2020年, 第41卷, 第5期　
刊出日期：2020-05-01

  

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面向综合能源系统的多能用户需求响应 ·栏目主持 王丹副教授·
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  计及需求响应和储能的电-气综合能源系统优化调度

  苏俊妮，张鑫，赵俊炜，张锐，曲明辉，杨艳红

  电力建设. 2020, 41(5): 1-8. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.001

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  为实现电-气综合能源系统（integrated electricity-gas system，IEGS）优化经济运行，计及多元储能（multi-energy storage，MES）设备和综合需求响应（integrated demand response，IDR）项目的有效配合，提出了一种适合于区域IEGS的优化调度模型。在所构建的优化调度模型中，结合不同用能负荷的需求响应特性，并基于电力和天然气等能源的分时价格，分别从可削减负荷、可转移负荷和可替代负荷等方面对用户IDR响应量进行精细化描述，使其有效配合IEGS中MES设备运行，从而最小化系统运行成本。通过相关算例验证了所提模型的有效性，仿真结果表明，区域IEGS运营商通过综合应用MES和IDR，可充分发挥电力负荷和天然气负荷的时空互补特性，最大程度地提升系统的风电消纳能力，并进一步减少系统运行成本。
消纳可再生能源的电力市场政策与机制 ·栏目主持 别朝红教授、丁涛副教授·
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  计及柔性负荷的综合能源系统低碳经济运行

  林紫菡，蒋晨威，陈明辉，尚慧玉，赵宏伟，阳曾，王一铮，文福拴

  电力建设. 2020, 41(5): 9-18. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.002

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  多能互补的综合能源系统 (integrated energy system, IES) 能够有效提高能源使用效率，解决环境污染等问题。在此背景下，提出了一种考虑柔性负荷 (flexible load, FL) 和碳交易机制的IES优化调度模型。首先，将碳交易机制引入系统调度模型中，综合考虑整个能源供应环节的碳排放，并采用过排放罚金机制以促进系统节能减排。然后，将FL分为可削减负荷、可转移负荷和可平移负荷三类，应用于IES的低碳经济运行之中。在此基础上，以碳交易成本、FL调度成本、系统能耗成本之和最小化为优化目标，考虑电力系统网络约束、天然气系统网络约束和能源中心 (energy hub, EH) 内部约束，建立了IES低碳经济调度模型。最后，采用算例系统对所构建的模型和采用的方法进行验证，并分析了罚金价格对于系统碳排放的影响，以及FL在消纳风电和节能减排方面的作用。
低惯性电力系统分析与控制 ·栏目主持 文云峰副教授·
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  直流和新能源高渗透型电网惯性水平多维度评估

  肖友强, 林晓煌，文云峰

  电力建设. 2020, 41(5): 19-27. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.003

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  随着密集型大容量直流输电工程的推进以及规模化新能源的开发，我国已有部分清洁能源富集地区发展成为典型的直流输电线路和新能源高渗透型电网。多直流异步送出格局下，大量风电和光伏持续替代同步发电机组，系统惯性水平大幅下降，削弱了电网抵御大容量功率扰动的频率响应能力。同时，系统惯性的时空分布特性渐显，使得惯性响应机理更加复杂，亟待针对此类低惯性电力系统的惯性水平评估开展研究。文章基于运行机组旋转动能、惯性变化率和惯性分布指数三个量化指标，提出一种考虑惯性时空分布特性的电网惯性水平多维度评估方法，从总体大小、时间维度、空间维度分别对系统惯性特性进行评估分析，并基于云南电网运行方式数据展开算例分析，测试结果验证了所提出的惯性水平评估方法的有效性。
虚拟电厂 ·栏目主持 胡泽春副教授、刘敦楠副教授、王宣元高级工程师·
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  基于改进k-means算法的VPP负荷曲线聚类方法及应用

  艾欣，杨子豪，胡寰宇，王智冬，彭冬，赵朗

  电力建设. 2020, 41(5): 28-36. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.004

