新型配电网中的软件定义技术理念及特征

配电网是支撑新型电力系统建设的重要环节,分布式能源、互动负荷与新型装备的大量接入推动了系统形态的巨大变革。文中立足于配电网在柔性化、数字化、智能化方面发展基础,提出新型配电网的软件定义技术构想,旨在从系统层面解决海量、分散灵活资源的协调利用问题,支撑整体系统运行服务水平提升。基于上述观点,文中从软件定义技术的发展基础入手,分析了其技术思想起源与在配电网中的应用条件,建立了配电网软件定义技术的三层式架构,分析了软件定义灵活性的来源和表现形态,梳理了配电网软件定义技术面临的挑战性问题,初步探讨了在其构建与应用中可能涉及的关键技术。最后,对配电网软件定义技术的未来发展前景进行了总结与展望。

多电压等级配电系统智能软开关协同配置

配电网逐步发展成为光伏、电动汽车等新型源荷的主要承载平台,面临的电压越限和线路过载等问题逐步加剧。柔性配电装置具有良好的调控能力,成为提高配电网运行灵活性的有效手段。已有的柔性化升级主要面向中压或低压配电网,多电压等级配电网柔性互联的潜力被忽视。因此,该文开展多电压等级配电系统智能软开关协同配置方法研究。首先,提出多电压等级配电系统智能软开关协同配置策略;其次,在计及源荷不确定性影响下,考虑源荷典型场景的概率化波动,建立多电压等级配电系统智能软开关协同配置模型。最后,为实现大规模优化配置模型的可靠收敛,采用凸差规划算法进行求解。选取实际配电网算例对优化配置模型和求解算法进行验证,结果表明,所提方法可以有效解决多电压等级配电系统智能软开关协同配置问题,支撑配电网承载高比例新型源荷,在提高系统运行安全性的同时具有更好的经济效益。

基于边缘计算的配电网数字化转型关键问题分析与展望

配电网是新型电力系统建设中最为关键和最具活力的环节之一。面向日益复杂的配电网运行与控制问题,数字化转型已成为广受认可的发展思路。边缘计算为数字配电网中海量数据资源和物理资源的利用提供了有效手段,同时也将作为配电网多种业务功能在边缘侧的融合承载平台,推动配电网运行架构的发展变革。文中围绕边缘计算技术驱动下的配电网数字化转型问题,梳理了配电网边缘计算装置的关键技术需求;分析了配电网边缘计算的技术定位及由其所支撑构建的数字配电网技术架构,特别针对数字配电网运行问题,从集群化、分布式、灵活定义3个典型特征入手,围绕边缘侧集群自治、边-边协调控制、云-边协同运行等典型模式下的关键问题和技术研究方向进行了分析与探讨。

“1+N+X”产教融合协同育人模式在储能专业人才培养中的探索与实践

在实现“双碳”目标过程中,我国高度重视先进储能技术创新。在国家政策和产业需求的推动下,储能技术高速发展,导致储能领域规模化发展所需基础人才缺口严峻、高端专业人才严重短缺;教育部在2020年新建储能科学与工程专业,以满足储能领域“高精尖缺”人才培养需求。而储能科学与工程是一门由动力工程及工程热物理、化学工程与技术、电气工程、材料科学与工程、管理科学与工程等多学科渗透、融合形成的新学科,是典型的交叉学科,学科覆盖面广、知识结构复杂,因此其高端人才培养也面临严峻的挑战。面对以上难题,天津大学基于丰富的新工科教育改革经验,突破现有学科和专业束缚,依托国家储能技术产教融合创新平台实施储能专业人才培养的探索与实践,通过校企联合培养模式改革、共建校企联合实习实践基地、企业导师队伍建设等系列举措构建“1+N+X”产教融合协同育人模式,在天津大学储能专业研究生培养、本科生企业实习、项目制实践教学、高端培训等人才培养环节进行实践与探索,并取得良好效果,对储能领域高端人才培养具有推广价值。

多换流器直流系统的虚拟惯性评估与控制参数协调设计

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统的等值单台AVSG模型。其次,提出了一种系统级虚拟惯性评估方法,从等值单台AVSG模型的输出阻抗频域响应特性角度对系统级虚拟惯性进行评估。然后,讨论了电压比例-积分(PI)控制参数对虚拟惯性特性的影响,并开展了电压PI控制参数和虚拟惯性系数间的协调设计。最后,在PLECS仿真软件及RT-BOX硬件在环实验平台上搭建了多换流器直流系统的开关模型,通过多种实验工况验证了等值单台AVSG模型和控制参数协调设计的有效性和可行性。

低压微网控制策略研究

为了避免微网运行模式变化时控制策略的切换,实现微网的平滑过渡,对传统的P-f和Q-V下垂控制进行改进,实现了并网运行时基于下垂控制的间接恒功率控制方式。并在脱网过程中采用了控制参数自动调节机制,以减小微网大功率不匹配引起的电压波动。分析了基于频率和幅值参考值正反馈的同步并网控制原理,在维持分布式电源输出功率的前提下利用下垂控制完成微网的同步并网。低压微网仿真结果表明,提出的控制方法能够有效地加快脱网过程中的电压调节速度,实现孤岛运行微网的平滑并网,降低运行模式变化给微网带来的冲击。

