“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。

多无人车协同规划及突发情况下应急响应与恢复方法

面对环境突变、车辆故障等突发情况,传统集中式协同规划方法无法快速应急响应、实现系统冲突消解和有序恢复。针对以上问题,提出一种运动学约束下多无人车协同规划及突发情况下应急响应与恢复方法。首先,采用集中式搜索架构构建运动学约束下的协同路径规划模型,引入车身约束树以消解连续空间内多无人车碰撞。其次,为确保受突发情况影响的无人车能够安全快速停靠并降低对系统的干扰,提出一种基于预警区域的应急规划起始点选取方法,基于紧急事件发生时无人车状态生成的随机搜索树进行分层搜索,将随机搜索树、系统内部时空约束、无人车运动稳定性需求相结合,确保无人车能平稳过渡到应急停靠点。最后,在系统恢复过程中,针对不同无人车到达应急响应停靠点的时间差异,采用异步规划策略,将未受突发事件影响的车辆轨迹纳入协同规划的时空约束,最终生成应急响应后的恢复轨迹簇。仿真测试中,最优应急响应轨迹生成平均时长0.324 s,应急响应模块将规划成功率由28.7%提高到87.6%,异步模块在突发障碍物高达15个时将运行效率提升接近93%。

考虑不确定性的配电网-多综合能源系统分布式协同规划

综合能源系统的多点并网加剧了配电网规划的“维数灾害”,提出兼顾多主体利益均衡性和分析计算高效性的配电网-多综合能源系统的分布式协同规划方法。以区间数刻画系统内的源-荷不确定性,构建计及多利益主体的配电网-多综合能源系统分布式协同规划框架;考虑多源联供的低碳清洁性、综合能源系统对配电网的支撑性和多能互补性,建立考虑奖惩碳交易机制的配电网-多综合能源系统双层规划模型;采用基于最大变差分析的目标级联分析法求解含有区间不确定性和多主体耦合性的规划模型。仿真结果表明,所提方法有效降低了配电网耦合综合能源系统的复杂度,提升了系统内各利益主体的均衡性。

柔性网架结构下考虑双边交易的多微网与配网协同规划

高比例风光接入下,多微网与配网间的双边交易对配电网的调控能力提出了更高要求。考虑柔性配电装置快速灵活调节网络潮流的优点,提出一种柔性网架结构下考虑多微网与配网双边交易的协同规划方法。首先,在考虑智能软开关规划的基础上构建协同规划的广义纳什议价模型。其次,采用交替优化策略将议价模型转化为易于求解的双层迭代过程,上层各主体各自优化规划方案,下层完成双边交易的结算问题。然后,将下层问题等效转化为电量结算和费用结算两个子问题,并分别采用交替方向乘子法求解。最后,在IEEE33节点配电系统中的算例表明所提规划方法可有效缩减社会总成本和各主体年综合费用。

计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法

为了降低风光电站并网给电力系统电压稳定性带来的负面影响,提出了计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法。分析了风光电站的发电特性,并对其建立数学模型;考虑并网等值阻抗和静态电压稳定性的内在制约关系,进一步综合风光电站及其汇集站选址定容、并网点位置等优化目标,建立了风光电站选址定容协同规划模型;基于地图栅格化和分段线性化方法,将所提规划模型转换为混合整数线性规划模型;在此基础上,利用K-means算法提取典型场景,并给出了所提模型的求解流程。基于西南某地区的实际数据进行算例验证,结果表明所提规划方法能够充分发挥规划区域内自然资源的禀赋特性和风光发电互补性,有效提高了风光电站并网后的静态电压稳定性。

面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法

现代控制理论和电力系统状态估计中的能观性定义难以满足配电网态势感知的需求,配电网规划模型中也缺乏对能观指标的考虑,为此,提出面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法。对配电网的变量与状态空间模型进行定义,并根据传统能观性定义对配电网中的传统/新型变量进行能观性分析;基于传统能观性定义的缺陷提出新的配电网能观性和能观指标定义,并建立考虑能观性的配电网精细化协同规划模型。算例分析结果表明,所提规划方法考虑了实际量测误差的影响,实现了一次网架规划和二次态势感知设备配置的综合最优,达到了经济性和能观性的平衡。

高比例新能源接入的输电网外送通道与储能分布鲁棒优化协同规划方法

针对具有强随机性、集中式、大容量的风电与光伏并网给输电网的安全运行及新能源消纳带来的巨大挑战,考虑风电与光伏出力的不确定性和时序相关性,提出高比例新能源接入的输电网外送通道与储能的分布鲁棒优化协同规划方法。首先,以外送通道与储能的规划共同作为决策变量,将富余的新能源资源通过规划的外送通道送出;其次,利用储能缓解和抑制新能源发电的间歇性和随机波动性,促进实现新能源的全额消纳;然后,应用二阶锥凸松弛、泰勒级数展开等技术,将原混合整数非凸非线性规划模型转化成混合整数凸规划模型,以实现高效求解。最后,以改进IEEE 39节点输电系统为算例进行仿真计算,验证了所提模型和算法的正确性和有效性。

