基于自适应虚拟阻抗的构网型与跟网型逆变器主导微网系统无功功率均分控制策略

在由构网型(grid-forming,GFM)与跟网型(grid-following,GFL)逆变器主导的孤岛微网系统中,GFL逆变器主动参与功率的二次调节可增强微网系统的无功功率调节与带载能力。然而,由于逆变器容量不等、控制方式不同以及输电线路阻抗不匹配,实现异构逆变器间无功功率均分面临困难。文章将倒下垂控制应用于GFL逆变器使其具备类似GFM逆变器的功率下垂特性,并分析了GFM与GFL逆变器互联下无功功率的分配原理;在此基础上,提出一种通过相邻逆变器无功功率偏差信息驱动的自适应虚拟阻抗策略,实现GFM与GFL逆变器在不同输电线路阻抗、不同分配比例下的自适应无功功率均分,并给出相关控制参数的选取方法;最后,在MATLAB/Simulink中测试所提策略在线路阻抗变化、负荷投切、逆变器容量不等与即插即用场景下的适用性,验证了理论分析的正确性。

考虑碳交易的电-热综合能源系统两阶段鲁棒优化低碳经济调度

为有效应对可再生能源出力波动,实现综合能源系统低碳、经济、鲁棒三者平衡,提出考虑碳交易的电-热综合能源系统两阶段鲁棒优化低碳经济调度模型。首先,构建了配置碳捕获设备的综合能源系统模型。其次,采用可调不确定集合描述风电和光伏的出力波动,并以最恶劣情景下成本最小为优化目标,建立了两阶段鲁棒优化调度模型,然后利用列与约束生成算法迭代求解。最后,在调度模型中计及碳交易成本,来限制系统的电能交易以减少间接碳排放,并避免了调度方案的过度保守。结果表明,两阶段鲁棒优化有效提高了系统抵御风险的能力,减少了经济损失;碳交易机制的引入避免了系统过度鲁棒,能够维持低碳运行,实现了系统低碳、经济、鲁棒三者平衡。

电力市场、碳排放权交易市场以及核证自愿减排市场耦合下发电商竞价策略

碳-电耦合是推动我国能源电力行业绿色低碳转型、助力实现“双碳”目标的重要保障。设计了电力市场、碳排放权交易市场(carbon emission trading market,CET)以及核证自愿减排市场(certified emission reduction market,CER)的耦合框架,构建了发电商协同参与电力市场、CET市场以及CER市场的竞价策略优化模型。针对传统博弈论方法对不完全信息以及复杂多元主体交互性解释不足等问题,采用深度确定性策略梯度算法进行求解,同时克服了传统多智能体强化学习算法离散低维状态空间、动作空间以及收敛不稳定等问题。以4个典型发电商进行算例分析,研究了CET市场和CER市场引入后对发电商竞价策略的影响。围绕碳市场价格、碳排放基准值以及核证自愿减排抵消比例开展敏感性分析并开展算法收敛性验证,体现了所设计的碳-电市场耦合下发电商竞价策略优化模型的有效性和优越性。

基于TD3可变长度时间窗口最优加权的短期负荷预测策略

传统电力负荷组合模型使用滚动且固定长度时间窗口内的历史预测误差数据进行子模型变权,但该窗口长度无法根据最新环境特点进行自适应调整,导致有效信息的丢失或过时信息的引入,从而降低了短期负荷预测的准确性。利用双延迟深度确定性策略梯度模型(twin delay deep deterministic policy gradient,TD3)构建智能体,设计了一种时间窗口长度自适应可变的变权组合预测策略。通过建立短期负荷预测场景误差最低的目标及相关约束,设计了智能体的输入状态、动作和奖励机制,使智能体能够快速收敛并做出最优决策,从而准确地调整时间窗口长度。在此基础上,组合模型响应智能体实时指导的时间窗口,使用最优加权法实现了子模型的准确变权组合。最后,采用中国北方某地区的真实电力负荷数据进行算例分析,验证了所提策略的有效性和优越性。

