极端天气下三峡库区土地利用对河流水质的多时空尺度影响

为探究极端天气下流域内水质对土地利用的响应关系,本研究基于不同空间尺度(1000 m河段缓冲区、500 m河岸带缓冲区及子流域)的土地利用指数以及旱季(2019年11月)、雨季-洪水期(2020年7月)和雨季-干旱期(2022年8月)的水质数据,探究流域内土地利用对水质的多时空尺度影响,从而得到保护流域水质和规划流域内土地利用格局的最佳时空尺度和对水质影响最显著的预测因子。研究表明:(1)流域水质受极端天气影响,降雨会增强水体的稀释能力,高温会加快水中微生物反应速率,具体表现为雨季-洪水期的水质较好,雨季-干旱期次之,旱季较差。(2)土地利用对水质指标的影响存在时空尺度效应,土地利用在子流域和旱季尺度下对河流水质影响最显著。(3)不同土地利用指数对流域水质影响存在差异,耕地、林地、斑块密度、最大斑块指数和边缘密度是影响水质指标最显著的解释变量。其中林地与多数水质指标具有负相关关系,建设用地、耕地、斑块密度与较多水质指标存在正相关关系。本研究结果为合理规划土地利用格局以及保护河流水质提供科学依据,对三峡库区环境可持续发展及生态保护具有一定意义。

面向风光储系统的多时空尺度容量置信度评估方法

随着新能源逐渐成为主体电源并且通过跨省跨区互济,广域新能源系统供电能力刻画对保障电力系统可靠供应具有重要意义。储能可有效平抑新能源波动性,从而有效提升其供电能力,容量置信度是刻画新能源-储能系统供电能力的重要指标。因此,首先提出了面向跨省跨区风光储系统的多时空尺度容量置信度评估指标体系和计算方法,将容量置信度评估周期拓展到短期运行态、中期运行态和规划态等多时间尺度,以更好地支撑关键场景下的电力系统保供电需求;并研究了面向风光场站、省级电网、跨区电网等多空间尺度的容量置信度评估方法,从而支撑广域风光储系统的供电能力刻画。此外,从时间和空间2个维度提出了将运行模拟加速算法用于广域风光储系统容量置信度评估。结合RTS-GMLC跨区算例验证了所提评估方法的有效性,研究结果表明:净负荷高峰关键场景对新能源储能系统的容量置信度影响较大,通过广域源荷互补和储能接入可有效提升新能源系统的容量置信度。

计及需求响应的MPIES多时空尺度鲁棒随机优化调度

针对多园区综合能源系统多时间尺度优化调度问题,结合各时间尺度源、荷不确定性特征与响应特性、园区数目对计算规模的影响,提出一种计及需求响应的多园区综合能源系统多时空尺度鲁棒随机优化调度架构。日前调度建立计及可中断负荷的多园区多能流系统鲁棒优化调度模型,确定系统最恶劣运行场景下基本调度策略;日内调度建立计及可中断负荷和替代型需求响应的单园区多能流系统随机优化调度模型,细化并调整调度策略;实时调度建立计及直接负荷控制的单园区电气系统随机优化调度模型,削弱调度策略受源、荷出力波动的影响。最后,通过算例验证了该架构能有效提高系统运行的经济性和稳定性。

多时空尺度风电统计特性评价指标体系及其应用

风电特性统计分析是风电并网研究的基础工作。对风电的统计指标进行了系统的梳理和分类,构建了多时空尺度的风电特性评价指标体系。指标体系可分为反映风电自然特性及其与电网交互作用特性2类,每类指标刻画一项特性,由少量的核心指标与衍生指标构成。结合风电并网后可能对系统造成的影响框架,分析了指标在不同时空尺度下的应用方法。最后以北方代表性风电基地为例,在计算典型指标的基础上说明指标在实际系统中的应用方法。

多时空尺度下风电平滑效应的分析

平滑效应是大规模风电群聚所共有的特性之一,其显著程度直接影响总出力的波动性,掌握其基本规律可为大规模风电的预测及评估提供可靠依据。本文采用数理统计的分析方法,研究了多时空尺度下风机集群的平滑效应,建立了平滑效应、出力相关性、风机台数三者之间的函数关系,分析了同一风电场内风机集群的平滑效应极限值。基于风电场的实测数据,对比分析了不同时间尺度、风机间距、风速大小下的出力相关性,进而给出了平滑效应的时空变化特性。研究结果表明:在分钟级时间尺度下,风电集结的空间规模效应较显著,平滑系数随风机台数(N)的递增呈现近似N-1/2的下降趋势;在给定的时空尺度下,平滑效应随风速的增大而增强。