面向海上突发事件应急救援任务的协同规划

针对海上突发事件应急救援任务风险大、时间紧、冲突多及协同规划难等问题,急需一套海上应急救援协同机制予以支撑.首先,分析海上突发事件应急救援特点,探索应急联动协同机制;然后,面向海上应急救援任务的时空特点,构建基于时空因素的协同规划模型.进一步,针对指挥协同规划难题,构建基于观察–判断–决策–执行(OODA)作战环的应急救援单元协同联动模型,并着力于分析协同救援单元的一致性及救援时效性,旨在提升应急救援效能.最后,以海上危险化学品泄露救援任务为想定,利用上述模型方法进行规划建模与仿真验证.结果表明,所提出应急救援任务协同规划方法,能够有效的优化协调好海上突发事件的应急救援协同问题,提高了应急救援效能,为海上应急救援部门指挥决策提供了重要支持.

考虑出力平滑的风光储协同规划方法

为了平抑可再生能源波动,风、光厂站需强制配备储能系统。但目前储能成本较高且设备利用率偏低,导致配储积极性不高。提出一种协同规划方法,通过多个新能源场站协同规划装机及储能系统,以达到降低投资成本、减少弃风弃光的目的。首先提出了基于小波阈值降噪的新能源出力平滑方法,将平滑后的曲线作为发电计划;其次将各场站合作联盟作为整体,以全寿命周期利润最高、外送通道利用小时数最高以及弃电率最低为目标,考虑设备运行约束、电网考核约束、弃电约束、外送通道约束等,建立风光储协同规划模型,并提出了基于Shapley值的利益分配方法;最后算例分析表明,本文所提方法能够有效降低储能规划成本和弃电率,提高经济效益。

基于主从博弈的主动配电网分布式电源与独立储能协同规划方法

为进行电力市场改革背景下的分布式电源(DG)与独立储能的合理规划,文中以分布式电源运营商(DGO)和独立储能运营商(IESO)为投资主体,分别对配电网中DG和独立储能的安装容量进行决策。以DGO为主导者、IESO为跟从者构建主从博弈双层规划模型。针对独立储能制定了消纳新能源出力与电池余量套利相结合的运行策略,并引入交易电价,使DGO利用弃风弃光部分与IESO开展交易。采用标准粒子群算法与数学优化方法相结合的方式求解模型,通过IEEE 33节点配电系统仿真分析表明,所提出的规划方法可有效提高规划的经济性,有利于储能的市场化发展,同时可提高DG渗透率,减小弃风弃光率。

高比例可再生能源接入下的发电、输电、变电、配电系统协同规划

本文通过时间序列分析、回归模型和机器学习算法预测未来电力需求,并综合考虑环境、经济、社会等多方面因素,运用层次分析法和模糊综合评价法对发电类型进行选择,然后建立混合整数线性规划或动态规划模型,以确定发电设施的最优配置、运营和维护策略。本文采用综合性的方法,包括四层协同优化建模和模型求解策略,经过系统协同规划结果分析,发现规划后的高比例可再生能源接入电力系统在各个方面均得到了显著改进。

综合防灾发展驱动下避难场所与救助设施的协同规划探讨

城市避难场所与应急救助设施的协同布局,是综合防灾发展驱动下城市避难场所规划的必然要求。基于此,先通过厘清避难场所在传统职能运行基础上,从灾害暴发期至缓解期参与治安消防、医疗救护、物资供应等应急救助的行动机制,构建以避难场所为核心空间节点、多方专业救助设施紧密联结的“避难协同空间系统”;再提出灾害风险评估、空间规划决策、规划实施保障的三段式避难场所和救助设施协同规划路径和策略,以此落实避难场所和多方救助单位之间行动兼空间上的密切配合。

适应农村典型场景的多元能量系统协同规划

针对可再生能源消纳及双碳战略需求,本文提出一种适应农村典型场景的多元能量系统协同规划方法。首先,综合农村多种典型场景构建一种适应农村典型场景的多元能量系统;然后,基于生物质直燃和厌氧发酵方式构建两种热电联产模型;最后,采用阶梯碳税和能源断供/弃能惩罚机制,综合考虑各项成本及可再生能源供能补贴和沼肥收益,以总成本最低为目标建立适应农村典型场景的多元能量系统协同规划模型。算例分析表明,所提方法可提高适应农村典型场景的多元能量系统的经济性、低碳性、可靠性和可再生能源消纳率。

