中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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能源电力行业具有参与主体多、业务流程长、分布区域广等特点,导致数据孤岛严重、信用传递困难以及交易风险突出等问题。区块链具有公开透明、可追溯、防篡改、去中心等技术特性,使其在能源电力行业的广泛、深入应用成为必然趋势。文章首先分析了区块链技术在能源电力行业的适用性,进而提出了一种能源区块链应用体系架构;然后,在对现有研究进行梳理总结的基础上,详细介绍了2020年初已经落地的典型业务应用场景,针对每个场景描述了基于区块链技术的业务架构及应用成效;最后,对业务应用场景的发展前景进行展望和分类,分析了当前区块链在能源电力行业落地应用中存在的问题,并提出了针对性的发展建议。
文章针对电动汽车充放电交易中车主与服务商之间缺乏信任,大量电动汽车无序充放电造成电网峰上加峰的问题,提出基于电动汽车联盟链的互信交易架构和调度策略。首先,引入区块链中白盒密码、智能合约、阻塞管理对电动汽车链上交易机制执行过程进行分析;然后,搭建了电动汽车双层优化调度模型,外层针对鼓励低电价充电时产生的新充电高峰问题,建立基于区块链的电动汽车出行诚信度模型,综合考虑负荷方差和用户诚信度,优化分时电价定价策略,并将优化后的电价曲线输出到内层模型;内层针对偏差电量消除成本较高的问题,利用电动汽车的移动储能特性,实现供求自平衡。最终采用含激励机制的差分进化演化博弈组合算法进行求解,通过算例仿真验证了所提策略的有效性。
在非理想电网条件下,对共交流母线充放电系统的小信号建模和稳定性分析进行深入研究。首先,基于dq轴线性化方法,建立了考虑电压环、电流环及锁相环(phase locked loop, PLL)影响的三相AC/DC变换器交流输入阻抗矩阵,并对阻抗特征及影响因素进行深入分析。其次,基于广义奈奎斯特判据(gneralized Nyquist criterion, GNC),推导出充放电系统的降阶阻抗稳定性判据;再次,分别从充电和放电角度,以定性和定量的方式给出了系统可稳定接入的最大充放电功率,用于指导系统的参数设计。最后,通过理论分析和仿真验证,证明了所建立的dq坐标系阻抗模型、稳定判据及稳定性分析结论的正确性。
电动汽车作为一种新型交通工具,其充放电优化问题得到越来越广泛的关注。论文提出一种基于用户出行模拟的电动汽车光储充一体式直流快充站优化调度方案。首先结合用户出行链概念,基于城市道路网络和改进的路阻函数模型,运用实时路径搜索算法和基于模糊理论的用户充电方式选择方法对一天内城市电动汽车充电负荷的时空分布进行预测;然后以预测结果为基础,以用户“充电贴合度”指标最大的原则将区域充电负荷落实到建设在特定节点处的充电站,接着以站内综合运行成本最小为目标,在满足设备功率、用户出行需求和储能电池状态等约束的条件下,构建优化调度模型。最后将优化方案与仅需满足设备功率平衡且电动汽车用户以额定功率随到随充的常规调度方案进行比较,结果显示,论文所提优化调度方案能够较大限度地降低充电站的运行成本,具有推广应用价值。
由于远离大陆,独立海岛上的微网多运行于孤岛模式,不与配电网发生功率交换,微网内部实现电力供需平衡,同时,电动汽车充电需求的接入给孤岛微网的可靠运行带来了影响。提出了一种计及电动汽车充电需求的孤岛微网可靠性计算方法。首先,通过模拟用户的出行行为建立了基于出行链理论的电动汽车充电负荷模型,计及风电和储能特性提出了微网运行策略和负荷分块削减策略。其次,考虑电动汽车充电需求,提出了年均充电中断次数、系统平均充电可用性等新型指标,构建了与传统配电网有差异的微网供电可靠性评估体系。最后,对改进的RBTS Bus6馈线F4系统进行了可靠性评估。算例结果表明,微网运行策略和电动汽车充电需求对孤岛微网的供电可靠性影响显著。
