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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综合能源系统(integrated energy system, IES)泛涉及电/气/氢/热/碳基燃料/可再生能源等异质能源的深度耦合,传统的“能量”视角无法准确评判IES对能源的综合利用水平,亟需新的衡量标准。㶲作为兼顾能量“量”与“质”双重属性的物理量,近年来正不断融入IES研究领域并从根本上转变人们的用能理念,在未来低碳高效IES的构建上发挥着重要的导向作用。文章首先从㶲的起源及发展入手,介绍㶲的概念内涵及向多能系统的融合趋势;然后,从黑箱和白箱两个角度介绍㶲在IES中的理论模型及分析方法,并评述其特征及适用范围;接着,综述近年来㶲在IES优化规划与市场经济等领域的融合应用情况,并分析其在IES优化配置、实时调度、生产过程㶲经济性分析及异质能源定价等关键技术上的导向作用与积极意义。最后,总结全文并对未来发展方向进行展望。
针对传统的实体储能设备因建设成本较高而难以大规模应用的问题,提出了考虑电-热等效虚拟储能的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,通过采用住宅用户热舒适度这一指标调节热负荷并与热电联产(combined heat and power, CHP)机组相结合,形成热力等效虚拟储能。其次,将碳捕集设备视为可调节负荷并与需求侧响应一起作为电力等效虚拟储能参与削峰填谷。此外,在负荷低谷时碳捕集设备以最大功率运行可以有效降低CHP机组的CO2排放量。最后,以购能成本、弃风成本、CO2封存成本、碳交易成本、需求响应补偿成本之和最小为目标建立模型。算例仿真结果表明同时考虑热力等效虚拟储能、需求响应与碳捕集设备协同作用,提高了综合能源系统整体的风能渗透率与经济性,同时降低了CO2的排放量。
随着低碳经济的日益发展,电热气系统耦合程度日益加深,传统供能系统采用电热分离方式、输配电网分级调度的运行模式已经难以挖掘出全网资源并实现全局最优的运行策略。为提高新能源消纳,同时求解多能流耦合系统,提出了一种含光热(concentrating solar power,CSP)电站及碳交易机制下的电气热多能流耦合系统分层优化运行策略。上层为多能流耦合系统求解层,为求解复杂多能流耦合系统矩阵值,提出了牛顿法、改进牛顿法以及改进二阶锥协同求解的方法;下层为多能流优化求解层,依据上层所得系统求解值,下层优化以用户总成本经济最小化为目标,引入碳交易机制模型来优化电气热机组不同场景下的时序出力,求解方法上采用混合整数线性规划法。最后,通过仿真算例进行有效性的验证。结果表明,所提方法能够优化系统运行,改善系统准确性及快速性,并且“碳交易和CSP电站”手段能够更好地约束多能流耦合系统碳排放,减轻装置能源压力,提升用户总成本的经济性。
针对决策者风险态度(decision-makers’ risk attitudes, DMRA)和不确定性对社区综合能源系统调度策略的影响,提出了社区虚拟电厂(community virtual power plant, CVPP)的多目标调度模型。首先,建立了考虑DMRA的CVPP模型和经济-能源-环境多目标满意度模型。其次,考虑可再生能源、负荷和DMRA的不确定性,对信息间隙决策理论(information gap decision theory, IGDT)模型进行了改进。第三,在考虑DMRA的基础上,拓展自信双层语言术语下的改进VIKOR方法。最后,以某居民区为例,对该模型的有效性进行了验证。结果表明:1)基于DMRA的CVPP提供了切合实际的调度策略。2)实施需求响应后,居民成本和净碳排放分别降低了9%和91%,提高了能源供应商的利润和可再生能源的利用率,所构建的IGDT模型也改进了多个目标。3)改进后的IGDT模型的不确定性和偏差因素允许采用多种调度策略。同时,改进的VIKOR方法为决策者选择策略提供了一种新的方法。该模型为调度策略的选择提供了指导,同时也为鼓励可再生能源的使用提供了途径。
