集成差异化建筑集群的微网系统分层分布式优化调度

针对差异化绝热性能建筑集群与微网系统间的协同互动,提出一种基于交替方向乘子法(ADMM)的分层分布式优化调度策略,在实现微网高效、经济运行的同时,充分考虑不同建筑集群的差异化利益诉求和隐私保护需求。首先,考虑多主体利益诉求,构建了集成差异化绝热性能建筑集群的微网系统分层调度模型。在上层,微网系统运营商(MSO)通过优化购电功率、售电功率和售电价格,最大化其收益;在下层,采用热阻-热容网络对建筑的热动态过程进行差异化建模,建筑集群用户通过优化暖通空调系统送风温度和购电价格,最小化其用能成本。然后,考虑数据隐私性需求,采用ADMM进行分层分布式求解。通过引入虚拟变量拆分上层MSO和下层建筑集群用户子问题,并耦合上下层优化变量,根据ADMM进行局部更新和交替迭代,得到全局优化解。为确保算法的收敛性,利用McCormick包络松弛方法将子问题转化为凸优化。最后,通过算例分析验证了分层分布式优化调度策略的合理性和有效性。

考虑碳流约束的电力系统能碳安全域模型与计算方法

针对当前电力系统碳减排任务与安全稳定运行需求,研究电力系统低碳安全运行技术。现有的能量流安全域模型使电力系统安全监视与控制更加科学有效,但忽略了系统运行过程中可能存在的“高碳”风险。文中提出了一种考虑碳流约束的电力系统能碳耦合安全域(简称能碳安全域)模型与计算方法,旨在保证系统安全性的同时减排提效。为完整刻画电力系统的低碳运行能力极限,分别从负荷端和源端角度提出了考虑碳流约束的系统最大供电能力曲线及最大消纳能力曲线模型。基于系统最大供电能力工作点,提出了能碳安全边界仿真拟合计算方法,实现了能碳安全域的降维观测。最后,结合算例验证了所提模型的有效性。

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

“人-车-桩-路-网”深度耦合下的配电网协同规划与运行优化

电动汽车(EV)作为连接交通电气化和电网清洁化的纽带和桥梁,可实现电力-交通-信息之间的深度耦合,形成电力-交通一体化的规划及运行架构。配电-交通融合系统(DTIS)中,EV充放电行为多时空动态交织、电能流-交通流-信息流深度融合、多利益主体动态博弈等大量不确定性因素使配电网的规划及运行优化的边界都将发生重大转变,但同时也给挖掘利用EV的移动储能特性和提升配电网灵活性带来了契机。为此,在分析“人-车-桩-路-网”深度耦合下配电网的形态演化特征基础上,剖析了新形态下配电网协同规划与运行优化所面临的新挑战,进而针对“人-车-桩-路-网”耦合下的EV灵活性建模、灵活域高效构建及预测、协同规划、运行优化4个方面关键技术展开讨论,并对相关技术问题的研究方向进行了展望。

特约主编寄语

2023年7月11日,习近平总书记在中央全面深化改革委员会第二次会议强调要加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统,更好推动能源生产和消费革命,保障国家能源安全。相较于传统的电力系统,新型电力系统“三高双峰”的运行特征,对其安全可控带来前所未有的挑战。一方面,高比例新能源接入后的电力系统,系统灵活性需求大幅增加,但传统电源被新能源替代,大大降低了常规灵活性资源的容量,新能源固有的波动性给电网稳定性带来了严重的威胁。

面向中压直流配电网的模块化多电平电池储能系统电荷吞吐量抑制策略

模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter-battery energy storage system,MMC-BESS)中各子模块功率周期性波动,与其相连的电池组充放电状态频繁切换,产生额外的电荷吞吐量,危害电池储能系统寿命。当MMC-BESS用于中压直流配电网时,其交直流侧功率传输情况复杂多变,增大电荷吞吐量的抑制难度。因此,文中针对中压直流配电网中的MMC-BESS,提出一种基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略。首先,构建中压直流配电网中MMC-BESS的数学模型;其次,剖析MMC-BESS电荷吞吐量的产生机理,分析不同运行方式下电荷吞吐量的影响因素;再次,提出基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略,以系统总电荷吞吐量最小为目标,选取不同工况下需注入的最优二倍频环流分量;最后,多种工况下的仿真及实验结果表明,所提方法可有效抑制中压直流配电网中MMC-BESS的电荷吞吐量。