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  能源互联网的建设，将物联网、人工智能、云计算等技术融入电网。虚拟电厂作为能源互联网的基本单元，其聚合、运行方式也将迎来改变。针对虚拟电厂如何有效参与电网运行，提出一种基于主成分分析降维和凝聚层次聚类与k-means聚类相结合的虚拟电厂负荷曲线聚类方法，并对聚类结果的应用进行了研究。首先，结合信息物理网络所获数据，采用主成分分析方法对参与虚拟电厂聚合的不同负荷的特征进行分析，对数据进行标准化处理并降低维度；然后， 利用凝聚层次聚类和k-means聚类相结合的算法，对所有参与聚合的负荷出力曲线进行聚类，得到同类别的负荷曲线簇并找出聚类中心；最后，分析聚类结果，建立与之匹配的评价体系，通过综合评价选取合适的负荷组合参与虚拟电厂聚合。
综合需求响应 ·栏目主持 张宁副教授·
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  基于模糊激励型需求响应的微电网两阶段优化调度模型

  都成，魏震波

  电力建设. 2020, 41(5): 37-44. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.005

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  针对微电网中风电和负荷不确定性，提出一种基于价格型需求响应（price-based demand response，PBDR）的日前负荷调度和基于激励型需求响应（incentive-based demand response，IBDR）的实时负荷调度的两阶段优化调度模型。在日前阶段，根据用户需求对电价的响应，引入需求价格弹性建立了用户响应模型；在实时调度阶段，为了挖掘不同用户参与需求响应的积极性，利用模糊工具求出不同用户的动态激励方案，提高需求响应项目的参与度。算例分析结果表明，两阶段调度模型相较于只采用日前价格型需求响应提高了风电消纳能力，增加了电网和用户的经济效益；而较于只采用实时激励型需求响应增强了削峰填谷作用，提高系统运行的平稳性。同时动态激励价格比固定式激励价格使负荷曲线峰谷差更小，进一步减少了弃风量。
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  计及多能源多需求响应手段的园区综合能源系统优化调度模型

  李鹏，杨莘博，李慧璇，田春筝，李锰，谭忠富

  电力建设. 2020, 41(5): 45-57. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.006

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  清洁能源消纳是影响园区综合能源系统（park integrated energy system， PIES）可持续发展的问题之一，基于此，文章构建了以设计峰谷分时电/热价为依托的综合型价格需求响应模型和以电转气（power to gas， P2G）、电制冷机（electric refrigerator， ER）、电锅炉（electric boiler， EB）为依托的转换型需求响应模型。首先构建了由能源供应中心和能源转换中心构成的耦合冷、热、电、气的园区综合能源系统及其交易策略；其次，在考虑综合型价格和转换型需求响应的基础上，构建了以出力、需求响应前后能量平衡等为约束条件，以系统净收益最大为目标函数的优化调度模型；然后，从经济和环境两方面构建了绩效评估指标；最后，进行了实例分析，验证了所建模型具有提高清洁能源消纳量和系统经济性的作用。
新一代人工智能在配网规划和运行中的应用 ·栏目主持 余涛教授、张孝顺副教授、杨博副教授·
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  基于成功流法的配电信息物理系统可靠性评估

  高崇，曾广璇，张俊潇，曹华珍，唐俊熙，余涛

  电力建设. 2020, 41(5): 58-65. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.007

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  文章引入成功流法解决现有蒙特卡洛法应用于大规模配电信息系统可靠性评估耗时的问题。根据智能分布式的故障处理模式对信息物理系统进行设备及功能可靠性建模，利用同一系统内、不同系统间元件之间的依存关系定量分析信息系统故障对物理系统供电可靠性的影响，获得计及信息系统影响的成功运行频率概率和区域成功运行时间概率，并由此得到负荷点及系统可靠性指标。最后，将文章提出的方法与蒙特卡洛法进行比较，计算结果表明文章提出的方法具有较好的精度及实用性，在大规模配电信息物理系统中效率优势更为明显。
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  变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计

