“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑评述

数字化是推动新型电力系统发展的重要动力,已成为广受学术界和产业界关注的热点技术。为此,《电力系统自动化》编辑部组织了“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑,系统化介绍了新型电力系统数字化基础元件装备、边缘计算技术、通信安全与防护、智能化调度决策等一系列技术成果,代表了本领域最新技术成果和先进经验。文中立足于新型电力系统数字化发展的整体趋势,对专辑论文按研究方向进行了系统性梳理,对其核心成果与观点进行了归纳总结,希望能够完整呈现专辑成果对新型电力系统数字化关键技术体系的支撑作用,为相关技术研究的进一步深化提供参考。

基于大语言模型的电力系统通用人工智能展望:理论与应用

大语言模型(LLM)是一种利用大规模文本语料库进行预训练和微调的深度学习语言模型。目前,在通识问答、文本生成和科学推理等方面已展现出强大的能力。在此背景下,文中探索了基于LLM构建面向电力系统的通用人工智能技术,并展望其在电力系统中的潜在应用。首先,介绍了LLM的基本原理、神经网络架构以及训练方法,特别是与传统人工智能模型相比,LLM在逻辑推理、编程和代码理解以及数学推理方面的突破。然后,展望了LLM在电力系统负荷与新能源发电出力预测、电力系统规划、电力系统运行、电力系统故障诊断与系统恢复、电力市场等领域的潜在应用。最后,阐述了基于LLM构建电力系统通用人工智能技术所面临的挑战,包括电力系统数据的质量与可获取性、输出结果可解释性以及隐私保护问题。

基于时间序列神经分层插值模型的光伏功率超短期多步预测

针对光伏功率预测准确性受数据质量和外部变量影响的问题,提出一种结合外生变量分析、数据质量控制以及时间序列神经分层插值(N-HiTS)模型的光伏功率超短期多步预测方法。首先,提出用于筛选外生变量的综合相关性度量(ICM)指标,并采用K近邻(KNN)算法与线性插值策略处理数据缺失问题。然后,引入N-HiTS长时间序列预测模型,通过多尺度信号采样和分层插值提高模型对长时间序列数据的处理能力。最后,通过算例对所提方法与传统光伏功率预测方法进行对比分析,验证了所提方法的预测准确性。

计及源荷互补特性的“源网荷储一体化项目”优化配置

针对“源网荷储一体化项目”(后简称一体化项目)在风光消纳率、清洁用电率等方面的建设要求,提出了计及源荷互补特性的一体化项目优化配置方法。基于包含风光发电制氢负荷、可平移工业负荷、电动汽车快充站的一体化项目拓扑,建立了一体化项目内部的多类型负荷用电功率模型。提出基于分时Copula函数生成时序一致的风光联合出力场景集的方法,进而提出分为风光额定功率配比优化、容量配置优化、负荷接入位置优化三阶段的一体化项目优化配置方法。通过算例分析对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证。

基于碳卫星与电力排放数据的碳计量

目前,基于温室气体卫星遥感探测技术的碳感知正逐步成为新一代碳计量方法的重要组成部分。然而,从碳卫星数据中准确提取由人类活动产生的碳排放数据是一项至关重要且极具挑战性的任务。文中结合碳卫星与电力排放数据,提出一种新的人工智能算法,以实现准确的碳排放计量。首先,介绍了所使用的包括碳卫星和电力数据在内的多模态数据源,并设计了相应的数据筛选方法。然后,提出了考虑此多模态数据特性的深度学习方法,构建反映碳卫星数据、发电量数据与碳源碳排放量之间函数关系的数据驱动模型。最后,基于美国OCO-2碳卫星的碳浓度遥感数据及美国1304家火力发电厂的连续烟气监测系统数据验证了所提方法在发电厂碳排放量计量问题上的有效性。

考虑不同主体利益的电动汽车与电网互动的机制与实现方法

电动汽车(EV)与电网的互动可促进能源转型和新型电力系统建设,进而推进“双碳”目标的实现。在此背景下,对EV与电网互动的机制与实现方法进行总结。从利益主体、市场主体2个层面明确互动主体,从技术和商业2个角度定义互动框架,阐述EV、充电设施利益主体(CIS)、分布式资源聚合商(DERA)及其他市场主体之间的互动流程,进而归纳EV与电网的互动机制。从计及交通网络影响的CIS-EV互动引导策略、CIS对充放电功率的优化策略2个方面描述EV与CIS互动的实现方法。讨论需求响应、点对点(P2P)电能交易、非合作型P2P电能交易3种互动类型,归纳CIS-DERA互动的实现方法。通过梳理DERA等市场主体的投标模式,综述DERA与其他市场主体互动的实现方法。

