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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分布式电源在主动配电网中大规模接入后,需要对主动配电网进行动态经济调度,以降低主动配电网整体运行成本。由于可再生能源出力具有随机性和不确定性,主动配电网的动态经济调度面临广泛随机性,这对调度策略的可靠性提出挑战。为此,提出一种基于机会约束的主动配电网动态经济调度模型,该模型考虑了分布式电源出力及负荷预测的不确定性。由于该模型无法被直接求解,文章利用凸松弛原理,将原机会约束模型转化为确定性混合二阶锥规划模型。基于IEEE-33节点系统的算例表明,该模型可有效求解出主动配电网的最优经济调度策略,且电压越限率和线路容量越限率被严格控制在给定的机会约束概率以内。此外,算例结果表明所提出基于机会约束的经济调度方法优于传统确定性经济调度和鲁棒经济调度模型。
随着电力网络规模日益增大,多种负荷接入配电网带来诸多稳态电能质量问题。对配电台区电压质量监测数据进行预测,有助于掌握电能质量水平变化趋势,对电能质量预警和治理具有重要意义。为了有效分析稳态指标数据变化规律并提高电能质量水平,文章提出一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络的稳态电压质量指标预测方法,挖掘并利用不同时序数据的关联关系,优化稳态指标预测效果。首先,分析有功功率与电压质量指标的关联性,通过时序相关性匹配用户有功功率数据和实际稳态指标的时间序列特征;其次,用LSTM网络对筛选出的用户有功功率序列和稳态电压质量监测数据之间的关联关系进行建模;最后,利用LSTM模型对福建电网某个区域内稳态电压质量数据进行预测。通过实测数据验证,结合特定用户用电行为因素构建的预测模型,在用户日用电行为相对恒定和发生变化两种情况下,均能够提升稳态电压质量指标短期预测精度,且后者场景下长期预测效果更为显著。
基于并联有源滤波器(shunt active power filter,SAPF)和动态电压调节器(dynamic voltage restorer,DVR),首先,搭建了包含光伏和风机的混合动力系统,用以模拟分布式电源接入配电网中产生的电能质量(power quality,PQ)扰动。其次,利用模糊逻辑、神经网络和自适应神经模糊推理系统控制算法对SAPF的动态性能进行优化,对电能质量扰动进行治理,使用人工智能技术进行管理,使光伏和风能系统均实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)。最后,在搭建的仿真系统中进行验证,线性负载和非线性负载输出侧谐波畸变率分别降至0.20%和2.05%,满足配电系统对于电能质量的要求。
电动汽车(electric vehicles, EV)的大规模接入,给综合能源系统调度带来了机遇和挑战。文章考虑电-热-气混合潮流和电动汽车的调度灵活性,建立了含电动汽车的综合能源系统两层嵌套调度模型,对电动汽车进行分群分层调度,合理制定每辆汽车的充放电策略。调度计划层以调度方案成本最小、能量波动最小和环保性最优为目标函数,采用改进的多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization, MOPSO)算法求解日前调度计划。EV调度层以用户满意度为目标,采用粒子群(particle swarm optimization, PSO)算法制定出各集群的充放电计划,集群内根据动态优先级制定每辆EV的充放电策略。算例分析表明,所建立的调度模型可有效求解含电动汽车的综合能源系统调度问题,且计算维度小、速度快,具有实用性。
综合能源系统(integrated energy system,IES)具有灵活调度和多能互济的特点,针对当前综合能源系统供能可靠性研究尚不充分的问题,提出一种考虑最优负荷削减与热负荷惯性的综合能源系统可靠性评估方法。首先,建立了综合能源系统总停供损失期望指标,充分体现了综合能源系统停供能造成的经济损失;其次,考虑能源品位、负荷重要度、热负荷惯性,建立了故障场景下综合考虑运行成本最小与加权停供负荷量最小为目标的综合能源系统最优负荷削减模型,采用CPLEX软件求解获得电热负荷削减功率和元件设备出力;然后,基于序贯蒙特卡洛模拟原理,设计了综合能源系统可靠性评估方法和流程;最后,通过算例仿真进行验证。算例分析表明,采用最优负荷削减策略和考虑热负荷惯性能够有效提升综合能源系统的可靠性水平。
