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2018年, 第39卷, 第9期 
刊出日期:2018-09-01
  

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    综合需求响应 栏目主持 张宁副教授
  • 祁兵,夏琰,李彬,李德智,崔高颖
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    目前国内外有关需求响应技术的研究主要集中在智能家电和智能楼宇中,然而工业企业的电力消费在社会用电中占比极高,如果可以充分利用企业在生产中的需求响应潜力,那么这种潜力将能在电网平衡和提升企业竞争力中发挥重要作用。因此,该文构建了制造装配企业的生产模型,同时基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming, MILP)设计了一种自动需求响应算法,可以最大限度地提高制造商的利润。通过对某电池制造工厂的案例进行研究可知,提出的算法自动满足了电网的需求,同时增加了制造商的利润。通过3个场景:峰平谷电价、需求侧竞价、新能源消纳(风电平抑),具体论证了算法的优越性。此外,描述了装配企业参与需求响应的潜力与储料箱容量比例的关系,为进一步研究装配企业参与需求响应提供了思路。
  • 黄海涛,王岱锋,朱丰泽,王俊伟
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    近年来,随着变频恒温技术的发展,变频空调给需求响应(demand response,DR)控制策略带来了新的机遇与挑战。文章引入PMV-PPD(predicted mean vote-predicted percentage of dissatisfied)用户舒适度量化评估模型,提出了一种考虑热舒适度的多家庭变频空调群组恒温控制策略,综合考虑用户舒适体验和负荷削减容量最大化。首先,以用户热舒适度与空调负荷最大削减为目标,确定变频空调单机恒温控制的最优设定温度,建立了空调群组非分组恒温控制策略。然后,针对不同调度周期,分析评估空调群组非分组控制的可削减容量及机会响应损失;提出当调度周期在一定范围内时可以通过分组控制减少机会响应损失,建立了动态分组轮控策略模型,更加充分地挖掘了家庭空调负荷的需求响应潜力,并获得了可削减容量稳定的需求响应资源。最后,算例验证表明该策略的可行性和有效性。
  • 张涌新,沈弘,马静
    电力建设. 2018, 39(9): 18-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.003
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    综合能源系统能实现能源高效利用,在应对资源紧缺、环境污染等问题上具有重要意义。综合能源系统负荷特性分析及应用研究是综合能源系统设计、规划、运行的重要环节与工作基础。首先,针对所提综合能源系统负荷特性分析及应用关键问题,建立相应研究框架;随后,提出负荷坏数据辨识修正自动化实现方法;最后,基于研究框架探究实际综合能源系统负荷形态规律、不同类型用能数据增强多元负荷可预测性的可行性及进行电、冷综合需求响应的潜力。结果表明:所提框架及方法能较全面挖掘综合能源系统负荷特性,在提升负荷可预测性、充分发挥综合需求响应潜力等方面起到积极作用。
  • 汪涛,崔怀宇,武赓,曾鸣
    电力建设. 2018, 39(9): 30-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.004
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    构建综合能源系统是促进可再生能源消纳,实现多类型能源协同互济,提高能源利用效率的重要途径。文章在考虑系统运行成本、CO2排放强度以及可再生能源消纳效益的基础上,构建兼容用户可响应负荷的区域多能源系统(regional hybrid energy system,RHES)多目标优化模型。通过约束转化和模糊满意度决策法(fuzzy satisfying decision method,FSDM)将上述多目标混合整数优化问题转化为单目标优化问题进行求解。通过算例仿真,可以得出:文章构建的RHES多目标优化模型可实现系统运行成本、排放成本和可再生能源消纳效益的综合优化,同时用户可响应负荷能够对系统的热-电负荷进行优化,从而进一步降低系统整体的运行和排放成本。
  • 基于直流配电网的新能源汇集技术 栏目主持 王毅教授
  • 戴志辉,苏怀波,王雪,焦彦军
    电力建设. 2018, 39(9): 39-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.005
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    交直流混联系统发生单极接地故障时,会导致模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)交流出口电压出现直流偏置,若联接变压器采用Dyn11经电阻接地方式,当变压器接地电阻较小时,直流单极故障后产生的直流电流会流入变压器,导致变压器直流偏磁,出现励磁涌流并可能引起其差动保护误动。该文首先针对交直流混合配电网中YNd11型联接变压器及经不同电阻接地的Dyn11型联接变压器,分析了直流单极故障对其直流偏磁的影响,总结了影响因素。其次,以光伏直流接入系统为例,在PSCAD/EMTDC中建立混联系统模型,并在换流器出口设置单极接地故障,对理论分析的正确性进行了验证。最后,提出变压器出现直流偏磁时的应对措施,并针对单极接地故障与单相接地故障引起的保护误动作进行了分析,给出了识别策略。
  • 王坚,王毅,付超