高比例可再生能源电力系统源荷储联合调峰分层优化运行

高比例可再生能源接入电网给电力系统调峰经济性运行带来巨大的压力。为此,提出一种计及需求响应的源荷储联合调峰分层优化运行模型,优化电力系统调峰的经济性运行。首先,以需求响应的净负荷优化曲线与新能源发电预测曲线拟合程度为上层目标函数,以各机组联合调峰运行总成本最小作为下层目标函数。其次,考虑影响系统运行安全与调峰相关的约束条件,以供给某区域电源系统为例,对比分析传统调峰与电源侧联合调峰方案,以及在负荷侧加入需求响应后的联合调峰的优化结果。最后通过仿真后的数据对比发现,电源侧联合调峰的成本比传统调峰的成本要少的多,加入需求响应后的联合调峰能实现风、光发电的完全消纳。所提出的联合调峰方案能够降低高比例可再生能源并网的弃风弃光率,提高系统运行的经济性。

基于信息间隙决策的分布式产消者电-备用市场投标策略

分布式产消者在参与电能量市场和备用辅助服务市场时面临价格波动、负荷需求变动和可再生能源发电设备出力不确定性等市场风险。建立基于信息间隙决策理论的产消者日前电-备用市场投标决策模型。分析产消者参与电-备用市场的代理架构,在构建多类型分布式资源调控模型的基础上,建立分布式产消者参与日前电-备用联合市场的决策模型。基于信息熵理论量化产消者在决策中面临的多重不确定性因素,进而建立基于信息间隙决策理论的投标策略鲁棒优化模型。利用交替方向乘子法对模型进行分布式求解,确保投标量不会违反配电网络安全运行约束。改进的IEEE 33节点配电系统算例结果表明,利用所提模型得到的投标策略能在确保配电网络安全运行的基础上充分考虑产消者日前投标面临的多重不确定性,有效保障了产消者收益。

四大沙漠风光基地空间布局及时序优化策略

基于四大沙漠风电光伏基地开发布局问题进行了模型构建,制定了时序开发策略并进行了仿真验证;采用分层聚类的方法对IEEE30节点系统进行了电气聚类,对构建的四大沙漠风光基地空间布局模型使用改进粒子群算法进行了求解,对时序优化策略的结果进行了分析。分析认为:建立的风电光伏空间布局模型比较准确,能够模拟四大沙漠风光的分布特性,操作时的仿真条件与实际情况比较接近,可为四大沙漠风电光伏布局的建设开发、时序规划等提供较准确的设计方案和投资策略。

绿色证书交易下可再生能源参与现货市场的过渡机制

随着电力市场改革的深化以及风电和太阳能为主的间歇性可再生能源发电(IREG)机组在电力系统中的占比不断升高,目前,对IREG机组采用的全额固定电价收购模式将按计划逐步终止,IREG机组将作为市场竞争主体参与电力市场,包括电力现货市场的运营。在此背景下,考虑绿色证书交易,通过建立三层决策模型优化政府对IREG机组的补贴政策,并引导其参与电力现货市场运营。首先,提出了过渡机制并建立了多市场多主体交易框架。然后,分别以求解最优合约覆盖率、社会效益最大化的市场出清和发电机组参与现货市场的最优投标策略为目标,建立了考虑绿色证书交易的多主体三层优化决策模型,并以市场出清结果作为这三层模型间的交互数据。接着,基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件,将该三层优化决策模型转化为混合整数线性规划模型,以提升求解效率。最后,通过算例对所提过渡机制的可行性和有效性进行了验证。

考虑用户响应不确定性的园区综合能源系统分布鲁棒低碳调度

电、气、冷、热等多种能源耦合的园区综合能源系统(IES)有助于提升对可再生能源发电的消纳,提高能源利用效率。文中提出基于分布鲁棒优化的园区IES日前低碳经济调度策略。首先,构建考虑碳交易和综合需求响应的园区IES的运行架构,并建立碳交易模型和基于用户用能习惯的综合需求响应模型。其次,以最小化运行成本为目标,并考虑园区IES运行约束和燃料掺氢的电转气(P2G)设备两阶段运行等约束,建立了园区IES日前低碳经济调度模型。然后,构建计及用户响应不确定性的园区IES分布鲁棒低碳经济调度模型,并利用对偶原理将该分布鲁棒优化模型转化为二阶锥优化模型,采用商业求解器CPLEX求解。最后,以包含电、气、冷、热多种能源耦合的典型园区IES为例,对所提优化模型的可行性和有效性进行了验证。算例结果表明,采用所提出的低碳经济调度策略可以有效提升园区IES运行的经济性和消纳可再生能源发电的能力,降低IES碳排放和运行风险。