直流微电网母线电压波动分类及抑制方法综述

维持直流母线电压稳定是保证直流微电网稳定运行的核心,亟待展开深入研究。该文首先将直流微电网内母线电压波动(DC bus voltage fluctuations,DC BVF)按时间尺度、频率特性和产生机理分为扰动型波动和振荡型波动两种;然后,对扰动型DC BVF和振荡型DC BVF现有的抑制方法以及基于分层控制体系的能量管理系统进行了综述研究,重点就双向AC/DC变换器负载电流和功率前馈控制方法的DC BVF抑制方法、电网不平衡及谐波情况下的AC/DC变换器直流侧功率谐波抑制方法、基于母线电压调节器(voltage bus conditioner,VBC)的DC BVF抑制方法以及直流微电网多源协调和能量管理控制方法及其存在的问题进行了评述;最后,结合文中的DC BVF分类方法,分别对扰动型波动和振荡型波动抑制方法的前景进行了展望。

中压配电网不同接线模式经济性和可靠性分析

在不同供电区域负荷密度和不同变电所容量条件下 ,对中压配电网常见的几种接线模式进行了经济性和可靠性计算分析 ,研究其随负荷密度和变电所容量变化的趋势 ,以及在相同条件下不同接线模式之间的比较。基于定量计算结果 ,经综合考虑 ,给出了有指导意义的建议方案 :在可靠性要求很高的区域例如城市繁华中心区 ,建议采用电缆接线的不同母线环网接线 (三座开闭所 )模式或不同母线出线连接开闭所接线模式 ;在可靠性要求较高的区域例如一般城区等 ,建议采用电缆接线的不同母线出线的环式接线模式或架空接线的三分段三联络接线模式 ;在可靠性要求不是很高的地区例如城郊等 ,建议采用架空接线的不同母线出线的环式接线模式或不同母线三回馈线的环式接线模式。

Sizing of Energy Storage Systems for Output Smoothing of Renewable Energy Systems

光伏、风力发电等可再生能源（renewable energysources，RESs）具有随机性、间歇性等特点。为了抑制RESs输出波动对电网的不利影响，提出了用于平滑RESs发电系统功率输出的储能系统（energy storage system，ESS）容量优化确定方法。利用离散傅里叶变换（discrete Fouriertransform，DFT）对RESs输出功率进行频谱分析，基于频谱分析结果，考虑ESS充放电效率、荷电状态（stateofcharge，soc）及RESs发电系统目标功率输出波动率的约束，确定所需ESS最小容量。采用美国华盛顿州实际观测风速数据及日本东北电力公司风电场接入电网20rnin有功功率波动规范（最大波动率为10％），在一风力发电系统中对该方法进行了验证。算例结果表明采用该方法能够以较小的容量将风机输出最大波动率由61．7％降到9．9％。

冷热电联供微网优化调度通用建模方法

在分析典型冷热电联供(combined cooling,heat and power,CCHP)系统的基础上,提出描述其组成和结构的母线式结构,并围绕该系统结构设计了微网调度优化模型构架。在该结构中,选取电气、烟气、蒸汽、热水、空气作为基本母线,与源、负荷、储能和转换装置联接形成微网。使用该结构对各设备进行独立建模,有助于CCHP系统的灵活配置和通用建模。围绕该结构,建立联供型微网日前动态经济调度的0-1混合整数线性规划模型,最后通过测试算例证实了所提框架的合理性和有效性。

计及分布式发电的配电系统随机潮流计算

近年来,分布式发电技术大量引入。诸如风力发电和太阳能发电这些依赖于自然条件的发 电方式会出现出力随机波动的情况,而因此造成的系统电压越限等问题目益显著。基于此,文中重 点研究了分布式发电中的风力发电和太阳能发电的随机出力对配电系统电压质量的影响,建立了 风力发电和太阳能发电的随机分析模型,将此模型引入到接有分布式发电的IEEE 34配电系统中 进行随机潮流计算,得到了节点电压概率密度曲线及系统年期望电压越限小时数。文中还将风力 -太阳能混合发电系统与单独风力发电系统进行比较,得到了前者更有利于提高系统电压质量的 结论。

基于SNOP的配电网运行优化及分析

智能配电网的发展逐渐推动着配电网供电模式的改革,SNOP(soft normally open point)是代替联络开关的一种电力电子装置,它的引入彻底改变了配电网供电方式,给配电网的运行带来了诸多益处。首先,对SNOP的功能和原理进行详细介绍;然后,描述了SNOP的运行边界,提出含SNOP的配电网运行优化模型;最后,将SNOP优化效果和网络重构进行详细对比分析,从静态潮流优化、动态潮流优化、实时调整3个方面验证了SNOP的优势和潜在效益。