    电力建设. 2018, 39(9): 47-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.006
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    直流电网是解决新能源发电并网稳定性问题的研究热点。DC-DC变换器是连接不同电压等级直流电网的关键器件。MMC型DC-DC变换器采用模块化的拓扑结构,因而适用于高压大功率场合,其中单向MMC型DC-DC变换器适用于功率传输方向一定的电压变换场合,造价低、控制方式简单。但是目前对该拓扑的研究还比较少,相应的控制策略仍主要沿用MMC传统电平逼近的控制策略,国内目前也尚未有实际的示范工程,因此还需对该拓扑进行更深入的研究,提出适用于该拓扑的控制策略,为实际的示范工程提供一定的参考。该文提出了一种新型的适用于单向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略将传统的电压追踪转变为电流追踪,在每个周期开始时刻计算出子模块的开通个数,通过控制子模块的开通和关断,使输出电流跟随参考电流变化。最后搭建了单向MMC型DC-DC变换器的仿真模型,仿真结果表明该控制策略可以很好地实现电压变换,输入侧电流波动小,是一种有效的控制策略。
  • 范士雄,刘幸蔚,卫泽晨,高运兴,王琛
    电力建设. 2018, 39(9): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.007
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    随着新能源的大量接入及电力电子技术的逐渐成熟,直流配电网相较于交流配电网更具发展优势,同时直流配电网的发展也对其控制体系的建立提出了要求。该文针对含新能源和储能的直流配电网,提出了基于时间尺度划分的多层次直流电压控制体系,该控制体系按毫秒级、秒级以及分钟/小时级的时间尺度进行划分,以电压下垂控制为基础,分别提出了以稳定电压、抑制波动为目的的一次调压及惯性控制,以消除电压静差为目的的二次调压控制及以优化运行为目的的三次调压控制。最后,通过在Matlab/Simulink中搭建的包含光伏和储能的四端直流配电网仿真平台,验证了所提控制体系的有效性。
  • 徐玉韬,谈竹奎,谢百明,黄辉,吕黔苏,班国邦,袁旭峰
    电力建设. 2018, 39(9): 61-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.008
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    为提高多端柔性直流配电网的运行可靠性、缩短故障的影响时间,提出一种基于直流断路器的智能化保护配置方案。首先从拓扑结构、换流设备种类及运行方式等角度分析系统故障特征,随后划分保护区域,制定完整的保护原理、分层配置和直流线路故障选线方法。通过与一次设备及二次控制系统动作逻辑的协同配合,配置可适应于不同运行方式的具有动态定值自我切换、故障后系统快速恢复以及准确故障选线功能的保护方案。最后在PSCAD软件下搭建三端柔性直流配电网数字仿真模型并测试典型故障情况下的保护响应特性,验证了保护方案的有效性。
  • 智能电网
  • 周博,吕林,高红均,谭心怡,吴泓灏
    电力建设. 2018, 39(9): 70-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.009
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    针对市场电价以及可再生能源(renewable energy sources,RES)出力的不确定性,文章以虚拟电厂(virtual power plant,VPP)模式聚合分布式能源(电动汽车、需求响应等)参与电力市场交易,通过分布式能源间的协调优化互补,提升虚拟电厂出力稳定性和市场竞争力。采用多场景法模拟日前市场出清电价和风电的不确定性,以虚拟电厂运行效益最大化为目标,构建基于两阶段随机规划的虚拟电厂最优交易策略模型,其中第一阶段日前市场考虑出清电价的不确定性,第二阶段平衡市场考虑风电出力的随机性。此外,利用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)来度量交易策略风险,从而实现经济性和风险的偏好选择。最后,通过算例分析了不确定性和风险偏好对虚拟电厂收益以及风险损失的影响,为不同风险偏好主体提供参考。
  • 李刚, 黄奕敏, 郑顾平, 周国亮
    电力建设. 2018, 39(9): 78-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.010
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    针对区块链(block chain)生态系统为能源领域带来的新契机,初步研究了基于区块链技术的电动汽车(electric vehicle, EV)充电交易方案。在分析了区块链技术内涵、交易特征的基础上,提出建立基于雷电网络的电动汽车充电交易管理体系。借助智能合约与中介转账机制,建立了基于雷电网络的链下交易管理通道,并给出了电动汽车用户与充电桩进行链下交易的流程框架,该架构有助于减少链上交易压力,促进交易频率和交易速度的提升、降低区块链交易网络中的管理成本和运行风险等。结合充电桩使用场景,说明了基于雷电网络的交易方式与智能合约的实现过程。最后对区块链在能源交易管理方面的拓展性和可用性做了展望。
  • 潘昭旭,刘三明,王致杰,王帅,丁超然
    电力建设. 2018, 39(9): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.011