多时空尺度风电消纳体系初探

近年来中国风电产业迅速发展,但由于风电所具有的不确定性、随机性与波动性,其并网消纳问题成为了制约风电可持续发展的瓶颈。以国家即将出台的可再生能源配额制政策为指导,提出了一套多时空尺度风电消纳体系,在空间层面考虑了省级、区域级、国家级等不同等级的电网消纳主体,在时间层面考虑了中长期、短期、实时等不同尺度的消纳需求。该体系整合了各层面风电消纳技术、评估评价方法、市场机制与配套政策,使针对风电消纳所研发的技术与政策能够发挥出最佳效用,实现风电消纳过程的良性运作,最终实现风能资源的高效利用。

多时空尺度的土壤质量评价最小数据集的建立

[目的]探讨土壤质量评价最小数据集的建立方法,并且基于建立的方法构建不同时空尺度的土壤质量评价最小数据集。[方法]基于环境相关法,采用皮尔森相关分析、主成分分析和计算矢量常模值、土壤母质类型、土壤类型和土地利用与土壤质量的关系等建立土壤质量评价最小数据集。[结果]就空间尺度而言,衡量县域和乡镇尺度土壤质量好坏的最小数据集明显不同,2008年县域尺度下最小数据集包括土壤容重、砂粒、土壤有机质、黏粒、pH、土壤有效锌、土壤有效锰7个指标,而进入2008年乡镇尺度下的最小数据集则为粉粒、有效钾、有效锰、全氮、土壤容重、黏粒、pH、土壤有效铁8个因素;就时间尺度而言,不同时期的最小数据集不同。[结论]土壤质量评价必须和时空尺度挂钩才有意义。基于该研究建立的方法得到的土壤质量评价最小数据集参数能够最大限度地包含所有未入选参数所表达的土壤质量信息。不同时空尺度下建立土壤质量最小数据集冗余程度最低。

面向新能源功率多时空尺度精确预测的机制创新与平台建设探索

构建以“新能源”为主体的新型电力系统迫切需要从全网统筹的角度对新能源功率进行更加精确化的预测和预测结果实用化的应用,以此提高大电网接纳高比例新能源能力、改善电力系统运行安全性与经济性。立足以调度实际需求为导向,以解决问题成效为衡量标准,以“开放、高效、实用”的理念、机制革新实现科技创新,提出一种调度机构视角下新能源多时空尺度精确预测的机制创新探索及创新平台的实施方案。从顶层设计、机制创新思考及创新平台的架构和主要功能等多方面展开探讨,力求依托技术、管理双创新,探索调度机构实施新能源功率预测水平提升的新路径。

计及需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化调度

综合能源系统运行是当前能源研究领域的热点之一,随着能源领域机制的改革,含有多微能网的综合能源系统给电网运行带来了巨大挑战.针对含有多微能网综合能源系统接入上层配网造成的经济与运行问题,提出一种考虑需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化运行策略.从能源角度构建一个多维能源供需平衡模型;进一步建立上、中、下共3层协同优化的多时空尺度运行模型,上层采用日前调度,中层采用日内调度,下层采用实时调度,3个调度阶段分别引入可替代、可转移和可削减负荷进行需求响应优化.算例表明,该策略可以实现多维能源之间的协调互补以及多种能源在不同时间和空间尺度的协调运行,提高了系统运行的经济性.

基于多时空尺度辅助服务的多类能源协同运营优化机制研究

在可再生能源参与电力现货市场交易的环境下,考虑可再生能源发电波动性、系统节点电压稳定性以及实时负荷需求的影响,构建含有可再生能源的多类能源联盟体运营模式,模拟光伏、风电能源分别接入不同节点系统,以及选择系统典型的日负荷需求曲线(峰谷差率分别取55.68%、37.03%)设计不同的运行场景;并基于联盟体中各主体的均衡收益、收益均衡离散性评价、发电功率优化分配以及系统总收益构建多时空尺度辅助服务优化运营模型。研究表明:1)多类能源联盟体模式可有效减少可再生能源波动性对系统稳定性的影响,促进联盟体多个时段总体运营收益明显改善,充分挖掘系统辅助服务的市场价值;2)以满足负荷实时需求的多时空尺度辅助服务组合策略,可实现对于各主体多时段的出力优化以及市场投标报价决策的支持,以提升联盟体的市场竞争力;3)揭示了联盟体多时空尺度辅助服务总收益、各主体的均衡收益与负荷实时变化的关联规律和机理,为完善联盟体模式参与电力实时市场交易理论提供了实证数据支撑。

