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2020年, 第41卷, 第7期 
刊出日期:2020-07-01
  

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  • 电力建设. 2020, 41(7): 0.
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  • 能源互联网环境下电力系统安全可靠、经济运行 ·栏目主持 黄涛研究员·
  • 原吕泽芮,顾洁,金之俭
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    物联网技术渗透到电力系统所形成的电力物联网承载着海量数据流,通过电力业务数据化和电力网络信息化,促进电力数据业务化目标的实现。目前电网基于云计算的集中式数据存储与处理,使得海量细粒度的用户侧数据无法得到有效应用。基于此,文章提出了基于云-边-端协同的用户侧数据应用框架,以打破由于计算资源有限而导致用户侧与电力系统的交互壁垒。利用边缘计算与云计算的互补性,以预测预警、分类聚类和需求响应3类用户侧基础数据应用为例,设计了用户侧数据应用框架,以期实现自下而上和自上而下的双向数据流、业务流的协同循环,从而达到对用户侧数据进行广而深的价值挖掘的目标。最后,从物理层、平台层和业务层3个维度对实现该框架的关键技术进行了分析与总结。
  • 姜达军,吴福保,王麒云,张艳军,孙黎霞,吴英俊
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    基于云计算的调控云具有信息感知全面、处理效率高、应用便捷灵活等特征,与以高度智能化为趋势的未来电网调度非常契合。文章提出了依托云计算调控云系统的风储鲁棒调度优化方法。首先,利用调控云对风电场群的年实际出力大数据进行聚类分析;其次,基于风电典型出力场景集划分形成风电功率修正曲线;然后,基于调控云功率修正曲线提出了风电、储能和常规机组联合鲁棒调度方法;最后,通过IEEE 39节点系统仿真,验证了文章所提方法可有效降低调度成本和弃风成本。
  • 庞传军,牟佳男,余建明,武力
    电力建设. 2020, 41(7): 17-24. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.003
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    基于电网运行指标的态势感知是未来主要电网调度模式,电网运行异常识别是态势感知的重要内容。首先,从大电网调控运行需求出发构建了全面反映电网运行情况的综合指标体系;然后,采用由长短期记忆单元组成的自动编码机构建指标异常识别模型,在缺少电网运行指标异常数据的情况下,采用无监督的方式从电网正常运行状态下指标历史数据中学习指标的内在模式;最后,基于模型的重构误差分布提出了反映指标偏离正常状态的异常分数。将电网运行指标实时数据送入训练后的模型进行重构,当存在异常时会产生较大的异常分数,根据异常分数识别电网运行指标异常。实验结果表明,当电网运行指标出现异常时该模型可以根据异常分数进行有效识别,从而帮助电网调度人员及时感知电网运行风险,及时采取控制措施保障电网运行安全。
  • 低惯性电力系统分析与控制 ·栏目主持 文云峰副教授·
  • 孟建辉,张赟,范莹,王毅,赵彭辉,宋美琪
    电力建设. 2020, 41(7): 25-32. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.004
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    相较于交流电网,直流微网结构简单、效率高,且能够更好地消纳光伏、风电等分布式新能源,但其几乎不具有惯性。通过对端口换流器施加虚拟电容控制策略,使其可模拟电容充放电特性,能够改善直流电压质量,增强直流微网稳定性。但该控制方法对系统惯性提升机理暂不明确,虚拟电容控制策略所虚拟出电容值大小等问题也有待进一步探究。据此,类比于交流电网在负荷突变瞬间发电机按照惯性大小分担负荷的特性,提出直流微网中各端功率调节初期按照端口电容值比例进行分配,并在此基础上提出基于虚拟电容控制策略的等效电容计算方法,探究虚拟电容与等效电容间的对应关系。最后,搭建了控制器级的硬件在环测试平台,验证了虚拟电容控制策略的有效性、直流微网功率调节分配依据及所提等效电容计算方法的正确性。
  • 孙蓉,吕振华,廖星星,陈兵,王锐,朱晨宸,卫志农
    电力建设. 2020, 41(7): 33-41. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.005
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    规模化新能源接入使得电网惯性降低,进而给系统频率和电压安全稳定带来更大的挑战。为了解决上述问题,提出了一种计及频率的基于广义半不变量法的电网概率潮流分析方法。首先构建了计及频率的电力系统潮流模型,并通过规则藤Copula模型拟合出新能源出力的概率分布。其次,针对计及频率的潮流模型输出变量的不确定性,提出了基于半不变量法的概率潮流计算方法,从而定量得到状态变量的概率密度函数。由于规模化新能源接入导致常规半不变量法线性化误差增大,进而提出广义半不变量法来克服这一难题。最后,采用最大熵法拟合状态变量的概率分布曲线,并通过某地区实际电网算例验证了所提方法的准确性和实用性。
  • 智能电网
  • 赵金鑫,苗虹,曾成碧
    电力建设. 2020, 41(7): 42-48. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.006
