面向分布式能源的可交易能源市场研究综述与展望

可交易能源市场能够激励产消者进行能量交易,通过调整实时电价以引导其平衡可再生能源出力的随机波动,提高可再生能源消纳水平,保障中国“双碳”目标的实现。首先,介绍了面向分布式能源的可交易能源市场的概念、特性与框架。然后,全面分析了现有可交易能源市场交易机制及其优缺点,介绍了现有可交易能源市场的平台和示范项目。最后,从市场实际运行的角度简述了可交易能源市场现有的挑战并指出未来的发展方向。

CPSS视角下城市建筑与配电网高韧性协调运行:研究述评与展望

“韧性”是城市应对自然灾害、提高风险防控能力的重要属性。频发的大停电事故会造成严重的经济和民生损失,阻碍城市发展甚至威胁国家能源安全“,韧性配电网”是“韧性城市”的必然要求与基本保障。高比例建筑负荷是城市配电网的主要特征,恢复供电后的建筑负荷行为异于常态,不仅对电力供应提出了更高的要求,而且给予配电网韧性以提升潜力。城市建筑作为用户与电力系统、电力市场、大数据等深度交互的主要场所之一,其与配电网的协调运行是一个复杂的信息-物理-社会系统(CPSS)。首先,文中重点关注城市配电网负荷恢复阶段,总结了当前城市建筑与配电网高韧性协调运行在物理、社会、信息维度面临的问题;然后,分别对极端条件下城市建筑与配电网的耦合机理和建模(物理维度)、城市建筑产消者行为刻画与激励机制设计(社会维度)、配电网灾后态势感知与数据共享(信息维度)三方面的研究现状进行了述评;最后,总结了CPSS视角下城市建筑与配电网高韧性耦合运行研究所面临的四重挑战,并对未来的研究路径进行了展望。

计及需求响应与动态气潮流的电—气综合能源系统优化调度

文中提出了一种考虑需求侧负荷响应及动态天然气潮流的电—气综合能源系统优化调度新模型。一方面,该模型融入能源需求响应以优化次日的电、气负荷曲线,发挥不同能源间的互补共济作用,提升系统运行效率。引入价格型和替代型两类响应对需求侧响应进行精细化描述,前者表现价格引导的同类能源需求在不同时间点间的转移作用,后者表现不同能源需求在同时间点上的互补替代效应。另一方面,该模型考虑复杂动态天然气潮流方程以描述系统运行状态。为求解此强非凸非线性模型,将原问题松弛为可直接求解的二阶锥凸优化问题,并采用连续锥优化方法保证松弛的严格性。仿真结果表明,需求响应的引入可提升综合能源系统运行的经济性。与稳态天然气潮流相比,动态天然气潮流可更准确地反映天然气系统的动态发展过程。

基于短期覆冰预测的电网覆冰灾害风险评估方法

冰雪灾害会严重影响电力系统的安全稳定运行。为准确评估覆冰情况下电网所面临的风险,提出了基于短期覆冰预测的电网覆冰灾害风险评估方法。该方法根据覆冰预测系统预测得到未来数天内的输电线路覆冰厚度,根据时变结构可靠性理论建立了输电线路时变失效率模型,建立了考虑融冰装置的输电线路修复时间模型与融冰装置使用间隔时间的模型;针对传统序贯蒙特卡洛法难以反映覆冰线路时变失效率的问题,提出一种可考虑时变失效率的序贯蒙特卡洛模拟法,并将其用于覆冰灾害下的风险评估。以IEEE RTS-79系统为研究对象,验证了所提模型与方法的有效性;分析了覆冰预测间隔时间和融冰装置数量对电网风险的影响,并给出了相关建议。

考虑柔性交流输电系统设备控制的校正型安全约束最优潮流

为提升安全约束最优潮流调度的经济性与安全性,提出一种基于直流潮流的考虑柔性交流输电系统(FACTS)设备控制的校正型安全约束最优潮流模型。在线路故障发生后,通过FACTS设备校正措施,将线路潮流控制在其容许范围内。由于所提模型为大规模的非凸、非线性优化问题,难以直接求解,因此先采用大M法,将原非线性优化模型转换为混合整数线性规化模型,并采用Benders分解算法将转换后的模型分解为基态最优潮流主问题与N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性规划子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点系统与IEEE RTS-79节点系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,考虑FACTS设备校正控制的安全约束最优潮流能有效提升调度运行的经济性。