全球能源互联网(Global Energy Interconnection,GEI)旨在通过建立洲际输电走廊来实现可再生能源发电在全球范围内的自由调度。研究表明,GEI愿景可有效促进全球去碳化。然而,各地区电网的现有发展计划分别以独立的愿景为基础框架,其与GEI的兼容性尚不清晰。文章旨在讨论由欧洲输电网运行商联盟(European Network of Transmission System Operators for Electricity, ENTSO-E)提出的欧洲电网发展十年计划(Ten Years Network Development Plan, TYNDP)与GEI愿景的兼容性,提出一种结合电力系统技术经济分析模型和社会经济决策支持工具的多准则优化方法。通过该方法,在充分考虑环境、社会和政治因素的影响下,对GEI跨洲互联通道在欧洲电网本地的落脚点进行优化配置,并计算了2030年和2050年GEI情景下欧洲电网规划模型内部的最优潮流。结果显示,在GEI情景所预测的高负荷水平下,斯堪的纳维亚地区和欧洲大陆之间将出现分布广泛的阻塞,从而限制来自北极地区风电向欧洲大陆的调度。研究认为,GEI的发展与实施需要各地区电网间的密切配合。
国家电网有限公司将“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”作为战略目标,提出“不断提升绿色电气化水平”和“推动能源互联互通”等重要举措,使得具有不同经济发展路径和能源禀赋约束的城市配电网呈现出新一轮跨越式、差异化发展,研究预判这种发展形态变得十分迫切。为此,采用SWOT(strengths weaknesses opportunities threats)技术分析了表征城市配电网运行状况和未来格局特征的相关指标,从供电质量、电网结构、装备水平等7个方面建立评估指标体系,再利用云物元理论在配电网评估中的优点,基于形态划分标准将目标划分为示范、高级、中级、低级与初级5个形态,最后按照配电网实际发展水平由高到低选取3个代表性城市北京、苏州与衡水进行实证分析。结果表明,苏州、北京配电网同处于示范形态,但后者绿色电能消纳能力弱于前者;衡水配电网各项指标均较落后,处于中级形态。
储能系统作为微电网中不可或缺的重要组成部分,对保证微电网的稳定运行和提高微电网电能质量具有重要作用。提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的超导磁储能系统(superconducting magnetic storage system,SMES)储能变流器控制策略,利用LADRC能够估计并补偿系统扰动,可有效改善储能系统输出电能质量和提高系统鲁棒性。通过对LADRC和比例积分(proportional integral,PI)控制系统进行频率响应特性分析可知,一阶LADRC的反馈补偿器可以等效为一个PI控制器串联一个一阶低通滤波器,能有效抑制系统高频噪声;同时使用根轨迹法分析了LADRC控制系统的稳定性和鲁棒性。MATLAB仿真结果表明,基于LADRC的SMES储能变流器控制策略具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强等优点,其控制效果和鲁棒性均优于传统PI控制器。
光伏电源接入配电网后,会引起并网点附近的电压抬升,严重情况下导致电压越限。为了解决该问题,提出了在利用光伏逆变器的无功功率调压的同时,在配电线路中串联可调电抗器,以提高无功功率调压的能力和灵敏度。文中分析了电压抬升的原因以及光伏逆变器和串联电抗器在电压调整中的作用,得到电压降和串联电抗值与逆变器无功功率的关系;充分利用光伏逆变器无功能力,以有功线损最小为目标函数,找到最优的串联电抗器配置方案。最后,采用新疆某线路的实际算例,仿真分析了光伏逆变器无功能力的局限性,验证了该方法的有效性。