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    低压微电网中,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)策略控制多台逆变器并联运行时,由于线路阻抗差异较大,无法实现输出功率的按容量精确分配。针对这一问题,文章提出一种改进的VSG控制技术,在无功电压控制环中引入公共点电压反馈和积分环节,消除线路阻抗对无功分配的影响;并在虚拟阻抗环引入无功功率反馈,根据系统运行情况实时调整虚拟阻抗的阻值。在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型,仿真结果表明,所提改进控制策略实现了有功和无功功率的精确分配,降低了逆变器输出电压幅值跌落,并且具有较强的鲁棒性。
  • 李恒强,王骏,蒋星燃,匡仲琴,徐石明,杨永标
    电力建设. 2020, 41(7): 49-57. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.007
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    随着我国经济结构的调整,不断攀升的空调负荷成为第三产业和居民用电量增长、电网峰谷差拉大和负荷特性恶化的主因,同时随着电力能源的清洁发展,将空调负荷调控纳入电网调峰辅助服务,有利于改善电网负荷特性、促进电网安全稳定经济运行。文章首先基于已有空调负荷基本模型,从中央空调功耗特性出发,构建了中央空调调控策略及其定量决策模型;接着,基于中央空调调控策略,从调度特性指标及其量化分析与中央空调调度出力控制等方面,建立了便于调峰调度的空调负荷虚拟机组(air-conditioning load virtual power plant ,ACVPP)模型;最后,以算例仿真验证了中央空调调控策略的有效性及ACVPP模型的出力效果。
  • 方朝雄, 吴晓升,江岳文
    电力建设. 2020, 41(7): 58-66. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.008
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    随着风电和负荷的不断发展,输电阻塞、弃风和运行安全等问题对电网规划提出了新的挑战。储能系统具有响应速度快、配置方便灵活、适用范围广等优点,在风电消纳、缓解输电阻塞、系统安全运行中发挥着重要作用。为提高电网输电能力和抗扰动能力,结合系统故障后的暂态运行特性,在规划和运行层面综合考虑电网输电能力、弃风水平和暂态稳定性,以系统建设运行指标和系统稳定指标为多目标建立双层网储联合规划模型。外层模型为考虑储能系统选址定容规划的多目标模型,内层模型为考虑机组组合问题的输电网扩容模型。为提高求解效率,将扩容线路潮流约束、储能系统充放电模型、机组发电成本曲线等进行线性化处理。采用NSGA-Ⅱ算法和GUROBI求解器求解所提模型,并利用改进Garver-6 节点系统进行算例分析,在不同场景下验证了所建模型的有效性和合理性。
  • 黄家祺, 张宇威,贺继锋, 颜炯,朱旭,杨军
    电力建设. 2020, 41(7): 67-74. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.009
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    近年来,以风电、光伏为代表的分布式能源发展迅速,然而其出力的不确定性可能会导致出力严重偏离预测值,出现极端恶劣的场景,从而给配电网规划工作与可靠、稳定运行带来挑战。在上述背景下,文章以适应分布式能源以及负荷的不确定性为目标,以分布式电源的接入位置、安装数量以及新建线路为投资决策内容,提出了一种考虑极限场景的配电网鲁棒扩展规划方法。首先建立了配电网双层规划模型,通过大M 法和二阶锥松弛将非线性模型转化为混合整数线性模型;其次,采用极限场景法处理随机变量,建立了基于极限场景法的配电网两阶段鲁棒规划模型;然后,采用了基于极限场景法的列和约束生成(column and constraint generation,C&CG)算法进行求解;最后,仿真算例表明,文章采用的鲁棒规划方法可以增强配电网在极端情况下的普遍适应能力,提高了配电网的可靠性和经济性。
  • 申洪明,肖智宏,刘颖,高旭,王紫琪,李铁臣,杜娜
    电力建设. 2020, 41(7): 75-81. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.010
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    大量电力电子器件的应用使得交流系统的故障特性发生了较大变化,现有保护配置方案面临严峻挑战。首先分析了纯交流系统、直流输电系统、新能源并网等不同场景下交流线路故障暂态电流波形特征,进而利用相关系数进行暂态电流波形辨识,构建了新型保护原理与配置方案。最后,分析了新型保护方案对互感器、采样频率、数据窗长的配置要求。新型保护配置方案普适性强,出口速度快,实现简单。基于EMTDC/PSCAD仿真与样机测试结果验证了分析结论的正确性。
  • 能源互联网
  • 张浩禹,邱晓燕,周晟锐,赵有林,李凌昊,张楷
    电力建设. 2020, 41(7): 82-91. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.011