针对以生物质联供机组为核心的综合能源系统(integrated energy system,IES)在实际运行过程中存在的生物质燃料收集困难、供应不稳定等问题,文章提出了一种考虑生物质供给价格弹性的综合能源系统规划方法。首先,基于生物质收购价格弹性理论建立了秸秆收集成本模型,并将其引入工业园区综合能源系统双层规划中。其次,上层模型以设备规划容量及秸秆收购价格为优化变量,以年化综合费用最小为优化目标;下层模型以设备逐时出力及秸秆消耗量为优化变量,以考虑价格弹性的秸秆收集成本在内的年运行成本最小为优化目标,并采用粒子群算法和CPLEX工具箱进行联合求解。最后,以吉林省某典型工业园区为算例验证了所提规划方法更贴合工程实际情况,具有更加优越的经济性。
随着集成楼宇微网系统的快速发展,温控负荷(thermostatically controlled loads, TCLs)逐渐成为重要的需求响应资源,然而其分布的分散性和响应的不确定性也对集成楼宇微网的调控提出更高的要求。针对TCLs的分布分散特性,文章提出了一种基于楼宇热阻热容(resistance-capacitance, RC)模型的TCLs聚合方案。该方案在对楼宇RC传热模型进行线性化处理后,依据大数定律实现TCLs聚合,可充分计及楼宇建筑的物理结构参数,不但能适应楼宇建筑的差异化建模需求,且方案的计算效率较高。基于此TCLs聚合方案,文章建立了一种适用于集成楼宇微网系统的两阶段鲁棒优化模型,分别对TCLs聚合功率和分布式可再生能源出力的不确定性进行建模,并采用列和约束生成算法进行求解。算例结果表明,所提TCLs聚合方案在各种室外温度和光照强度下都能满足微网调度决策的精度要求;同时,所建立的两阶段鲁棒优化模型能有效减少实际运行下的联络线功率调整量,增强微网系统运行的稳定性和鲁棒性。
如何引导海量分散分布的负荷侧资源参与电网调控运行成为电力系统面临的新挑战,然而目前对于海量异构负荷的协同控制方法尚缺少深入研究。文章提出了一种基于柔性负荷可控裕度的异构负荷集群控制方法。首先,对空调负荷、电动汽车充电负荷、分布式储能建立广义储能的聚合模型。其次,在聚合商-负荷设备层面,针对多类型负荷的异构特性,提出了一种基于可控裕度指标的状态序列化控制策略;在调度中心-聚合商层面,建立了日前-日内的调峰优化模型。在日前阶段,考虑了常规机组的启停计划、电动汽车充电计划和空调的中断计划,建立了以日前系统运行经济性最优为目标的调度模型;在日内阶段,聚合商中的分布式储能进一步应对风电和负荷预测的不确定性。最后,进行了算例仿真,在实现了系统削峰填谷的同时降低了系统运行成本,验证了所提控制策略和调峰优化方法的可行性与有效性。
文章提出了一种自底向上的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)自组织聚合运行调度方法,旨在通过分布式能源(distributed energy resources,DER)间的动态自组织聚合,降低调度过程中的调控量。首先,针对分布式能源的出力特性,以跟踪系数量化评估其与负荷的一致性水平,并给出相关优化调控模型,同时考虑DER具备的基础智能,作为自组织聚合的基础。其次,引入联盟博弈的框架,给出了聚合效用函数及其对应的利益分配机制,并以其作为依据确立了DER的自组织聚合条件。最后,基于Pareto规则提出“聚合-分裂”机制,促进虚拟电厂的有序进化,形成虚拟电厂自组织聚合运行策略。算例表明,所提方法可根据DER出力特性动态组合,其总体调控量与集中优化时相当,相比各DER独立优化则显著下降;其计算量和计算时间,与各DER独立优化时相当,较集中优化显著下降。