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

MMC-HVDC交直流混联系统小扰动稳定域迭代求解和形态分析

随着高压直流输电技术的发展,区域电力系统将拓展为大规模交直流混联系统。因此,需要建立可以同时精确刻画交直流动态的大规模交直流混联系统模型来研究混联系统的动态与稳定性。文中考虑了交流侧和直流侧的详细动态,建立了异步联网的模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)交直流混联系统的状态空间模型,给出了具体的解析解形式,并推导了多重迭代信赖域算法。所提算法建立了决策变量空间内的点与平衡点的映射关系,结合Hopf分岔识别边界,提出了一种多重迭代求解小扰动稳定域边界的方法。在利用Simulink仿真验证模型准确性后,以发电机出力作为决策变量绘制了交直流混联系统稳定域,利用特征根和参与因子定量研究了直流失稳和交流失稳的机理以及控制策略和控制参数对稳定域边界的影响。对比分析了多区域的混联系统与交流系统的稳定域,结果表明换流站和直流网络的引入可能使多区域系统稳定域边界呈现多约束共同决定的近似分段线性拓扑特性。

中压直流配电场景下混合型MMC过调制工况对运行稳定性的影响分析

混合型模块化多电平换流器(hybrid MMC)可通过过调制运行实现中压直流(MVDC)配电网的直流故障穿越.现有研究未充分分析过调制工况下混合型MMC的运行稳定性,无法满足中压直流配电网的运行需求.为此,本文通过与正常工况进行对比,分析了过调制工况对混合型MMC运行稳定性的影响.首先,在电气与控制部分统一的dq坐标系下,构建考虑直流调制比的混合型MMC小信号模型,并将其与详细电磁暂态(EMT)仿真结果对比,验证所建立模型的准确性;其次,对比正常及过调制工况下的根轨迹,进而从控制参数可行域的角度分析了过调制工况对系统运行稳定性的影响;然后,基于主导模态特征根的虚部计算系统失稳时的振荡频率,并将其与相同控制参数下电磁暂态仿真结果进行对比,验证上述稳定性分析结果的正确性;最后,基于参与因子法计算各状态变量对于主导模态的参与程度,从而揭示对系统稳定性影响较大的关键状态变量.理论分析及仿真结果表明,混合型MMC的内部模态会随着交流及直流电流控制器参数的增大而逐渐趋于不稳定;相较于正常工况,过调制工况下混合型MMC控制参数可行域扩大,小信号稳定性提高.

基于信息间隙决策理论的卡车式移动充电站协同调度策略

卡车式移动充电站(TMCS)由于具有良好的移动储能及调度灵活性已经引起国内外业界的高度关注,而其潜在的应用价值尚未得到充分挖掘。为此,提出一种基于信息间隙决策理论(IGDT)的TMCS协同优化调度策略,以协调其在为电动汽车充电服务和电网能量套利之间的协同运行。根据运营商对风险的偏好程度,分别建立鲁棒IGDT模型和机会IGDT模型,在不同风险态度下,探讨了电动汽车充电需求以及电网注入功率的不确定性对运营商优化调度方案的影响。算例分析表明,所提方法能够为考虑多重不确定因素的TMCS优化调度决策提供有效支撑,在兼顾充电服务质量的同时保障充电设施运营商的收益。

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

基于可靠性指标复用的地震灾害配电网韧性评估方法

针对现有研究通常只考虑配电网的可靠性与韧性,而忽略二者之间的关联关系,导致对相同的故障场景需要重复分析影响评估效率的问题,提出一种基于可靠性指标复用的地震灾害配电网韧性评估方法。首先,基于地震场景下的配电网负荷削减量和极端灾害的发生概率,构建面向规划的地震下配电网韧性指标;然后,根据可靠性和韧性评估中同一故障状态造成的停电范围及负荷削减情况相同这一特点,利用可靠性分析过程中已经计算得到的故障影响增量,直接计算地震下配电网韧性指标,大幅提高地震下配电网韧性评估效率;最后,进一步扩展高阶故障消去方法的适用范围,使其能够快速计算单联络型串联故障。通过RBTSBus6Feeder4算例和IEEE 123节点算例验证了本方法的有效性。

区域综合能源系统若干问题研究

区域综合能源系统对提高社会能源利用效率、促进可再生能源规模化开发、提高社会基础设施利用率和能源供应安全,以及实现中国节能减排目标具有重要意义,已成为国际能源领域重要的战略研究方向。区域综合能源系统是符合国家重大战略发展需求的重要研究课题。围绕区域综合能源系统规划和运行优化这一专题,分别对区域综合能源系统的通用建模理论、综合仿真理论与方法、规划理论与方法、安全性理论与方法、运行优化与控制、效益评估与运营机制等方面问题进行了系统归纳,对各问题所涉及的国内外研究方向和现状、存在的问题分别进行了概括和分析。最后结合中国的综合能源战略和未来发展现状,对区域综合能源技术在中国的发展前景和典型应用形式需求进行了探讨。

