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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数据中心是用户侧重要的灵活性资源,通过对其合理调度与引导需求响应可有效提升数据中心对分布式可再生能源发电的就地消纳能力,进而为实现中国的“双碳”目标提供支撑。在此背景下,文章研究了促进可再生能源发电消纳的数据中心优化调度与需求响应策略。首先,考虑数据中心用能特性,建立包含数据中心能耗与用户服务质量要求的数据中心常规运行模型。接着,基于延迟容忍型工作负荷的可调度特性,提出数据中心面向用户侧的可再生能源补贴机制,以促进用户数据服务需求向可再生能源发电出力高峰时期转移。然后,引入绿色证书机制,以数据中心运行成本最小、环保效益最大为目标,建立数据中心日前最优的运行调度模型。最后,以某典型数据中心为例,对文章所提方法的可行性进行验证;仿真结果表明,所提出的数据中心优化调度与需求响应策略可以有效调动数据中心及其用户的需求响应潜力,提升数据中心对可再生能源发电的消纳能力,从而实现碳减排。
在碳中和背景下,快速响应的天然气机组以及新型储能系统将在电力系统中起到至关重要的作用。然而由于天然气机组的燃料成本较高,在电力市场中将面对金融风险。为燃气机组设计了在电力金融市场和现货市场中的资产组合运营策略。利用金融衍生品(包括销售看跌期权、购买看跌期权和销售看涨期权) 和储能设备 (包括电转气和电池)来赚取额外收益从而规避电价波动的风险。对于销售看跌期权而言,考虑了电转气和电池的使用。最后用均值-方差理论来求解三种期权的最优投资比例。算例分析证实了所提风险管理策略能够帮助天然气机组更好地在电力系统低碳转型中发挥作用。
为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO2作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。
聚焦碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)新兴低碳技术,介绍了近年来国外主要发达经济体的政策发展情况,另外着重从国家、地方政府层面入手对我国相关政策或规划进行了整理分析。过去10余年间,系列政策的适时发布有力促进了我国CCUS的布局与发展,技术目前总体处于工业示范阶段。然而,相较美国、欧盟等发达经济体,我国CCUS技术能力与项目规模仍有一定差距,并存在财税激励或补贴政策尚未出台、法律法规与标准体系建设缓慢、产业链布局不完善和国际合作话语权不强等主要不足。建议立足我国实际国情,在总结借鉴国外CCUS良好政策与实践经验的基础上,加快推动低成本、低能耗、安全可靠的CCUS关键技术研发与产业集群建设,深化国际合作,逐步建立产业发展主导优势,助力“双碳”目标实现。
混合级联型海上风电直流外送系统具有高压、大容量、投资成本低等优势,但其并网稳定性问题一直备受关注,而系统阻抗建模是分析稳定性的基础。基于电压源型换流器(voltage-source converter,VSC)与二极管整流器(diode rectifier units,DRU)的混合级联型海上风电直流外送系统,建立了VSC-DRU混合级联换流站的详细数学模型;为实现直流外送系统中有功功率主动分配和交流集电系统电压稳定,研究了含滤波电容电流反馈的VSC功率-电压调节控制策略;采用小信号扰动方法,考虑锁相环输出相角调节、有源阻尼控制及功率控制影响,推导并分析了闭环控制下VSC-DRU混合级联换流站的详细阻抗模型,为研究系统稳定性提供了依据。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提控制策略具有良好的功率-电压调节性能,并通过频率扫描法验证了所建详细阻抗模型的正确性。