针对多源储结构的独立直流微电网,提出考虑多储能系统功率分配的独立直流微电网协调控制策略,以实现源储能源利用率最大化与多储能系统间功率合理分配两方面的平衡控制,提升微网持续供电能力。根据直流母线电压信号将微网系统运行划分为5种工作模式,以协调源储运行,保证光伏能源利用率最大化及储能系统出力充足。同时,直流微电网工作模式切换过程中源储控制器保持不变,并根据当前运行状态自动调节自身运行曲线,维持系统功率平衡和母线电压稳定。其中,基于自适应功率控制的光伏系统控制方法根据母线电压自动调节光伏系统运行点追踪或偏离最大功率点,实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking ,MPPT)模式与降功率模式间的平滑切换。其次,基于荷电状态(state of charge,SOC)的自适应功率下垂控制器根据储能单元自身SOC调节其下垂曲线,实现系统功率在多储能单元间的动态分配,避免过充过放。最后,通过搭建Matlab /Simulink 仿真模型,验证了所提方法的有效性。
断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值。首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响。其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性。研究表明:故障期间风电场侧直流电压与其有功输出正相关,且两端换流站交流阀侧电压产生了一对大小相等、方向相反的直流偏置分量;此外,采用较大的接地阻抗参数可有效降低短路电流对系统运行性能的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了暂态特性分析的正确性与参数选择的合理性,对于大规模海上风电经柔性直流系统并网的规划设计具有一定的指导意义。
现有研究有很多针对多端柔性直流下垂系数的计算方法,但是鲜有基于虚拟电阻的下垂系数计算方法。参考I-V下垂控制策略,提出了一种基于虚拟电阻的P-V下垂控制策略。首先,在放射型直流电网中,分析了换流站直流端口电压与公共母线电压之间的关系。通过设置虚拟电阻得出换流站桥臂电压和直流端口电压的关系,并根据P-V下垂控制策略,推导出基于虚拟电阻的P-V下垂系数计算方法。随后,分析了该下垂系数计算方法存在极限运行状态下无法计算的问题,并提出了对应的解决方法,完善了控制策略。最后,在仿真软件中搭建了一个6端放射型柔性直流电网仿真模型,分别对比例下垂控制、自适应下垂控制和基于虚拟电阻的下垂控制策略进行仿真验证。通过对比发现,提出的基于虚拟电阻的P-V下垂控制策略有直流电压偏差较小、功率分配较为合理的特点。
电力市场的建立使发、输、配、售环节分离,电网规划将面临许多不确定的市场因素,电力市场环境下的输电网规划比传统输电网规划面临更多困难和挑战。文章提出了一种考虑电力交易信号的输电系统双层优化配置模型,上层模型主要考虑投资者的投资成本,下层模型则考虑线路阻塞下节点边际电价(locational margin price)数学模型,并以输电阻塞盈余为目标函数,以节点边际电价信号来引导输电系统扩展规划。针对动态差分进化算法收敛速度较慢的缺点,文章综合了不同更新策略的优势,提出了改进动态差分进化算法求解输电网规划模型。最后,以中国西部某 500/220 kV输电网络为例,仿真结果验证了模型和算法的有效性和可行性。
风力发电具有低碳的特性,可以促进能源行业的减排,然而中国弃风问题依然很严重。为了促进风电的消纳,使风力发电商获取尽可能高的利润,文章建立了综合能源系统日前市场中风电申报与市场出清双层规划模型,风电申报以利润的期望值最大为目标函数,出清模型以社会福利最大化为目标函数,模型对市场机制进行了优化改进,引入碳交易以促进减排。针对风力发电的不确定性,采用场景法进行处理,使计算更加迅速。对提出的模型进行了仿真,探究了市场机制与申报策略对风电商利润及风电消纳量的影响。
随着我国2060年“碳中和”发展目标的提出,我国可再生能源装机容量和装机比例都将快速增长。由于可再生能源的随机性和反调峰特性,电力系统调峰能力不足等问题日益突出,系统安全稳定运行面临极大挑战。需求响应作为灵活性调节资源,其发展有利于提升电力系统运行的安全性和灵活性。当前,我国已在多省开展了各具特色的需求响应试点,随着我国电力市场建设的快速推进,建立需求响应市场化交易机制,实现需求响应与我国电力市场的有机衔接迫在眉睫。文章以需求响应国际发展经验为基础,深入分析了我国需求响应发展现状及面临的挑战,结合我国电力市场建设路径,设计了面向我国电力市场的需求响应市场化交易机制,为我国需求响应发展提供了可行思路。