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    随着社会的发展,具有随机性、间歇性的风电等新能源大规模接入电网。同时,负荷侧结构变动、用电主观性以及预测技术的限制使得调度中的负荷需求难以准确获取。这些因素导致电力系统中的不确定性愈发呈现“奈特氏不确定性”的特性,使得电力系统调度成为一项十分具有挑战性的工作。为此,该文采用一种新的非概率性方法——信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)对风电输出功率和系统负荷需求的不确定性进行建模,建立了风险规避和机会寻求2种策略下的IGDT调度模型,解决了电力系统调度中风电和负荷的奈特氏不确定性。最后在改进的IEEE-39节点系统上对所提模型进行算例分析,结果分析以及蒙特卡洛模拟证明了所提IGDT模型的有效性。
  • 孙志攀, 刘会兰,栗然,陈宇,霍启敬,郑豪东
    电力建设. 2018, 39(9): 95-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.012
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    私家电动汽车(electric vehicle,EV)和分布式电源接入量的增长,给热电联供型微电网调度提出了难题。因此,在含可再生能源的热电联供型微网模型基础上,考虑用户行为意愿,根据用户选择的不同充放电行为将电动汽车分类建模。随后,建立了基于分时电价的含电动汽车的热电联供型微网系统的多目标运行优化模型,通过模糊数学方法将多目标模型转化为单目标模型。算例分析中,对构建的4种不同场景运用Yalmip/Gurobi进行优化,分析对比了各场景下的优化结果,验证了所建模型及优化结果的合理性。
  • 周步祥,黄家南,黄振刚,张百甫,张烨
    电力建设. 2018, 39(9): 105-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.013
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    针对风电本身存在的波动性以及预测的不确定性,构建了含备用响应能力约束的经济调度模型;其次针对风电高成本却有较高环境效益的特性,引入一种新的平衡因子——弃风系数,以此来平衡风电成本,并对该平衡因子的有效区间进行了定义;同时对教与学优化(teaching-learning based optimization,TLBO)算法进行了优化改进,引入新的教学因子和交叉操作,进一步提高其收敛速度和收敛能力,并将其应用于模型求解中。最后利用改进的TLBO算法(improved teaching-learning based optimization,ITLBO)对10机系统进行了仿真计算,验证了弃风系数对平衡风电成本的有效性以及该算法解决此类问题的优越性。
  • 华亮亮,黄伟,葛良军,刘立夫
    电力建设. 2018, 39(9): 112-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.014
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    主动配电网(active distribution network,ADN)能够综合运用需求响应和协调优化管理两大手段,通过源荷协调互动,最大限度上实现分布式电源的高效消纳和系统运行的安全经济。文章提出了计及需求响应的主动配电网双层优化调度模型。其中电价协调层以价格型需求响应为核心,通过调整日前实时电价优化各时段负荷需求;可调度单元控制层基于负荷需求,在计及ADN内部不确定性因素对系统安全影响的前提下,以运行成本最低为目标制定系统运行计划。调度模型双层之间基于信息双向流动实现协调互动,为提高求解效率,提出了将智能优化算法和传统优化算法相结合的求解策略。算例结果表明,所建模型能够保障系统安全裕度、降低配网运行成本、提高用户满意度和减小负荷峰谷差。
  • 江雪辰,袁越,吴涵,徐蕴岱,黄阮明,王跃峰
    电力建设. 2018, 39(9): 120-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.015
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    大规模风电并网以及负荷的随机波动加剧了电网运行的不确定性,为了有效分析新环境下的电网运行特性,提出一种基于风功率分段Copula函数和负荷高斯混合模型的多段线性化概率潮流计算方法。采用分段Copula函数在时间维度上刻画相邻风电场的空间相关性,分析风功率相关性的季节变化。针对实际负荷的不对称、多峰特性,采用改进K-means聚类优化的期望最大化(expectation maximization,EM)算法,准确快速地建立负荷高斯混合模型。在此基础上,采用多段线性化半不变量法进行概率潮流计算,以减小风功率和负荷大范围波动造成的潮流方程线性化误差。对改进的IEEE 14节点系统进行仿真分析,验证了所提方法的准确性、快速性及有效性。
  • 朱全胜,常烨骙,张振安,赵华,晋萃萃,吴玉琼,刘娆
    电力建设. 2018, 39(9): 129-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.09.016
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    频率控制一直是互联电网运行所关注的问题之一,基于特高压输电系统下频率控制的新需求,结合我国电网“统一调度、分级管理”的五级调度管理模式,在深入剖析北美可靠性标准集的基础上,提出我国频率控制应按照扰动严重程度划分的思想,并设计适合大功率缺失故障下频率整体控制的扰动控制性能评估方法与对国网、区域网和省网的三级调度方案。仿真结果表明,面向各类功率扰动的互联电网频率控制性能评估方法较北美扰动控制方法频率控制效果好,可有效提升系统抗扰动能力,对系统安全稳定运行有利。