现代化农业园区温室环境系统与光伏发电系统易出现“源荷错峰”运行问题。为此,提出一种考虑农作物生长需求的农业园区微能源网(agricultural park microgrid,APMG)参与配电市场出清的能量管理双层优化模型,以实现农作物快速生长与多类型能源高效利用。双层模型中,上层模型以APMG运营成本最小为优化目标,在考虑配电市场电价、光伏发电等因素的基础上,计算农业园区温室环境系统的最佳能量管理策略模型;下层模型为配电市场出清模型,其目标为实现配电网最佳电能配置,并得到出清价格。进一步,利用自适应交替方向乘子法求解双层模型。最后,以IEEE-12节点配电系统和66节点内蒙古某县农村配电系统为例,验证所提模型及方法的有效性。算例结果表明,该模型可有效降低农业园区23.2%的用能成本,同时还能降低配电网用户6.2%购电费用。
针对海上油气田电网对具有不确定性的海上风电的消纳难题,提出了基于燃气/燃油透平发电机与储能协同的海上油气田电网分层调控策略。首先,分析了海上油气田多能耦合特征以及含海上风电的海上油气田能源系统典型结构。在此基础上,提出了基于日前与日内优化调度的海上油气田综合能源系统分层调度策略,以平抑海上风电小时级不确定性。进一步,提出基于饱和滤波器的快速功率分配策略,通过储能与燃气/燃油透平发电机协同平抑海上风电的分钟级和秒级不确定性。最后,通过算例分析说明,所提分层调控策略能有效降低运行成本,提升海上风电的消纳能力。
模型预测控制(model predictive control, MPC)以其动态响应速度快、输出谐波含量低、易实现多目标控制等优势,被广泛应用于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)中。但在电网不平衡工况下,MMC上下桥臂能量不对称引起基频环流波动,二倍基频及更高频次的零序电流流过直流母线,导致直流母线功率波动,体现在电流波动中。将不平衡电流进行分解,将环流分解为正序、负序与零序分量,并提出一种模型预测控制方法,利用基于桥臂能量的复合控制器抑制环流负序与零序分量,以实现不平衡工况下交流输出电流、环流与子模块电容电压的综合控制。该方法既能有效抑制不平衡工况下的环流波动,同时能够抑制直流母线电流波动,利用MATLAB/Simulink软件搭建了MMC系统进行仿真分析,并利用实验平台验证所提方法的正确性及有效性。
以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为功率单元的输入串联输出并联(input series output parallel, ISOP)型直流变压器是直流配电网的关键部件,为了提高系统在输入电压脉动及负载突变工况下的动态响应速度和抗干扰能力,提出一种基于预估校正法(predictive correction method, PCM)的模型预测控制策略,通过分析并建立输入串联输出并联型双有源桥(input series output parallel dual active bridge ISOP-DAB)的数学模型,推导了变换器的状态空间平均方程,并采用PCM优化输入电压及输出电压的预测控制模型。同时,为了有效减少系统传感器的数量,提出无负载电流传感器的模型预测控制策略。所提出的策略有效提高了ISOP-DAB变换器的动态响应速度及抗干扰能力,且保证了各模块输入电压的均衡。最后,在RTDS中搭建两单元ISOP-DAB系统半实物仿真模型,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。
高压直流控制器交互影响可能导致后续换相失败恶化,为此,分析了故障后各时段换流器控制交互影响机理,设计了降低后续换相失败风险的策略。依据逆变侧控制器动作逻辑,将系统故障发生至恢复稳态划分为4个阶段,基于各阶段的动态轨迹分析,得到逆变侧控制器对换相失败恢复过程的影响规律,结果表明逆变侧定关断角控制与定电流控制的二次交互过程,即电流偏差控制阶段极易引发后续换相失败。提出了一种改进型电流偏差控制策略,通过补偿控制器二次交互期间电流偏差,提升关断角状态识别的准确度,从而抑制因控制器交互不当引发的后续换相失败。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中以CIGRE标准算例,对不同工况下所提改进控制策略进行测试,结果表明所分析故障后动态过程准确,所提出的后续换相失败抑制策略效果显著。