基于综合相关性指标与SA-BiGRU的综合能源系统多元负荷预测

短期负荷预测为综合能源系统安全稳定运行提供保障,但负荷波动的不确定性及多种能量相互耦合增大了预测难度。基于此,提出一种基于综合相关性指标和SA-BiGRU的综合能源系统多元负荷预测模型。考虑到不同气象因素对多元负荷的影响,采用综合相关性指标计算气象因素与负荷间的相关性,提出多元负荷三项耦合乘积挖掘能源间交叉耦合关系,并构建特征矩阵作为预测模型输入。同时,利用自适应k-means将原始输入数据划分为不同负荷场景,降低预测复杂度;在双向门控循环单元网络中引入自注意力机制,为输入特征赋予不同权重,从而增强模型对重要特征的区分能力。最后,采用算例与现有模型进行对比分析,结果表明所提出的多元负荷预测方法具有更高的预测精度和更短的预测时间。

多主体合作模式下微电网规划运行一体化模型

为提升区域多微电网系统能效及储能装置收益,提出一种含微电网运营商、共享储能运营商的多微电网系统运行方式,并在量化各主体收益与用户需求响应基础上,建立了多主体合作模式下的微电网规划运行一体化模型。其中,上层是以共享储能-微电网联盟综合效益最大为目标的规划模型,下层是以微电网联盟运行成本最小为目标的运行模型。此外,为保证所提合作方式的可行性,采用基于满意度均衡的改进核仁法对微电网联盟成本进行合理分摊。仿真结果表明,所提模型能有效发挥多微电网间的互补性,可降低多微电网运行成本并保护信息隐私,提升共享储能的经济效益和利用率,二者互利共赢。同时,改进核仁法较核仁解综合偏差较小,且求解效率大幅提升,可使主体满意度均衡最大。

考虑全生命周期碳排放的电氢耦合VPP调度优化

随着可再生能源的大规模开发、高比例并网,虚拟电厂逐渐成为充分发挥新型电力系统经济-环境效益的关键技术之一,文章重点研究了电氢耦合虚拟电厂多目标优化问题。首先,构建了含分布式风光机组、微型燃气轮机、分布式储能、柔性负荷的电氢耦合虚拟电厂。其次,运用多主体全生命周期法计算得到虚拟电厂构成组件的碳排放系数,并将其与阶梯式碳交易机制联合引入优化模型中。然后,以系统内运行成本最小和二氧化碳排放量最低为目标函数,通过赋权法将多目标优化转为单目标优化。最后选取华北某园区夏季、过渡季、冬季3个典型场景为算例分析验证所构建模型的有效性,算例结果表明该模型能兼顾虚拟电厂内部各设备主体运行的经济利益和环境效益。

农业综合能源系统多场景置信间隙决策低碳调度

针对现代农业园区风-光-垃圾-沼-储联合调度的碳排放问题,构建了基于多场景置信间隙决策理论的现代农业综合能源系统低碳调度优化模型。首先,使用改进的Shapley值法,对碳排放额度进行分摊,得到考虑风险因素的各主体阶梯碳交易价格模型。其次,在各主体阶梯碳交易价格模型基础上,考虑到源荷不确定性,基于多场景置信间隙决策理论构建了现代农业园区运行成本最小和二氧化碳排放量最低的多目标优化调度模型。最后,以我国东北地区某一农业园区数据为例,对所建模型进行验证。算例结果表明,改进的Shapley值使阶梯碳交易价格更贴合实际,同时,园区运行成本降低37.25%,碳排放量减少59.84%,最终实现了多能协调优化,提高了园区低碳环保性以及抵抗风险的能力。

数据驱动的有源配电网运行态势智能感知方法

态势感知是保障有源配电网安全、可靠、经济运行的重要方法。随着近年来电力数据采集技术与大数据技术的发展,数据驱动的有源配电网态势感知得到了广泛的研究与应用。文章对数据驱动的有源配电网态势感知问题进行了分析,给出态势感知的整体研究框架,然后从态势觉察、态势理解、态势预测与态势利导4个方面对相关研究进行了综述,并对有源配电网信息物理系统的态势感知研究进行了讨论。最后,针对现有的研究方法进行总结与整理,分析了当前研究的不足与挑战,提出了未来研究的重点与方向。