针对三级式电力电子变压器(power electronic transformer,PET)中间隔离级DC-DC变换器双侧的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制存在的问题,提出了基于价值函数独立的模型预测控制(model predictive control,MPC)的MMC控制方法,对多个控制目标分别建立独立的价值函数,无须配置MPC中价值函数的权重,解决了价值函数的权重配置难问题,且减小了MPC的计算量。另外,针对现有的三级式PET中间隔离级的DC-DC变流器可靠性低、灵活度差、适应范围较小等问题,设计了基于MMC的PET中间隔离级DC-DC变换器拓扑,通过采用双高频变压器的结构,提高了供电的灵活性,实现了PET不间断供电能力。最后搭建系统模型平台,并通过实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。
新能源大规模并网会给电力系统的动态安全稳定带来新影响,因此新能源的安全、稳定、高效利用是能源未来的发展方向之一。不同种类的新能源对电力系统的暂态稳定影响各不相同,采用“域”的分析法能够较好地解决这一问题。首先,提出了基于改进的动态差分进化-内点法(dynamic differential evolution-interior point method,DDE-IPM)进行动态安全域构建和分析,该方法与传统方法相比,具有速度快、误差小、准确率高等优点。其次,在DIgSILENT/PowerFactory进行时域仿真,对故障下不同种类新能源、不同渗透率下系统动态安全域进行校验,并分析系统在不同渗透率下的低电压穿越能力,得出以下结论:在系统各新能源渗透率下,系统的动态安全域超平面具有平行的性质且边界距离与新能源的容量增量成正比;新能源的补偿设备对系统的暂态安全性在一定范围内起到支撑作用,系统的动态安全域有所外扩;系统风电机组和光伏电站均满足并网运行的低电压穿越能力。
电器级负荷的实时信息辨识是实现负荷控制类需求响应以及用户侧自趋优运行的前提。为满足智能用电网络辨识后自动进行精准控制的应用需要,提出了电器级负荷状态与类型在线辨识技术,以期快速、准确且高可扩展地为智能用电网络的调控提供信息基础。智能用电网络的大量终端可提供电器级低频数据的实时测量结果。基于此,采用改进双边累积和分段算法以及隐马尔科夫模型对电器状态进行实时辨识,实现对应电器实际工况的状态序列提取;对电器类型采用基于支持向量数据描述的单分类方法进行高扩展性在线辨识。以居民和办公楼宇等应用场景搭建智能用电网络,实证结果表明所提方法具有较好的准确性、实时性和扩展性。
随着需求响应(demand response,DR)业务及“源-网-荷-储”互动调控的发展,越来越多需求响应终端接入电力网络,需要针对需求响应终端受到分布式拒绝服务(distributed denial of service,DDoS)攻击行为进行预测与防御技术研究。针对当前电力系统网络攻击研究,重点考虑攻击流量自相似特征,提出了一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络相结合的双重检测方法。首先通过集合经验模态分解攻击流量提取模态特征;其次基于改进的LSTM神经网络进行攻击检测;最后进行仿真实验及对比分析,EEMD-LSTM神经网络的检测方法与传统LSTM检测方法相比具有更好的动态性能,有效提高了DDoS攻击检测精度。
负荷频率控制对维持孤岛微电网的稳定运行有着至关重要的意义。针对微电网受到强随机扰动和网络拓扑参数改变时的频率控制问题,文章提出了基于深度Q学习(deep Q-learning, DQN)的含电动汽车孤岛微电网负荷频率控制策略。首先,建立了考虑用户充电行为随机性的集群电动汽车频率控制模型,从而搭建出包含光伏、风电、微型燃气轮机、电动汽车及其随机功率增量约束的微电网负荷频率控制(load frequency control, LFC)模型。其次,设计了基于DQN的频率控制器结构,并依次完成了状态空间、动作空间以及奖励函数的定义,并通过调节得到了最优超参数。最后,仿真结果表明,与PI控制、FUZZY控制相比,文章所提出的DQN控制器具备在线学习和经验回放能力,能更有效地应对强随机性的微电网LFC问题,同时也能更好地适应系统网络拓扑参数与结构改变的复杂运行工况。