有源电力滤波器(active power filter,APF)应用在高电压大容量场合需要采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)结构,然而,由于系统阻抗等参数与实际参数存在偏差,导致传统模型预测控制(model predictive control,MPC)输出预测值失去最优性,最终影响MMC-APF补偿效果。为此,针对MMC-APF提出一种误差反馈模型预测控制策略,通过结合MPC与电压排序算法将每个控制周期开关状态计算量从
深度探索社会治理角度下电力大数据的应用场景,可为政府数字化开展社会民生工作提供辅助决策。独居老人作为特殊电力用户群体,当前缺乏有效技术识别手段,提出一种基于多维负荷特性挖掘的电力特殊用户用电行为分析方法。首先,基于负荷曲线构建用电行为特征指标,利用互信息值对其增添权重以降低指标设置的主观性,同时结合卷积块注意神经网络模型对独居与非独居老人的负荷数据进行特征提取,获取能表征两类居民用电行为的多维负荷特征向量。其次,利用β-级联森林模型对向量进行自适应表征学习,解决了在分类过程中存在样本不平衡问题,提升模型识别性能。最后,以浙江省某小区居民用户为例验证,并对独居老人进行用电行为监测,结果证明了所提方法样本规模较小且在样本不平衡的数据上具有良好的识别性能。
目前电力碳流耦合特征数据的可信样本较为不足,不能满足高质量、高精度以及高时效的电碳耦合技术发展需求。将生成式对抗网络理论与电力碳流耦合模型相结合,提出一种全新的电力碳流耦合特征数据模拟生成方法:将电力系统时序状态参数和碳排放特征作为学习样本导入学习模块,实现时序电力碳流耦合关系的智能拟合;针对生成式网络训练困难等问题,通过迁移学习模块,在小样本中对电力碳流特征数据开展预训练,并将训练参数传递至目标域中,提高目标任务学习效率,结合对照选比结果,获得适用的生成式迁移模型;此外,针对生成数据的评价机制缺失问题,提出一种基于电力碳流计算结果的校验方法,量化了生成式迁移学习模型的有效性评估结果,并在IEEE 14节点和118节点系统上进行了验证。
新型电力系统中次同步振荡能量特性与运行工况、控制参数、外部环境等息息相关,因此基于不同场景下的量测数据进行次同步振荡能量特性提取及主导因素辨识,可以有效解决实际工程中次同步振荡问题。提出一种数据驱动的次同步振荡能量特性影响因素辨识方法。首先,基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)解决模态混叠问题,从而提取准确的次同步振荡模态;其次,推导基于端口能量的次同步振荡能量函数表达式,利用模态提取结果进行能量函数计算;最后,采用主客观赋权的方法综合考虑主客观权重建立评估模型,辨识次同步振荡能量特性的主导因素。基于PSCAD/EMTDC平台搭建的风电场并网次同步振荡仿真结果验证了所提方法的有效性。
随着新型电力系统源网荷储协同一体化发展,分布式光伏并网规模的不断扩大,弱电网条件逐渐形成,同时多台逆变器接入配电网末端构成复杂阻抗网络,导致并网系统阻抗特性发生变化,同时增加了系统的谐振风险。为研究弱电网条件下分布式光伏并网系统谐振特征,通过建立系统等效阻抗模型分析关键参数对谐振特性的影响。首先,建立了计及电流内环、电容电流前馈、控制系统延时的逆变器诺顿等值模型。然后,考虑弱电网条件下公共耦合点(point of common coupling, PCC)处负荷特性对系统谐振的影响,构建了表征多并网逆变器、本地负荷、线路以及交流电网等关键设备阻抗交互耦合的分布式光伏并网系统等效模型;进一步,提出了反映逆变器谐波电流以及网侧背景谐波电压等多源谐波扰动对并网电流谐振激励作用的映射模型,揭示了电网阻抗、光伏输出功率、并网逆变器数量变化对系统谐振特性的影响规律。最后,通过仿真验证了所提光伏并网系统等效模型的准确性并分析了相关因素对光伏并网谐振特性的影响。
2020年度中国建筑运行能耗10.6亿t标准煤当量,占全国总能耗的比重达21.7%。充分挖掘以居民住宅为代表的需求侧节能潜力对实现能源可持续发展和构建绿色低碳社会具有重要意义。提出一种考虑多重舒适度的分时间尺度家庭能量管理策略。首先,基于负荷特性对典型家庭智能用电设备进行分类并建立其数学模型;考虑到建筑室内环境多参数耦合效应,构建用户热-声-光多维度舒适度指标。针对电、热能源系统传输特性和能量惯性差异,建立以总用电费用最小为目标的分时间尺度优化调度模型。其中长时间尺度模型考虑用户热舒适条件下进行温控负荷及储能电池运行决策;短时间尺度模型考虑用户听觉、视觉舒适条件下优化非温控负荷的运行决策,并针对所构建的模型提出相应的求解算法。最后,以某典型家庭用户为例,通过4个典型日仿真场景验证所提策略的有效性。