  杨蕾，李胜男，黄伟，张丹，马红升，许守东，杨博

  电力建设. 2020, 41(5): 66-74. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.008

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  为了实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator， PMSG)的最大功率跟踪(maximum power point tracking， MPPT)，文章设计了一款无源线性反馈控制(passivity-based linear feedback control， PBLFC)。首先，基于无源控制理论构建能量函数，通过详细分析系统各项的物理意义，保留有益系统的非线性项以改善其暂态响应特性。其次，引入线性反馈控制作为额外输入，通过能量重塑使得能量函数中的能量得以快速耗散，进而使PMSG能在快速时变风速下有效实现MPPT。此外，对闭环系统稳定性进行了深入分析，验证了闭环系统的稳定性。最后，进行了4个算例研究，即阶跃风速、随机风速、电网电压跌落和参数不确定。仿真结果表明，与矢量控制（vector control，VC）、反馈线性化控制(feedback linearization control， FLC)相比，PBLFC在各种工况下均能快速稳定地捕获最大风能，且其故障穿越(fault ride-through， FRT)和鲁棒性得到明显改善。
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  基于GM(1，1)与BP神经网络的综合负荷预测

  宋建，束洪春，董俊，梁雨婷，李雨龙，杨博

  电力建设. 2020, 41(5): 75-80. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.009

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  针对电力负荷预测中的单一预测模型存在的局限性，提出基于BP神经网络和GM(1，1)的残差修正组合模型。通过算法组合的方式进行系统建模，从而提高负荷预测模型的精度。首先通过GM(1，1)模型进行预测，得到灰色残差序列，利用灰色残差序列建立BP残差修正模型，利用该模型进行残差预测，最后将残差修正值和GM(1，1)模型预测值进行叠加得到最终所需的负荷预测值。利用该模型对某地区进行仿真实验，结果表明该修正模型具有较高的预测精度和实用性。
能源互联网
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  细胞-组织认知下的主动配电系统双层多目标控制策略

  赵海兵, 张焕云, 葛杨, 程浩原, 高文浩, 艾芊

  电力建设. 2020, 41(5): 81-92. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.010

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  近年来，大规模的可再生能源已被广泛集成到电力系统中，配电系统的主导形式也从传统配电网逐渐转变到微网集群。由于风、光等可再生能源具有不确定性，为了优化可再生资源在电力系统中的整合效果，并考虑对微网集群的智能化管理以改善配网运行水平，基于"细胞-组织"结构提出了一种新型双层多目标动态能量管理策略；然后在主动配电系统中将主动配电网和微网集群之间的关系进行了分类，并提出能量博弈矩阵和双层多目标控制策略对主动配电网和微网集群的能量管理进行描述和实现；最后采用分层-带精英策略的快速非支配排序混合遗传算法（hierarchical genetic algorithm-NSGA-Ⅱ， HGA-NSGA-Ⅱ）求解能量管理问题，并通过对基于多微网的混合IEEE-33电力系统的仿真分析，验证了所提控制策略在功耗水平、能源利用率和仿真运算时间等方面上的优势。
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  考虑IEC标准的用户侧电力物联网体系架构研究

  祁兵， 叶欣，李彬，陈宋宋，李源非，石坤

  电力建设. 2020, 41(5): 92-99. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.011

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  用户侧的负荷设备及负荷管理系统如何接入到泛在电力物联网（ Internet of Things， IoT)平台是当前电力物联网建设亟需解决的问题之一。文章在分析用户侧负荷设备物联网系统、抄表系统的组成架构基础上，参照国际电工委员会等标准组织发布的智能电网标准及物联网标准，提出了用户侧电力物联网的体系架构，该架构支持用户侧负荷聚合系统、用户能源管理系统及用户负荷自动控制系统与泛在电力物联网的融合，并以需求响应业务为例介绍了电网互动业务在用户侧电力物联网环境中的执行过程。文章同时提出了用户侧物联网信息交换接口的标准化需求，以满足电网运行及需求侧管理过程中信息交换的需要。
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  基于共享储能电站的工业用户日前优化经济调度