高光伏渗透率配电系统电压协同控制研究综述

未来新能源电力系统的典型特征之一是具备高渗透率的光伏发电,新能源电力系统将面临光伏出力频繁波动和通信性能不良的挑战。此外,新并网的光伏逆变器与现有的配电系统电压管理体系不尽匹配,需要对二者进行协同控制。在此背景下,对高光伏渗透率配电系统的电压协同控制方面的研究进行全面而系统的综述。对高光伏渗透率配电系统的内涵、定义以及电压协同控制亟需解决的矛盾进行概述;围绕分布式光伏逆变器的协同控制策略、逆变器与传统电压控制设备的协同这2个电压协同控制难题,对高光伏渗透率配电系统的相关研究现状进行综述;对这一领域尚待解决的理论和技术问题进行展望。

分布式源荷参与辅助服务的市场机制与实现方法

有效的分布式源荷参与辅助服务的市场机制可以扩大市场参与者的范围,提供多样化的能量、容量和调节服务,帮助电力系统实现快速调节、平衡供需和应对突发事件,从而维持系统运行安全性和提升运行经济性。在此背景下,首先,从有功平衡服务、无功平衡服务、事故应急及恢复辅助服务等方面综述和比较了国内外分布式源荷参与辅助服务市场机制的发展现状和发展思路。然后,基于独立主体和聚合2种参与形式,系统地总结了分布式源荷参与辅助服务市场的聚合和控制技术。接着,对分布式源荷参与辅助服务市场的计量、结算和成本分摊机制进行了梳理,并分析了区块链技术、共享商业模式在分布式源荷参与辅助服务市场中应用的现状和问题。最后,面向中国新型电力系统建设需求,展望了分布式源荷参与辅助服务市场的研究方向。

考虑现货电能量交易的发用电主体碳排放权交易决策模型

随着电、碳市场联系日趋紧密,电力行业主体在参与碳排放权交易时应充分考虑现货市场的影响。文中提出了一种考虑现货电能量交易的发用电主体碳排放权交易决策模型。首先,提出了现行电力市场模式下发用电主体参与碳交易优化决策的总体框架,考虑到电、碳市场在运行时间尺度上的差异,通过将交易周期离散化和动态刷新碳排放权交易结果,保障了电力市场和碳市场在出清机制方面的良好衔接和有效协同。其次,在碳排放权交易决策模型中,截至当前时点的所有既定成交的电、碳交易结果均被合理考虑,并在前序的现货电能量市场出清过程中将碳成本等要素纳入考量。此外,同步考虑了碳市场环境下碳排放权配额缺口、履约期压力效应等对主体交易行为的潜在影响,构建各类碳市场要素对主体决策相关量、价参数的映射关系。最后,通过算例验证了所提模型能够良好反映碳市场环境下发用电主体的竞价决策过程。

发电联盟参与电-碳-绿证市场的协同优化策略

为有效提高各发电主体的收益并促进发电侧碳减排,提出基于合作博弈的可再生能源-化石能源机组发电联盟参与电-碳-绿证交易的双层优化模型。首先,分析可再生能源发电机组和化石能源发电机组参与电-碳-绿证市场的方式,基于信息间隙决策理论IGDT(information gap decision theory)构建考虑现货价格不确定性的发电联盟鲁棒优化模型,作为双层优化的上层模型。接着,在下层建立电力现货市场出清模型、阶梯式碳交易模型和基于古诺模型的绿证市场交易模型,基于KKT条件将下层模型转化为约束条件并纳入上层模型。然后,构建基于Shapley值法和改进核仁法的发电联盟收益分配模型。最后,以IEEE 14节点系统为例进行算例分析,验证了所提模型的有效性。