计及碳排放流的光储充一体化电站及加氢站协同规划

随着“双碳”目标的深入推进,新能源汽车的发展成为解决交通-能源领域碳排放问题的重要途径。文中提出一种计及碳排放流的光储充一体化电站和汽车加氢站的联合规划方法。首先,采用蒙特卡洛方法对新能源汽车的时空特性进行随机抽样,考虑充能站位置、规模和能源供应等因素,以系统经济性最优为目标建立规划模型。然后,引入碳排放流理论,结合潮流计算及电力网络分析方法,将碳排放成本纳入目标函数。最后,以中国南方地区某城市片区主动配电网为例,对不同光伏出力、新能源汽车渗透率场景的规划结果进行分析,验证了所提方法的有效性。

考虑柔性负荷接入的E-SOP与网架协同规划方法

针对传统的配电网规划方法对柔性负荷的考虑缺失而导致灵活性不足的问题,提出一种考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关网架协同规划方法。首先,对可转移与可削减柔性负荷的不确定性进行建模分析,采用蒙特卡罗抽样实现电动汽车等柔性负荷的功率特性精细化模拟;其次,充分考虑分布式电源和柔性负荷的时序特性,构建考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关与网架协同规划模型;最后,以改进的IEEE33节点系统为例验证所提模型和方法可有效提高新型配电网规划的灵活性。

考虑水电机组振动区的水风光协同规划模型

随着风电、光伏的大规模并网,电力系统面临灵活调节能力不足的挑战。水电运行灵活,通过与风光协同规划、互补运行,能有效平抑新能源出力波动,保障并网消纳。水风光协同规划的关键之一在于对水电灵活调节能力进行准确建模,其中振动区约束不容忽略。为此,提出了考虑水电振动区的水风光协同规划模型。该模型首先利用组合数学技术将水电机组振动区合成为电站振动区;然后,综合考虑振动区约束及梯级水力联系、水力发电方程等各项约束,实现对水电系统的准确建模;最后,耦合水电系统与新能源、联络线等相关运行约束形成水风光协同规划模型,并采用混合整数线性规划进行求解。以乌江流域某水风光互补系统为例,验证所提模型的有效性。

基于Stateflow的焊接机器人协同规划策略

为了减少多焊接机器人协同规划过程的时间以及算力需求,提出了基于有限状态机理论的多焊接机器人协同规划方法。以汽车侧围总成为焊接对象,使用混合遗传-引力搜索算法(Genetic Algorithm-Gravitational Search Algorithm,GA-GSA)求解工作单元中各焊接机器人焊点分配问题,完成焊接路径规划。确认焊接过程中各焊接机器人间碰撞区域,以精确建立互斥区域,使用Stateflow工具对多焊接机器人系统进行建模与仿真。根据实际工况设置系统中各焊接机器人优先级输入以及每个焊点完成焊接任务所需时间,可得该工况下系统中焊接机器人动作最优调整方案。通过2个仿真案例验证了该方法的可行性与有效性,结果表明该方法可以快速有效地完成多焊接机器人协同规划。

基于广义目标级联法的多牵引变电站光伏-储能协同规划配置

为铁路牵引供电系统中牵引变电站接入光伏等新能源以及储能,是积极落实能源交通绿色融合发展战略的手段之一。协同规划各个牵引变电站的新能源储能容量,能够有效提升较长距离牵引供电网络的绿色化水平。该文以融通型牵引供电架构为基础,以“规划+运行”为基本思路,提出多牵引变电站光伏-储能协同规划配置方法。首先对负荷侧数据进行处理,同时建立光伏出力的概率模型;其次以经济性最优建立单牵引变电站优化规划模型,并采用广义目标级联(G-ATC)法,考虑投资、运行成本最小及弃光成本最小,构建同一铁路沿线多座牵引变电站的协同规划模型,对多站点进行协同规划配置;最后针对得到的协同规划配置方案进行了运行模拟,并以某货运铁路为例进行分析。结果表明,该方法能够合理、高效地完成多站点新能源-储能规划配置并满足系统运行需求,为既有基于融通供电型的牵引供电系统升级改造提供了可行方案。

分布式电源与配电自动化终端协同规划研究

在分布式电源并网发电的背景下,为了提高配电网规划的合理性,同时降低总体的规划运营成本,本文提出了分布式电源与配电自动化终端协同规划模型。该模型由2个部分组成。上层规划模型用于确定分布式电源在配电网中的最佳接入位置和容量,其目标函数为综合运行成本最低,约束条件包括孤岛约束、潮流约束和容量约束等。下层规划模型根据分布式电源的规划方案,进一步确定配电自动化终端的安装位置,其目标函数为停电损失和终端成本最低,约束条件为系统可靠性。完成建模后,利用仿真软件对IEEE 33节点进行规划。结果显示,其规划成果的总成本和可靠性计算结果均优于对照组,验证了规划模型的实用性。

TOD理念下城市用地与轨道站点协同规划策略

基于TOD模式理论及实践的研究,建立多目标决策分析模型,研究轨道交通站点与周边土地资源协同规划策略。将分析模型应用于某城市新区A站点周边土地资源规划中,确定900m为轨道站点开发范围,通过计算结果,对周边土地的协调利用提出改善建议。该研究成果可为轨道交通站点周边土地规划利用提供参考。