基于多能量场景谐振域构建的风机控制器参数优化方案

文中提出了一种基于谐振域(RA)的风机控制器参数优化方案,用于刻画在多能量场景下风机与多机系统的模式谐振,并通过优化风机的控制器参数降低潜在的模式谐振风险。首先,建立计及能量场景变化的系统小信号模型。其次,提出确定复平面上可能发生模式谐振区域的RA概念。然后,设计衡量谐振强度以及谐振对模式振荡阻尼影响的谐振强度指标(RSI)。为了避免潜在的模式谐振风险,基于RA和RSI对风机控制器参数进行优化。通过IEEE 39节点模型,验证了所提优化方案可在多能量场景下捕捉模式谐振发生区域,并通过风机控制器参数优化有效避免系统潜在的模式谐振。

基于二阶罚函数自适应变阶拟合的全局电网惯量时空感知

随着传统同步发电机逐步被新能源发电替代,电力系统惯量不断降低,惯量时空评估对保障系统安全稳定运行愈加重要。首先,提出了基于二阶罚函数自适应变阶拟合的全局电网惯量时空感知方法;其次,基于同步相量测量单元(PMU)准确估测系统各空间节点的频率变化率及功率变化,采用二阶罚函数对PMU监测数据进行预处理,并对每段拟合数据的处理过程加以自适应变阶拟合;最后,通过两种方法的结合,可实现对电力系统广义节点惯量的时空感知。通过仿真案例分析,验证了所提方法在大、小扰动工况下对惯量时空评估的准确性及适用性。

能源转型视角下城市能源系统的形态演化及运行调控

随着能源转型进程的加速,城市能源系统(UES)的源-网-荷-储角色定位将发生重大转变,系统形态将向着信息物理高度融合、多能源分区互联的方向逐步演化。这一方面为UES的运行提供了更为丰富的灵活性资源,但同时也给运行调控引入了大量复杂的不确定性因素,极大制约了UES安全、经济与可持续发展。从UES能源转型过程中的形态演化分析入手,重点阐述了UES未来分区互联化的形态特征,剖析了新形态下UES运行调控面临的挑战,进而从互补潜力分析、运行态势感知、柔性互联控制、可靠性评估与韧性提升4个方面对UES运行调控关键技术展开讨论,并对相关技术问题的研究方向进行了展望。

电力系统混沌现象与不同失稳模式之间的关系

电力系统混沌现象与随机的往复振荡相似,在电力系统安全运行中是绝对不允许出现的,同时又由于混沌现象本身的复杂性,它的存在必然对电力系统稳定性研究和失稳预防等工作产生很大的影响。该文研究的重点是弄清楚馄沌现象与系统不同失稳模式之间的关系和混沌现象在系统失稳发展过程中所处的实际位置。该文在研究过程中发现、并以示例分析了由于混沌极限环破裂(即混沌的稳定状态消失)而导致系统电压崩溃、角度失稳及电压和角度同时失稳的现象,后两种现象属于首次报道和首次研究。这些现象的存在表明,混沌现象可能是做为电力系统大扰动 失稳过程的一个中间阶段而存在。

电力系统混沌现象及相关研究

利用非线性动力系统的基本理论 ,并借助于一个简单的电力系统 ,给出了电力系统中导致混沌出现的两种不同的途径。运用Piocar啨截面和Ｐｉｏｃａｒ啨映射技术 ,深入研究这两种途径的表现形式、内在规律、引发机理 ,并进一步讨论了它们与电力系统扰动间的关系。由于混沌现象存在时 ,系统运行参数将伴随持续无规则的振荡 ,这在电力系统运行中是绝对不允许的 ,而弄清楚混沌的产生机理 。

城市园区微网系统端对端能量交易技术研究现状与展望

随着分布式能源(distributed energy resources,DERs)以及需求侧柔性资源的广泛应用,城市园区微网系统(urban community microgrid system,UCMS)的架构、形态和运行方式将发生根本性改变,终端用户在微网中的身份将从传统的消费者转变为兼具能量生产与消费能力的产消者。通过建立端对端(peer-to-peer,P2P)能量交易机制,各个产消者之间可以在市场的引导下实现能量资源的协调优化,有效提升经济效益、供需平衡以及可再生能源就地消纳等UCMS全局效用。为此,分别从交易机制、运营策略以及建模分析3个角度,对城市园区微网系统P2P能量交易技术的研究现状进行了分析,希望能够对未来UCMS市场化运营提供一定的思考和借鉴。

电力系统时滞稳定域临界点的快速搜索新方法

提出一种在二维时滞空间中快速求解电力系统时滞稳定域的新方法。依据电力系统时滞稳定域临界点关键特征值具有周期性的特点,通过空间映射构建临界函数,借助二分法在有限区域内求解该函数,获取时滞稳定域临界点的关键特征值及相关信息;再通过逆映射求取电力系统时滞稳定域的临界时滞,采用微扰方法判定临界时滞所围成的小扰动时滞稳定域,并进一步推广到大范围时滞区域中。该方法计算速度快、精度高,WSCC 3机9节点算例验证了所提方法的可行性和有效性。同时,对时滞稳定域边界拓扑特性深入研究表明:时滞只诱发稳定系统出现Hopf分岔,不会导致新的奇异诱导分岔点产生。