面向需求响应的数据驱动零售电价定价策略

需求响应旨在削峰填谷和改善负荷轮廓,以提升电力系统运行的安全性和经济性。合理的电力零售定价有助于引导用户调整用能行为,促进需求响应。在此背景下,提出一种用能行为学习模型和一种个性化零售定价方案。首先,分析用能行为特征,利用基于多类注意力机制的长短期记忆网络提取特征关联性,构建用能行为学习模型。然后,考虑价格风险,以最大程度开发用户需求响应潜力为目标,建立个性化零售定价模型。算例仿真结果验证了所采用的学习模型相对传统深度学习模型的优势,提出的个性化零售定价方案可开发时变需求响应潜力,且能有效规避零售商收益风险和用户购电成本风险。

计及配电公司特许经营权的产消者点对点交易模型

在针对配电系统层面设计点对点电力交易机制时,需要考虑配电公司所拥有的特许经营权,通过设计适当的网络收费模式有效补偿配电系统基础设施所有者的投资和运行成本。提出一种计及配电公司特许经营权的产消者点对点交易模型。基于配电公司和产消者之间的主从互动关系,建立基于电气距离的过网费定价双层博弈模型,上层为以配电公司收益最大为目标的过网费价格决策模型,下层为考虑过网费的产消者最优调度模型;基于卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件将双层博弈模型转化为单层混合整数规划问题,进而得到过网费价格;利用交替方向乘子法分布式求解产消者点对点实时交易电量和交易电价。IEEE 33节点配电系统的仿真结果验证了所提模型能在保证配电系统安全运行的基础上保障所有产消者利益,且能合理补偿配电公司因放弃部分特许经营权而产生的收益损失。

基于向量自回归模型和Copula理论的电碳价格相关性实证分析

价格信号是确保市场在资源配置中决定性作用得以有效发挥的关键要素,开展电价与碳价之间的相关性研究,在推动电碳市场协同运行上的重要性不言而喻。在当前国内电、碳市场建设稳步有序推进的背景下,从数据驱动视角出发深入挖掘电价、碳价之间的时滞关系、阶跃响应关系、尾部相关性关系等关联性关系,以更好地理解电碳市场运行规律,助力电碳市场协同机制设计。首先,通过向量自回归模型(vector auto regressive model,VARM)构建了涵盖“电–碳–气–油”多市场体系价格序列之间的格兰杰相关性关系,并通过脉冲响应分析以及积分分析进一步量化电碳价格信号之间的时滞关系、阶跃增幅关系和累积响应程度;其次,构建了能有效模拟电价和碳价的波动性依存关系的Copula函数,并重点分析了两者之间的上下尾相关性关系。此外,选取欧洲统一电力市场和欧盟区域碳市场的欧盟碳排放权交易体系(EuropeanUnionEmissionTradingScheme,EU-ETS)的交易信息作为样本开展案例计算,分析结果表明,电价与碳价存在双向格兰杰关系,且同时受天然气价和油价的影响;此外,从上下尾相关性分析中可以看出,在市场运行中应合理防范电价和碳价同时大幅上涨的风险。

基于最优路径的配电网弹性恢复力提升策略

针对极端天气下配网系统的弹性恢复力提升问题,提出长短时间尺度的两阶段电力系统弹性恢复力提升策略。灾害发生后短时间内通过布置分布式电源和联络开关,对配电网进行孤岛划分和网络重构以恢复短时供电;考虑极端天气对交通网的影响,极端灾害发生一段时间后由检修小组在最短时间内完成维修以最小化负荷削减成本。通过协同优化建立长短时间故障演变分析的鲁棒优化(robust optimization, RO)模型,并采用列与约束生成(column-and-constraint generation, C&CG)算法进行求解;最后进行算例分析,验证所提模型对提升配电网弹性能力的有效性。

考虑光热电站的电热氢综合能源系统协调优化策略

为促进清洁能源消纳及多能耦合系统灵活运行,降低源、荷不确定性对系统的影响,构建包含光热电站的风光电热氢综合能源系统(wind-photovoltaic-electric-heat-hydrogen integrated energy system,WPEHHIES),提出一种鲁棒性可调的空间多面体不确定集两阶段鲁棒优化方法。基于列与约束生成(column-andconstraint generation,C&CG)算法将两阶段三层min-max-min鲁棒优化模型分解为一层min主问题与两层max-min子问题,通过强对偶原理将双层子问题结构简化处理;由子问题与主问题的交替求解,进而得到原问题的最优解。最后,通过算例分析验证所构建模型和求解算法的有效性及多能耦合系统出力的灵活性。