考虑氨能与广义储能的多能耦合系统低碳协调运行

针对可再生能源消纳问题,研究了氨能与广义储能参与的多能耦合系统低碳协调运行方式,利用氨能和燃煤机组煤氨混燃相结合的技术来优化系统碳排放。首先考虑氨能参与的多能流交互与广义储能的灵活调控特性,构建了以运行费用最小、可再生能源利用率最大、碳排放量最小为目标函数的综合效益评价指标。提出基于能流关联的碳流拓扑分析方法,利用碳流信息作为综合效益评估的辅助决策手段。最后对实际区域系统进行仿真分析,通过氨能与广义储能的协同调控,有效改善了系统的综合效益。

含氢储能的独立微电网IGDT鲁棒规划

在对可再生能源高比例渗透的独立微电网进行规划的过程中,风光出力的不确定性给精益化规划目标的实现带来困难。为此,提出一种基于信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)的含氢储能的独立微电网优化规划方法。首先,构建含氢储能的独立微电网基本结构,基于该结构阐述含氢储能系统的基本工作原理并建立其简化数学模型;其次,基于IGDT鲁棒优化思想建立不确定场景集;然后,建立考虑激励型需求响应(demand response,DR)的独立微电网双层鲁棒优化规划模型,其中外层模型以微电网综合成本等年值最小为优化目标,内层模型以微电网年运行成本最低为优化目标;最后,采用带有精英保留策略的遗传算法对双层鲁棒优化规划模型进行求解。算例结果验证了所建模型的合理性和有效性,为含氢储能的独立微电网优化规划提供了参考。

新型电力系统需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制研究综述

高比例新能源接入配电网络和传统可控发电机组占比下降导致电力系统调节能力严重不足,需求侧灵活性资源可以通过一定的控制手段,在多尺度下为电力系统提供调节能力。基于此,文章介绍了需求侧灵活性资源的基本概念、特征及类型,归纳了新型电力系统需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制的研究热点与进展,并总结需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制在形态结构解耦分析、供需平衡协调配置、聚合调度与协同优化及集群效益动态均衡分配方面的关键技术和实现算法的优劣势。最后,对需求侧灵活性资源时空协同优化与动态均衡机制研究的关键技术进行展望,旨在对实现需求侧灵活性资源在新型电力系统中的应用提出一定的建设性思路。

多智能体深度强化学习驱动的跨园区能源交互优化调度

为协调多园区综合能源系统各个园区之间的能量交互,多能源子系统之间的能源转换,实现综合能源系统整体优化调度,提出一种利用多智能体深度强化学习算法学习不同园区的负荷特征,并在此基础上进行决策的综合调度模型。该模型将多园区综合能源系统的调度问题转化为马尔科夫决策过程,并利用深度强化学习算法进行求解,避免了对多园区、多能源子系统之间复杂的能量耦合关系进行建模。仿真结果表明,所提方法可以很好地捕捉到不同园区的负荷特性,并利用其中的互补特性协调不同园区之间进行合理的能量交互,可以实现弃风率由16.3%降低至0,并可以使总运行成本降低5445.6元,具有良好的经济效益和环保效益。

基于VMD和主客观赋权的次同步振荡能量主导因素辨识

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。

园区综合能源系统链式多维度柔性适配研究

立足园区资源禀赋和用户需求潜力,采用科学的评价体系和方法对园区开展资源条件摸底、用能结构分析及项目规划决策,是园区综合能源系统精准规划、科学开发和合理利用的重要前提。通过构建以资源-项目-需求链为基础的链式多维度柔性适配评价体系,采用主客观综合评价模型结合案例数据进行评价性分析,评估链端柔性、链路耦合协调性和系统整体柔性适配程度。通过案例实证表明:所建指标体系及评价结果能够有效考查园区现有能源系统局部至整体协调性、适配性问题,适用于园区综合能源系统柔性适配度评估,所刻画资源-项目-需求链各链柔性能力效果良好。