五种卫星降水产品在沿海流域多时空尺度的综合精度评估

基于九年实测资料,为验证GPM第六版本的3个子产品(IMERG-E,IMERG-L,IMERG-F)和TRMM七版本的两个子产品(TMPA-3B42,TMPA-3B42RT)的适用性,在南流江流域上进行了多时空尺度的精度评价。结果表明,(1)对流域和站点来说,IMERG产品在日尺度上的相关性(CC)和稳定性(RMSE)优于TMPA。随时间尺度的增大,两者差异缩小且TMPA-V7超过了IMERG-E和IMERG-L。在空间上,东南站点相关性较弱,最南部站点稳定性较差。(2)同一个产品下,15个站点的相对误差(RB)相差较大,但对于某个站点,五个产品的RB的差异并不明显。在流域上,相比于近实时产品,后实时产品的RB更低更精确。IMERG-F轻微高估降雨量,而IMERG-E和IMERG-L低估程度较高。(3)3个分类指标(POD,FAR,CSI)随阈值变化的趋势在站点和流域尺度上相似。IMERG相比于TMPA提升了对小雨的探测能力。5个产品对暴雨的探测效果均不理想且各站点值的分布更加分散,表明雨强对卫星探测力的影响很大。总体来说,IMERG-F在南流江流域比TMPA产品有更高的一致性。

淮河中上游植被变化及其对气象因素的多时空尺度响应

[目的]植被与气象因子关系的多时空特征有助于深入理解流域生态系统,对生态环境保护具有重要意义。[方法]基于MODIS EVI数据与气象观测资料,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关性分析方法,分析淮河中上游2001-2015年植被动态并探讨流域至局地尺度的植被与降水、气温的相关关系。[结果](1)流域植被整体呈明显增长趋势(p<0.05),EVI指数增长速率为0.055/10 a,冬季增速最大(0.075/10 a)、夏季最小(0.047/10 a),不同地类增速差异显著。(2)年均EVI呈增加的区域占流域总面积的93%,其中呈显著(p<0.05)及极显著(p<0.01)上升趋势约占82%,华北平原(主要为耕地)增速最大,山区、山丘区增速次之,郑州市辖区等呈显著下降(p<0.05);EVI变化的时空分布差异明显。(3)流域尺度春季EVI与同期(3-5月)和2-5月降水呈显著正相关(p<0.05),冬季EVI与同期降水呈极显著负相关(p<0.01),月EVI在3月、11月与最低气温呈显著正相关(p<0.05),在12月分别与最高气温、降水呈显著正相关(p<0.05)和极显著负相关(p<0.01)。(4)局地尺度季、月EVI与气象因子的相关性有明显地区差异,淮南的固始冬季植被与降水呈正相关,淮北区域则与降水呈负相关;从月来看,驻马店在2月、11月、12月植被受各类气温的积极影响(p<0.05),许昌植被对4月、7月降水响应积极并有一个月的滞后响应(p<0.05),固始植被在7-8月与降水、气温呈显著正、负相关(p<0.05),9月与最高、平均气温极显著负相关(p<0.01),10月植被对最高、最低气温存在一个月的滞后响应。[结论]流域尺度EVI、局地尺度EVI与气象因素的相关关系分别反映流域主要植被生长特点和植被变化驱动因素的地区差异,研究结果可为流域生态建设、农业可持续发展提供理论支撑。

基于分层分布式模型预测控制的多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略

高渗透率风电集群的接入对电力系统频率稳定性带来了不利影响,为了解决这一问题,根据大系统控制论中分层递阶控制理论,该文提出一种基于分层分布式模型预测控制的多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略。该控制策略建立了风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的变粒度频率控制框架,首先在各层采用时间尺度逐层细化的预测时域、控制时域以及超短期风电功率预测值;其次在各层建立空间尺度逐层细化的滚动优化模型,其中在三次调频层考虑电网拓扑结构及全区经济性最优目标,在二次调频层考虑平均系统频率增广模型及分区安全性最优目标,在一次调频层考虑分区风电集群内单场动态分类来实时平抑系统负荷小幅值随机扰动;最后根据电网及风电集群实时运行状态建立反馈校正环节,实现综合频率控制策略的闭环运行。算例表明,所提控制策略能够有效实现风电集群参与系统调频,并能兼顾考虑系统的经济性及安全性目标。

基于多时空尺度协调的多源互补发电场群优化调度

为了解决风光发电随机性和不确定性造成的严重弃风、弃光问题,在研究抽水蓄能电站、高载能负荷运行特性和消纳弃风弃光能力的基础上,提出了基于多时空尺度协调的多源互补发电场群优化调度策略。该策略将多源互补发电场群从时间和空间的角度各分三层进行控制,以系统运行成本最小、风光蓄发电利用率最大和系统输出功率波动最小为目标分别建立了日前、滚动、实时3个时间尺度的优化调度模型。通过滚动修正、实时调节来逐级降低风光预测误差及负荷不确定对调度计划的影响,提高调度精度。结合甘肃酒泉具体算例,验证了所提调度策略能够有效提高系统运行经济性,促进风光消纳。