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    多个综合能源系统间通过电能交互能有效提高系统风电消纳水平,寻求考虑风电不确定性下的多区域能量管理最优策略成为必要的研究工作。针对风电的随机出力特性和区域间电能传输的安全可靠性问题,将随机优化与分层协调技术相结合,建立了基于机会约束目标规划的多电-气互联综合能源系统分布式优化模型。首先,对单个电-气互联综合能源系统精细化建模,从系统经济性出发,引入区域间联络线灵活性机会约束。进一步,采用二阶锥松弛和确定性等价方法将该模型转化为混合整数二阶锥规划模型,利用广义Benders分解(general Benders decomposition,GBD)法,将模型分解为主、子问题反复迭代求解。最后,算例表明求解方法具备较好的收敛特性和计算效率,有效保障不同区域内用户信息隐私并有较强自适应性,而且机会约束目标规划模型比传统机会约束具有更好的经济性和灵活性。
  • 魏震波, 任小林,黄宇涵
    电力建设. 2020, 41(7): 92-99. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.012
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    为兼顾区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)中能耗成本、污染排放、风电消纳等多个调度目标,建立了考虑综合需求响应的RIES多目标优化模型。首先,对含电转气、储能系统、热电联产机组等设备的RIES建模,并在区域内引入了具体考虑削减负荷、转移负荷和替代负荷的综合需求响应,旨在削减系统负荷峰谷差。然后,分别建立了以系统用能成本、弃风功率和污染物治理成本最小的目标函数,采用多目标优化方法——以模糊加权规划遍历权值求解帕累托前沿,再根据证据推理决策方法寻找最优调度策略。最后基于典型算例研究,结果表明了所提多目标优化算法能有效在多个调度目标间做出权衡,考虑综合需求响应的RIES在总能耗、环境友好和风电消纳等方面更具优势。
  • 新能源发电
  • 杨蕾,吴琛,黄伟,郭成,向川,何鑫,邢超,奚鑫泽,周鑫,杨博,张孝顺
    电力建设. 2020, 41(7): 100-109. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.013
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    为适应新能源大量接入电网的趋势,基于不同时刻的风速、光照强度、温度等气象条件信息,评估出风光新能源的无功调节容量,搭建了含高比例风光新能源参与调控的电网多目标无功优化模型。为快速获得电网中变压器分接头档位调节、无功补偿设备投切、传统发电机组电压调节以及风光的无功输出等控制措施的帕累托最优解集,采用寻优性能高效的多目标樽海鞘群算法(multi-objective salp swarm algorithm, MSSA)进行无功优化求解。为更客观找出电网线损、电压偏差、静态电压稳定裕度等不同目标之间的折中解,采用改进的理想点法进行多目标最优解集决策。最后,利用扩展的IEEE标准9节点和39节点算例进行仿真分析,并引入传统多目标智能优化算法来进行比较验证。仿真结果表明:与其他2种传统多目标智能优化算法相比,所提算法获得的帕累托前沿分布更广、更均匀;利用改进理想点法进行决策之后,可有效降低电网的线损和电压偏差,同时提高了电网的静态电压稳定裕度。
  • 张楷, 邱晓燕,李凌昊,张浩禹,赵有林,刘梦依
    电力建设. 2020, 41(7): 110-116. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.014
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    随着电力系统中风电渗透率逐渐增加,大规模并网时有可能引起电网电能质量变差、电力系统失稳,甚至电压崩溃。文章提出了一种在含风电系统中计及静态电压稳定影响的储能系统配置方案,对潮流雅可比矩阵进行奇异分解,计算全天运行状态下基于最大、最小奇异值的条件数指标,以条件数最大时段数据为基础,利用弱节点判据和发电机参与因子确定系统的关键节点和关键风机,对储能系统配置位置进行选址。建立计及条件数指标约束的总有功功率网损最小的目标函数,对比分析在4种不同情形下储能系统的配置容量,并采用引入收敛因子的粒子群算法求解。最后,以IEEE 39节点系统进行验证,结果表明,在关键节点处配置储能系统所需容量最少,对静态电压稳定控制最有效。
  • 郇嘉嘉,洪海峰,隋宇,余梦泽,潘险险,汪超群
    电力建设. 2020, 41(7): 117-128. https://doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.015
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    提出一种考虑风-光-荷随机性和相关性的概率-区间混合不确定约束潮流模型,并采用基于仿射空间变换的蒙特卡罗法加以求解。首先,基于不确定变量历史统计数据是否充裕2种情形,分别采用概率变量和区间变量描述其随机变化特征;然后,利用Box-Cox正态变换和区间变换对服从不同分布的随机变量进行标准化处理,同时将样本相关系数推广至含概率和区间2种随机变量的不确定分析当中,建立多元(概率-区间)随机变量的样本相关系数矩阵;基于该矩阵,通过Cholesky分解建立仿射空间坐标系,将具有相关性的概率和区间变量映射为仿射随机空间内线性无关的独立变量;最后,由蒙特卡罗模拟法获得系统待求变量的概率和区间分布。IEEE-57和118节点系统的计算结果表明,概率-区间约束潮流模型能定量分析不确定性和相关性对电力系统潮流的影响,有效实现了概率潮流和区间潮流的联合统一,对于指导系统规划运行具有一定的参考意义。