 2016, 37(7): 91-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.013

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  为解决光伏发电系统出力随机性大，波动较强等问题，提出了一种光伏-超级电容器混合系统控制策略。建立了光伏和超级电容器数学模型，构建了一种变流器少、成本低的光伏、超级电容器及可控直流负载集结于直流母线的结构，推导了各个系统的控制方程。超级电容器快速充放电，平抑直流母线电压波动，可控直流负荷柔性投切，保证超级电容器荷电状态运行于规定范围之内。此种控制策略平滑了上网功率，提高了光伏利用率，稳定了直流母线电压。基于PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了光伏-超级电容器混合系统模型的准确性及控制策略的有效性。
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  基于K-means聚类的有序充放电多目标调度模型

  王雅,曾成碧,苗虹,刘广

  电力建设. 2016, 37(7): 99-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.014

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  针对电动汽车无序充电对配电网的负面影响，该文设计了基于K-means聚类的有序充放电多目标调度模型。首先，以私家车为研究对象进行充电负荷的不确定性建模；其次，根据电动汽车充电桩的空间分布实现有效聚类，形成等效节点以及所对应的代理商；构建以减小峰谷差和代理商调度偏差为目标的第一阶段模型，第二阶段模型以用户充电成本最小为目标，每辆电动汽车的充电需求为决策量；然后将2个目标函数通过单一化处理达到综合最优；最后，在MATLAB平台上采用粒子群优化算法进行求解，算例仿真表明该文提出的调度优化模型在削峰填谷与提高用户经济性方面效果突出。
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  大规模风光火容量配置研究分析

  赵理威，张新燕，赵理飞，尹勋， 徐其丹，赵昂

  电力建设. 2016, 37(7): 105-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.015

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  “三北”地区的弃风、弃光一直是制约新能源发展的大问题，通过制定合适的风、光、火电源配置方案，在保证电网稳定的同时能有效提高新能源消纳能力。根据历史气象数据结合新能源实际出力数据，确定风、光出力特性，拟定不同的风、光、火容量配置方案，以负荷年出力和日出力曲线作为送电曲线，进行计算，分析新能源利用率、弃电量等指标，最后选出最优方案。针对±800 kV哈密至郑州直流输电工程完成电源优化配置，结果显示，风、光、火多电源系统中，新能源的消纳主要受容量配置比例、火电调峰能力及新能源出力与负荷出力的同频程度影响。
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  考虑环境差异性的配电网技术效率评估

  喻小宝，张玮，谭忠富，张翔宇，张晨

  电力建设. 2016, 37(7): 112-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.016

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  为科学评价配电网效率，指导配电网建设规划和投资，提出考虑环境差异的效率评估方法。首先，应用改进的系统聚类方法对评价对象进行了分类；其次，应用改进的数据包络分析（data envelopment analysis，DEA）方法计算了评价对象的配电网效率；最后，对同一类别评价对象的技术效率进行了评估，并提出了相应的改善措施和建议。以2013年浙江省地区的配电网为例进行了算例分析。结果表明，提出的效率评估方法是合理的，各地区的配电网效率确实受环境因素的影响较大，若要改善效率，需同时从投入侧和产出侧提升配电网管理能力。
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  基于用电效用概念的可中断负荷调度模型及其削峰优化算法

  杨晶晶，林勇，褚明华，周宁慧，何光宇

  电力建设. 2016, 37(7): 119-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.017

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  以电器用电效用等级划分为基础，结合遗传算法对电力需求侧进行需求响应调度，可以在保障用户用电满意度的前提下，实现自动实时响应削峰目标。首先给出生活电器用电效用的定义、效用函数以及效用分级方法；在此基础上，给出削峰调度模型，并给出调度流程与算法分析；最后，模拟办公楼内空调的需求响应调度。结果表明，优化控制策略可以在保障用户用电满意度的前提下，实现自动实时响应削峰目标，从而论证了方法的有效性。
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  特高压直流输电系统异常换相失败的机理研究

  金祖洋，杨洪耕，赵海杉

  电力建设. 2016, 37(7): 126-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.018

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  针对特高压直流输电系统故障恢复过程中出现的换相失败，无法利用换相电压降低或直流电流上升进行解释的异常现象，考虑换相电压波形畸变的影响，提出了一种基于谐波分解与换相电压时间面积的换相失败分析方法。该方法通过畸变换相电压的各次谐波最大可能换相面积的正负和大小，定性和定量分析其对换相失败的影响。考虑到谐波相位的不确定性，提出谐波风险系数作为评价谐波促进换相失败的最大风险指标。应用所提方法分析了某特高压直流输电系统故障恢复过程中出现的异常换相失败现象，结果说明了引起换相电压波形畸变的原因，揭示了主要谐波对换相失败促进或抑制的影响程度及其风险性，验证了方法的有效性。
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  考虑疲劳折损的架空输电线路风雨荷载失效概率模型

  何迪，章禹，郭创新，杨攀，金宇

  电力建设. 2016, 37(7): 133-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.019

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  作为典型的风振敏感结构，架空输电线路极易受强风雨灾害影响导致故障停运。为了研究强风雨天气及设备自身机械强度对线路失效概率的影响，从输电线路设计规范和材料结构性疲劳过程入手，建立了一种考虑疲劳折损的架空输电线路风雨荷载失效概率模型。模型采用非线性退化过程模拟材料疲劳折损，并依据荷载-强度干涉理论进行失效概率计算。算例分析给出了风、雨、疲劳折损三者作用时的线路失效概率情况，并以IEEE-RTS 79系统为例介绍了以本模型结果为基础筛选重要线路、薄弱档号的方法。该模型能量化不同风雨荷载对失效概率的增大作用，同时响应线路日常振动导致的疲劳折损，是一种全新的建模思路，具有较好的应用前景。
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  考虑继电保护故障的输电线路风险评估体系

  龚庆武，林燕贞

  电力建设. 2016, 37(7): 141-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.07.020

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  输电线路在电网中承担着输送和分配电能的作用，其发生故障会给电网运行带来巨大影响，该文提出了一种综合考虑输电线路本身以及线路保护的风险评估体系。利用牛顿同伦算法估计威布尔分布参数，构建继电保护故障率模型；采用效用函数从切负荷损失、线路过负荷损失以及电压越限损失3个指标出发构建严重度模型；利用风险定义计算考虑继电保护设备故障的输电线路的风险，扫描电网的薄弱环节，为制定差异化运维策略提供理论依据。最后以WSCC-9电力系统经典算例为例，进行相关计算仿真，验证了考虑输电线路保护故障特性的电网综合风险评估体系的有效性和实用性。