重覆冰地区超大伞裙结构复合绝缘子的仿真及优化设计

严重覆冰时采用大小伞结构的复合绝缘子依然出现冰凌桥接现象。为防止出现冰凌桥接和覆冰闪络,开展超大伞裙结构复合绝缘子的覆冰特性研究有着重要意义。建立220 k V的超大伞裙结构复合绝缘子二维轴对称模型,并采用准静态场有限像元法进行仿真分析,对比采用不同数量的超大伞裙绝缘子在清洁和覆有干、湿冰时绝缘子的电位、电场分布。发现清洁时,超大伞裙对电位、电场分布不产生影响,在覆有干、湿冰时,超大伞裙提供的多个空气间隙,能有效改善绝缘子的电位、电场分布,特别是靠近高压端的第1个伞裙采用超大伞裙结构能改善高压端电位分布。最后结合仿真数据提出了优化后的超大伞裙结构的复合绝缘子。

融冰计划与机组组合的协同优化

为了保证覆冰电网的安全经济运行,该文提出融冰计划与机组组合的协同优化模型与求解方法。首先,建立线路覆冰厚度变化与融冰计划特性约束,保证线路的覆冰厚度不会超过其设计值。在此基础上,将其与机组组合模型结合实现协同优化。由于所提模型为大规模的非线性、非凸优化问题,引入辅助变量将原模型转换为混合整数线性优化模型;采用拉格朗日松弛,将该混合整数线性模型分解为机组组合与融冰计划子问题迭代求解;并提出加速策略以提升协同模型的求解效率。在IEEE RTS-79系统中进行算例分析验证所提模型与算法的有效性。结果表明,所提融冰计划模型能实现覆冰电网的安全、经济运行。

考虑机组禁止运行区间的含风电鲁棒机组组合

发电机组存在禁止运行区间,使得其无法运行在某些出力区间。如果在含风电的日前调度中不考虑这一因素,可能会得到脱离实际的机组启停方案。该文考虑风电出力的随机性,建立计及机组禁止运行区间的含风电两阶段鲁棒机组组合模型。由于所提模型为大规模的非凸、非线性随机优化问题,难以直接求解。先引入整数变量,将原非线性非凸优化模型转换为混合整数线性优化（mixed integer linear optimization,MILP）模型;由于该模型第二阶段问题中含有0-1整数变量,不能直接利用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件转对偶求解。采用双层列生成（column-and-constraint generation,CC＆G）循环算法以求解该问题：外层循环为传统的CC＆G算法,内层循环为嵌套式CC＆G算法,以寻找最严重场景。采用加速策略以加快内层循环求解。采用6节点系统与IEEE RTS-79系统验证所提模型与算法的有效性。

采用Benders分解含机组禁止运行区间的安全约束最优潮流

由于机组的物理结构特性等原因,机组的部分出力区间无法达到,又称其为发电机禁止运行区间,如果在安全约束最优潮流中未考虑禁止运行区间,可能会导致线路故障后机组的校正出力无法消除潮流越限。提出了考虑发电机禁止运行区间的安全约束最优潮流。由于所提模型为大规模的混合整数线性优化问题,难以直接求解,采用Benders分解算法将模型分解为基态最优潮流主问题与短、长期N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性优化子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点与IEEE RTS-96节点算例验证了所提模型与算法的有效性。

基于时变结构可靠性理论的覆冰电网风险调度

冰雪灾害会严重影响电力系统的安全稳定运行。对降低覆冰期间电网的运行风险,研究覆冰线路的失效率建模与覆冰电网的调度方法有着重要的意义。在详细阐明应用静态结构可靠性理论进行覆冰线路时变失效率建模局限性的基础上,建立了基于时变结构可靠性理论的覆冰线路时变失效率模型,并研究了基于N-k场景筛选的覆冰电网风险调度方法。以IEEE RTS-79系统为例进行仿真研究,验证了所提模型与方法的有效性,分析了风险系数对调度结果的影响。仿真结果表明:静态结构可靠性与时变可靠性理论计算的覆冰线路可靠度存在较大差别;传统N-1预想故障调度方法风险较大;所提覆冰电网风险调度方法可以通过变更风险系数的取值,有效实现经济与风险的协调。

基于概率统计的输电线路山火监测方法

传统基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据的山火监测方法火点误报率较高、判别低温火点的能力较弱、无法识别工业火点。为此,提出了一种基于概率统计的输电线路山火监测算法。该算法利用概率统计的方式提取潜在火点,对传统算法进行了标准差系数和背景阈值的修正。利用改进算法从已有的潜在火点中识别火点,将火点中的噪声点滤除,通过归一化植被指数(NDVI)的大小判断该火点是否为山火点。结果表明,该算法可以降低火点的误报率,具有较强的工业火点识别能力以及一定的低温火点识别能力。该算法成功辨识出了2013–10–25在安徽境内特高压线路锦苏线附近的山火,及时进行了预警,避免了山火跳闸事故的发生。