  李淋，徐青山，王晓晴，凌静，孙海翔

  电力建设. 2020, 41(5): 100-107. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.012

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  文章提出一种基于共享储能电站的工业用户日前优化经济调度方法。首先提出共享储能电站的概念，分析其商业运营模式。然后将共享储能电站应用到工业用户经济优化调度中，通过协调各用户使用共享储能电站进行充电和放电的功率，实现用户群日运行成本最优。最后以江苏省3个工业用户进行算例仿真，与用户不配置储能和用户独立配置储能场景对比，得出引入共享储能电站可以显著降低用户群日运行成本，并对储能电站年服务费收益、静态投资回收年限和投资回报率与共享储能电站服务费定价间的关系做进一步的研究。
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  一种评估近海风能资源稳定性的新指标

  黎季康，李孙伟，李炜

  电力建设. 2020, 41(5): 108-115. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.013

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  风电是全球新能源的重要组成部分，风能资源评估也有许多方法和指标，以往风能资源评估的研究多注重于资源丰度。事实上，对于海上风电场的选址，除了关于资源丰度的考量之外，风电机组是否能够连续稳定地发电也是涉及到风电机组工作的长期可靠性和并网发电调节难度的重要参考。为此，一种新的评估风能资源的指标--连续系数被提出，以衡量典型海上风电机组连续额定发电的能力。在实际工程应用中，连续系数能够结合风速分布和风电机组特性，从发电的连续性、稳定性方面评估风场的优劣，可用于风电场宏观选址、可行性研究等。通过一个我国南海的算例，说明了上述连续性指标是对风能资源丰度类指标的有益补充，能够更好地体现某地区海上风力发电的优缺点。同时，新引入的连续性指标也发现了其他指标忽略的可行风电场选址地点，即风能资源丰度一般，但是能够持续稳定发电的地区（中沙群岛东北方向）。
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  #br# 协调柔性负荷与储能的交直流配电网经济优化调度

  张志荣，邱晓燕，孙旭，任昊，张明珂

  电力建设. 2020, 41(5): 116-123. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.014

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  由于配电网中可再生能源和直流负荷逐渐增加，直流配电网的发展受到重视，关于交直流配电网优化调度的研究成为重要课题之一。为了促进可再生能源消纳，协调交直流两侧运行状态，降低配电网运行成本，将柔性负荷分为可转移负荷和可削减负荷，同时考虑储能参与优化调度的影响，计及交/直流线路损耗、储能和换流站损耗，通过调度分布式电源、储能系统以及电压源型换流器的输出功率，以购电费用、弃风弃光惩罚费用、网损费用、柔性负荷调度成本之和最小为优化目标，基于二阶锥松弛、分段近似线性化等技术，建立交直流配电网经济调度模型。最后在50节点算例系统上仿真分析，结果验证了所提优化调度方案的有效性和合理性。
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  MMC型换流器双极故障电流影响因素分析及其优化

  张明奇，刘麒麟，张英敏

  电力建设. 2020, 41(5): 124-132. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.05.015

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  针对采用模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的柔性直流输电系统的双极短路故障，在建立单端故障电流表达式的基础上，详细分析了换流站级控制、阀级控制、换流站运行水平对故障电流的影响。利用反证法，通过理论计算与仿真验证相结合的方式，得出故障发生后6.0 ms内，站级控制不影响故障电流，阀级控制对故障电流有非线性影响，运行水平影响故障电流增长速度与峰值时间等结论。根据所得结论，提出了可以限制故障电流水平的阀级控制优化措施。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建四端MMC模型，验证了所提优化措施的有效性。