多时空尺度协同的场次降雨水资源量评价方法

针对场次降雨水资源量评价与年尺度水资源量评价成果的不协同问题,通过分割前期降雨径流退水和年尺度基流等径流成分,提出场次降雨过程水资源量评价新方法,实现场次降雨水资源量的精细化评价。将该评价方法应用于潮白河典型区间流域,结果表明该方法具有较好的适应性,能够显著提高场次降雨水资源量评价成果的针对性和准确度,满足多时空尺度协同的水资源量评价需求。

新能源多时空尺度仿真系统

在全球消耗的能源中,相较于化石能源发电,利用风电和光电等新能源发电有利于能源安全和社会可持续发展.由于风力发电和太阳能发电具有区域性、间歇性、随机性和难以预测性等特点,大规模风电、光电并网对电力系统整体调度带来严重挑战.本文在中长期风电接纳能力评估模型的基础上,对目标函数和区域间联络线进行了优化,并加入了光伏机组出力约束.本系统在某省和地区进行了实际应用,通过可视化图表展示辅助该省电网电力系统决策发电计划以及机组检修安排,减少新能源弃电现象的发生,对电力系统实际调控及规划提供有效的指导.

多时空尺度海气相互作用与ZEBIAK-CANE模式的改进

实际气候系统中包含了行星尺度、洋盆尺度和局地海气相互作用的过程.一层大气的Zebiak-Cane(ZC)模式仅仅描写了局地海气相互作用.于是,行星尺度的Hadely环流异常和洋盆尺度的Walker环流异常需要引进到ZC模式中.通过在ZC模式中引进Hadley异常的改进,结果表明改进的模式不仅能对1970～1990年,而且也能对1991～1995年的赤道东太平洋海温异常作出提前9～10个月的预报.

多时空景观格局对南淝河水质的影响

为分析景观格局对合肥市南淝河水质的影响,基于南淝河流域的土地利用数据和水质实测数据,通过Mann-Whitney U检验、Spearman相关性分析和冗余分析等方法探究了水质的季节性变化以及不同时空尺度下水质与景观组成、景观指数之间的相关性。结果表明:南淝河非汛期水质总体优于汛期,且水质污染指标在空间分布上的离散程度较大。建设用地在非汛期、汛期均与高锰酸盐指数(CODMn)、硝态氮(NO_(3)-N)、氨氮(NH_(3)-N)、总氮(TN)、磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)和总磷(TP)呈正相关,是“源景观”;林地和水域则是“汇景观”。200、300 m河岸带缓冲区为非汛期、汛期景观指数对水质解释率最高的空间尺度,斑块密度(PD)、景观形状指数(LSI)、面积加权平均斑块分维数(FRAC_AM)、周长-面积分形维度(PAFRAC)、散布与并列指数(IJI)、平均欧式最近邻近距离(ENN_MN)是造成南淝河水质污染的主要影响因子。研究发现景观组成和景观指数对南淝河水质均有较大影响,未来的水质管理要从流域源、汇景观的连通性、破碎度、优势度、多样性方面针对性优化。

帕米尔弧形构造带晚第四纪以来的不对称径向逆冲:多时空尺度变形速率的启示

帕米尔弧形构造带作为印度-欧亚板块碰撞带变形最为强烈的地区之一,该构造带前缘发育了一系列呈弧形形态展布的活动断裂系;其向北突出的弧形形态的形成是数十年来国内外的研究热点。但关于该弧形形态的形成时间、形成机制以及帕米尔弧形构造带的演化过程仍存在很大的争议。沿弧形构造带发育的活动断裂系运动学的时空变化是揭示帕米尔弧形构造带新生代以来形成演化过程的重要窗口,但是鲜有对这些构造的多时空尺度的系统性研究。文章根据这些沿弧形构造不同的构造样式,重点总结了主要活动构造在不同时间尺度下的变形速率,并分析这些构造沿帕米尔弧形前缘的时空变化。结果表明,晚第四纪以来,帕米尔弧形构造带前缘的构造变形速率基本保持稳定,且前缘主要的逆冲和走滑运动呈现强烈的不对称特征。我们认为帕米尔弧形构造带晚第四纪以来的变形模式基本保持一致,主要表现为不对称径向逆冲的运动学模式,这一运动学模式的形成可能受控于帕米尔边界条件的差异。

源网荷调度互动机制及多时空尺度互动策略研究

智能配电网是电源与用户之间的枢纽环节,通过配电网智能调度互动实现可调度资源优化配置是推进智能电网建设的关键。深入研究智能配电网源网荷调度互动机制,有效利用可调度资源加强智能配电网高效调度互动,在此基础上适应多元化的电力市场探究多时空尺度下调度互动策略,解决现代配电网运行管理中供电公司与用户开展友好互动的难题。