含光热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

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。

重构与抢修协同下电-气区域综合能源系统多阶段博弈故障恢复方法

电-气区域综合能源系统(electricity-gas regional integrated energy system,EGRIES)多故障恢复包含重构和多个故障元件的抢修,考虑系统运行方案调整对恢复力的提升及经济运行下,故障恢复的规模大且复杂度高。为此,提出了一种重构与抢修协同下的EGRIES多阶段博弈故障恢复方法。首先,进行EGRIES多故障恢复分析,建立量化的恢复力评价指标,提出多阶段主从博弈故障恢复方法框架,主体、从体博弈者分别为故障恢复方案制定模块和运行方案制定模块;然后,建立主体博弈者模型,并计及配电网与配气网的利益均衡,建立配电网与配气网经济运行非合作博弈的从体博弈者模型,再基于粒子群优化算法进行求解。最后,采用由IEEE-33节点配电网和15节点配气网构成的EGRIES进行算例分析,较传统优化方法,所提方法下负荷损失价值减少了19.98%,系统运行成本降低了6.39%,表明所提方法能在提升恢复力的同时兼顾系统运行成本的降低。

新型电力系统电力电量平衡分析关键技术与研究框架

随着新型电力系统加速构建,可再生能源发电装机与电量占比不断攀升。如何在源荷双重强不确定性下实现准确、高效、实用的电力电量平衡分析,是新型电力系统调控与规划中的基础与关键问题。通过对电力电量平衡分析在研究对象、分析模型与方法、评价指标与应用等方面的综述,总结了现有研究在平衡状态刻画和分析计算方面的不足。针对“强随机性与策略性下的电力电量平衡状态刻画”与“集中调控-协调自治平衡机制下的电力电量平衡分析与计算”两大关键科学问题,首先提出了涵盖“平衡边界生成-平衡分析计算-平衡状态评估-平衡预警-平衡能力提升”的新型电力系统电力电量平衡分析研究内容体系,接着阐述随机性平衡场景生成、多周期协调解耦的平衡分析、平衡状态评估指标体系设计、多时空分级平衡能力预警和新型平衡协作机制的研究思路与技术方案。最后总结并展望了新型电力系统电力电量平衡分析研究中需要重点突破的关键技术。

兼顾经济效益与寿命损失的含储能配电网多时间尺度协调调度

作为一种优质的快速调节资源,电储能在系统调峰调频等关键场景中发挥重要作用的同时,依然面临着老化速率较快、规模化应用成本较高、经济效益难以保障等困境。对此,在深入挖掘储能系统经济-寿命影响特性基础上,提出了一种考虑储能系统循环寿命影响的主动配电网多时间尺度优化调度方法。首先,评估储能系统循环寿命与充放电深度间关联关系,并据此建立一种均衡考虑深度充放电场景下寿命损失与经济收益的储能系统精细化运行模型,以充分挖掘储能系统灵活调节潜力。其次,结合模型预测控制理论,提出一种考虑储能运行效益与寿命损失的主动配电网多时间尺度协调调度框架,以实现调峰等关键场景下系统储能容量的高效利用。该架构在日内阶段,建立考虑储能系统深度充放电影响的运行策略,并协调长短时间尺度下的快、慢响应特性资源;在实时阶段,基于超短期预测信息建立反馈校正调节模型,对储能等快速响应资源进行实时修正以跟踪新能源波动。最后,通过算例分析验证了所提方法可显著提升储能在调峰等关键场景下的利用效率,并有效改善含储能配电网的运行经济性与可靠性。

基于ADMM算法的中低压配电网多目标分布式协调优化运行策略

低压用户侧大量分布式光伏和储能接入有利于可再生能源发电就地消纳,然而,低压用户与中压配电网分属不同利益主体,其相互之间的运行优化指标往往存在冲突。为此,提出一种高渗透率分布式光伏和储能接入的中低压配电网多目标分布式协调优化运行策略,考虑中低压配电网潮流约束,分别以配电网总成本及多台区负载率差异最小、低压配电网储能运行成本最小和光伏消纳率最大为目标,构建中、低压配电网优化模型,并采用熵权法对中低压配电网优化目标进行加权,建立中低压配电网协调优化模型;基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM),推导了求解协调优化模型的中、低压配电网迭代优化目标函数形式,设计了中、低压配电网协调优化策略,中压配电网通过影子价格迭代不断引导低压配电网用户调整分布式电源出力,仅通过少量边界信息交换实现中低压配电网多目标协调优化运行。最后,选取IEEE 33-7节点标准算例系统进行测试,证明了所提中低压配电网多目标分布式优化运行策略的有效性及可行性。