针对配电系统中存储的线变关系记录与实际运行情况不一致问题,基于能量守恒定理,从满足电量约束以及尽可能降低中压线路线损率波动幅度的角度出发,文章将配网线变关系智能识别问题转化为中压线路和配电变压器之间的组合优化问题,进而提出了一种配网线变关系识别模型。此外,为加快求解速度和提高识别准确率,通过合并电压波动相关性较高的配电变压器进行降维优化,之后采用分支定界算法进行求解。最后,基于用电信息采集系统获取的量测数据,利用MATLAB和CPLEX编程对所提方案进行实例分析,分析结果验证了识别方案的可行性和有效性。
文章提出了一种基于柔性负荷调度优化的微能源网与用户多目标演化博弈模型。综合考虑微能源网与用户优化目标要求以及相关约束条件,以微能源网收益最大、能源利用效率最大和用户用能支付成本最小、用能满意度最大为博弈双方目标函数,并利用模糊双目标法针对参与者双方不同量纲的双目标函数进行归一化处理。在博弈过程中用户通过柔性负荷的调度来调整用能策略,微能源网侧再根据用户用能行为调整售能价格,最终达到演化稳定状态。通过建立不同场景进行算例分析,结果表明所提出的考虑柔性负荷参与的微能源网与用户演化博弈模型不仅增强了综合能源系统的灵活调节能力,缓解了用能高峰时期供应紧张问题,而且明显提高了能源系统利用效率和微能源网综合收益,在一定程度上降低了用户支付成本,提升了用户的用能满意度。
冷热电联产(combined cooling, heating and power,CCHP)微网系统能够实现能源的梯级利用,在提高能源利用效率的同时可以促进可再生能源消纳。文章综合考虑CCHP微网在电力市场环境下运行的特殊性和风光可再生能源出力的不确定性,建立两阶段鲁棒优化模型,提出了一种计及储电和储热综合储能系统的CCHP微网调度策略。算例结果表明考虑不确定性的鲁棒优化运行策略可以有效降低可再生能源出力偏差,提高CCHP微网运行成本的风险,并且可再生能源的预测与实际出力偏差越大,效果越明显。
在电力市场环境下,售电公司根据用户的负荷特性,进行用户负荷的组合优化可以降低售电公司的购电成本,从而提升售电公司效益。针对售电公司如何根据电力负荷的互补性、多样性整合优化用户资源的问题,从降低购电成本,提高售电公司效益角度,首先分析了负荷率对购电成本的影响,接着基于用户综合负荷特性,构建售电公司初步负荷组合优化模型,再进一步考虑了用户可转移负荷,对用户的组合负荷特性进行优化,最大化售电公司售电利益,最后根据某市2019年工业用户群组负荷数据,对提出的模型进行仿真分析,并对研究实施的软件功能架构进行了设计。
输配电价改革对于省级电网前端规划提出了更高要求。基于输配电价改革要求,构建省级电网不同类型规划投资项目单位产出效率效益指数模型,并综合考虑历史规划项目优选的叠加影响、各类项目相对重要度和规划目标约束,构建基于效率效益指数模型的省级电网投资分配和优选模型,基于风险指数模型剖析影响效率效益指数的关键不确定性指标。通过与传统方法及输配电价核心监管参数进行比较,验证了方法的有效性。结果表明,提出的方法在新形势下评估各类项目效率效益合理性方面优于传统方法,且电量、资产是电网投资效率效益指数主要影响指标,与输配电价监管核心参数一致,此外,电网公司应重点关注满足新增负荷、加强网架和变电站配套送出类项目。
风电接入规模的不断扩大加大了电力系统的波动,使得电网需要配置更多的旋转备用(spinning reserve,SR)抑制电力系统波动与电网等效负荷预测偏差,传统以固定比例配置常规机组旋转备用容量的方法经济性差且未考虑系统内其他资源。考虑辅助服务市场进一步开放以及可中断负荷特性,将可中断负荷与常规机组一同参与辅助服务市场,文章提出了一种考虑可中断负荷的旋转备用双层优化方法。该方法以时间为尺度,上层优化日前协议签订的容量成本,下层优化日内实时调用成本,构建优化总期望成本的双层优化目标函数,基于序列化建模思想将系统等效负荷预测偏差离散化得出相应决策期望值,通过商用软件CPLEX求解目标函数获得各时段可中断负荷与常规机组最优备用容量。最后以新疆某地区实际运行数据进行算例分析,验证所提方法的可行性。