作为“碳达峰,碳中和”目标实现的重要部分,电力系统的低碳化转型始终是中国能源行业的关键问题。为了更好地实现能源资源的优化配置和低碳目标的顺利实现,建立了基于多阶段随机规划和多区域电源结构规划的中国未来电源结构发展规划模型。模型以规划期内总成本的期望值最小为目标,计及电力电量平衡、调峰平衡、区域互联等多方面约束条件,并引入了序贯决策所需的非预期约束条件使得规划结果集在多个不确定场景下分别达到最优,更好地模拟未来发展决策过程。考虑中国未来负荷和用电量增长的不确定性,文章对2020—2060年中国电源装机结构和发电结构进行规划,预测和分析了中国未来电源的发展和演进情况。
随着能源市场的发展,大量新兴市场主体参与竞争,区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)源荷间日渐复杂的利益耦合关系给制定有效的协同优化策略带来困难。因此,文章提出基于分布鲁棒博弈的RIES源荷协同优化策略,将RIES运营商作为领导者,用户作为跟随者,建立考虑供能侧风电不确定性的主从博弈模型。该模型中,领导者考虑收益最优,建立计及风电不确定性的热电联供型RIES数据驱动分布鲁棒决策模型,跟随者依据分时能源价格建立考虑用能替代行为的综合效益优化模型。为了简化求解所提分布鲁棒博弈模型,采用卡鲁什·库恩·塔克条件(Karush Kuhn Tucker,KKT)把跟随者模型等效为均衡约束加入领导者决策模型中,将双层博弈模型转化为单层分布鲁棒优化模型;然后,运用McCormick方法线性化领导者目标函数中的双线性项;最后,采用列和约束生成(column and constraint generation,C&CG)算法求解。实验结果证明,该策略能在满足用户利益诉求的同时通过能源价差引导用户合理用能,有效应对风电出力不确定风险。
针对分布式风电、光伏并网对电网调度运行的影响,利用光热电站(concentrating solar power plant,CSP)出力可调的特点,联合储能电池构建包含风电、光伏、光热及储能电池的多能源虚拟电厂(virtual power plant,VPP)。根据光热及储能电池特性,基于分时电价制定运行策略,以各时段净收益最大为目标,建立虚拟电厂两阶段优化调度模型。在日前调度中,综合风光预测出力,考虑分时电价和光照因素,优化光热出力,制定申报出力计划;在实时调度中,光热通过储热装置充放热对风光出力偏差进行修正,储能电池辅助光热对偏差进行调节,并采用自适应粒子群算法优化各单元出力。最后,通过仿真验证所建模型合理性及运行策略可行性。结果表明采用光热和储能电池联合调节,可有效降低虚拟电厂实时出力跟踪申报出力偏差,提高经济效益。
作为“新基建”和“电网数字化”的前沿阵地,“多站融合”充分利用整合资源,融合建设多种新型基础设施,既能响应“互联网+”战略及数字强国建设,又可开拓能源共享互济新业态。文章聚焦电网数字化转型中的多站融合项目,构建了一个在多业务场景下进行经济-环境-社会效益分析的系统动力学模型;并基于多业务场景,模拟仿真不同情境下单个多站融合项目经济效益、环境效益和社会效益的变化趋势。结果表明:1)在经济效益中,不同的业务在一定条件下均能够取得满足预期的经济效益;2)环境效益是多站融合中能源类业务的“引致效应”,可辅助提高废物废气的减排效率;3)社会效益主要体现于土地资源、能源资源和人力资源三方面社会资本的节约。文章证明了该经济-环境-社会效益分析模型的科学性和有效性。
提高能源的利用效率是能源综合服务站建设的主要目标之一,为了反映能源综合服务站能源利用、转换、损耗的特征,文章首先从宏观能效、微观能效、能源经济3个方面考虑,提出了能源利用率、可再生能源利用率、EV充电站能效、数据中心能效、能源经济成本、经济发展适应性6个评估指标,建立了能源综合服务站能效评估指标体系。其次,利用加权有向图模拟能源综合服务站内部能流情况,提出系统能量流的计算方法及能效评估方法。最后,以某能源综合服务站为算例,建立能源综合服务站评估场景,利用所提方法对系统进行综合能效评估。结果表明,文章所提模型与评估方法可反映系统内能源利用情况,适用于系统能效的预评估,对能源综合服务站的规划运行具有参考意义。