智慧城市综合能源系统数字孪生技术及应用

传统城市向智慧城市的转型发展对能源系统提出了新的要求,建设数字化、互动化的综合能源系统是重要的应对思路之一。在先进信息技术的驱动下,综合能源系统的数字化与信息化水平不断提升,但如何充分发挥其技术价值仍需要探索。该文围绕综合能源系统的数字孪生技术,对其在智慧城市发展中的需求、价值与意义进行了分析,对其基本技术框架和技术挑战进行了探讨,对相关的关键技术问题进行了阐述,并围绕综合能源系统数字孪生在系统规划、运行、控制以及与城市多领域协同交互等方面的应用进行了展望,希望能够为综合能源系统数字孪生技术的未来发展与应用提供一些思考和借鉴。

基于主变互联关系的配电系统供电能力计算方法

针对传统基于输电能力定义的供电能力计算方法的不足,该文提出一种基于主变互联关系和N?1准则的供电能力计算方法。首先将配电系统简化为一系列主变互联的联络单元,然后对各个联络单元进行N?1分析,以得到各台主变的最大负载率,最后综合各个联络单元的主变负载率计算结果得到各台主变的最大允许负载率,从而求得整个配电系统的供电能力。通过实际算例验证该文方法的正确性和有效性。实际算例表明,该文提出的基于主变互联关系和N?1准则的供电能力计算方法,思路清晰,分析过程简单,计算结果具体,不失为一种简捷实用的配电系统计算方法,同时,该方法易于得到配电系统的联络瓶颈和负荷转移瓶颈,可为城市电网的优化规划提供有效参考依据。

基于智能软开关的智能配电网柔性互联技术及展望

以智能软开关(SOP)为基础的柔性互联技术将给传统的配电系统建设及运行方式带来巨大变革。文中围绕以SOP为核心的智能配电网柔性互联问题,对柔性互联技术理念、特征与优势进行了详细阐述,对未来SOP在智能配电网中的典型应用场景进行了分析,并分别面向运行优化、故障恢复、优化配置、装备实现等关键技术环节,对基于SOP的智能配电网柔性互联技术研究与发展进行了展望。

变电站选址定容两阶段优化规划方法

提出了一种变电站两阶段优化规划方法。首先,在不考虑地理信息的条件下确定变电站初始规划方案;其次,详细计及初选变电站站址的周边地理条件,采用层次分析法对站址地理适应度进行判断,结合经济适应度目标,全面评估各组合方案的综合适应度,最终获取更为合理的变电站优化方案。实际应用表明,所提出的方法能更好地满足规划要求。

微电网交直流混合潮流算法研究

由于微电网的不对称和分布式电源模型的复杂多样性,使得传统的潮流分析方法不再适用于微电网。对通过脉宽调制换流器并网的分布式电源潮流计算模型进行研究,根据并网换流器控制策略不同,在潮流计算中提出不同的处理方法;在充分考虑微电网不对称运行特性的基础上,发展微电网交直流混合潮流算法。通过算例测试表明,所发展的算法能够更加合理地反映分布式电源的稳态运行特性,适用于各种微电网及含各种分布式电源的配电系统的潮流计算分析。

微网实验系统结构特征及控制模式分析

微网是一种可将各种分布式电源组合起来为当地负荷提供电能的中、低压小型电网,具有并网和孤岛2种运行模式,能提高负荷侧的供电可靠性。文中总结了目前世界范围内的微网发展状况,按结构和控制模式对现存的微网实验室和示范工程加以分类,并进行了深入的分析,依据国外一些微网实验室和示范工程的建设经验给出了对中国微网建设具有指导意义的建议。

配电网扩展规划中分布式电源的选址和定容

分布式电源的位置和容量对配电网有重要影响。文中提出一种配电网扩展规划中进行分布式电源选址和定容的方法,应用遗传算法优化分布式电源的位置和容量。对遗传过程中生成的每个分布式电源位置和容量方案个体,考虑了分布式电源对配电网潮流和线路负载能力的影响,运用基于支路交换的模拟退火算法规划扩展网络,对分布式电源和网络的综合规划结果进行经济性评估以衡量个体方案的优劣。实际算例表明,文中方法能得到较合理的分布式电源位置和容量方案。

基于FPGA的光伏发电系统暂态实时仿真

介绍了分布式发电系统暂态实时仿真的主要难点,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的电力电子设备和控制系统的实时仿真方法以及不同步长下电气系统与控制系统的仿真时序和交互方法。在此基础上,设计了具有高度并行性、内存分布性及流水线架构的多种典型分布式电源控制元件模块,搭建了光伏电池及其控制系统模型,并以单极光伏发电系统为例对所提的暂态实时仿真器在多个步长下进行了验证,通过与PSCAD和RTDS软件仿真结果的对比,验证了所提实时仿真器的正确性。