计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法

随着源网荷储一体化建设推进和多能互补系统发展,光热发电凭借其发电连续性、灵活性等优点,在多能互补系统中发挥的作用日益增大。准确描述光热电站运行特性并刻画含多能互补系统区域电网功率调节能力,对于实现电力资源优化配置有着十分重要的意义。然而,现有含光热电站经济调度模型,尚未计及储热系统充、放热过程能量损失成本,也缺乏对含光热电站区域电网的功率调节能力研究。为此,提出一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法。首先,考虑光热电站运行过程非线性约束及储热系统能量损失成本,构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型。进一步,为解决光热发电非线性运行特性影响电网功率调节能力刻画这一问题,提出含光热电站电力系统经济调度模型线性化转换方法。在此基础上,基于多参数规划理论和K-means聚类算法,提出计及光热发电非线性运行特性的区域电网多时段功率调节能力刻画方法,实现联络线传输功率可行域的解耦计算,进而表征区域电网功率调节能力。最后,选取IEEE 30节点系统以及国内某省实际电力系统作为算例系统进行分析,验证所提方法的准确性及有效性。

分区匹配气象及功率特征的运行备用需求量化

现有运行备用需求量化方法未考虑气象因素对系统整体预测随机性的影响,难以兼顾电网运行安全性和经济性。为此,提出了分区匹配气象及功率特征的运行备用需求量化方法。根据历史数据建立气象-功率二维区间,采用非参数核密度估计方法拟合不同区间内的净负荷预测误差分布,从而刻画不同气象、功率条件下系统整体预测的随机性;提出基于数据特征相似度的历史数据筛选和数据区间划分策略,以提升预测随机性的刻画准确性;根据运行日隶属的二维区间估计其净负荷预测随机性,据此量化给定置信水平下的系统运行备用需求。以我国某省级电网的实际数据为算例,验证了所提方法的有效性。

特约主编寄语

随着《中共中央国务院关于加快建设全国统一大市场的意见》发布,中国将加快构建全要素、全区域、全主体的全国统一电力市场,扩大电力源荷资源的时空配置范围,进一步提升电力系统的清洁能源消纳能力,支撑新型电力系统建设。针对全国统一电力市场建设过程中出现的市场机制设计、市场组织方法、市场出清技术、价格形成机制等问题,《中国电力》组织了“全国统一电力市场发展路径设计与关键技术”专栏,我们非常荣幸地受邀担任该专栏的特约主编。专栏征稿得到了专家学者的大力支持与积极响应,经审稿专家认真评阅,本期刊出7篇文章。

精准计及大规模储能电池寿命的电力系统经济调度

随着新型电力系统的发展,大规模储能在电力系统经济调度中所发挥的作用日渐增大,储能寿命作为储能运行的关键指标,其衰减特性将对电力系统经济调度产生显著影响。传统电力系统中针对储能寿命多采用与某一可测电气量的解析函数形式进行建模,并未考虑储能复杂的运行工况,导致其估算精度低,已不适用于新型电力系统。为此,该文提出一种精准计及大规模储能电池寿命的电力系统经济调度方法。首先,为论证储能寿命对经济调度结果产生的显著影响,基于多参数规划理论,提出经济调度结果与储能寿命的关联性分析方法,以储能寿命为规划参数,将经济调度结果表征为储能寿命的分段解析函数,从理论上说明储能寿命变化对经济调度结果存在的显著影响。进一步,为保证新型电力系统调度结果的准确性,提出基于深度神经网络的大规模储能电池寿命估算方法,实现储能电池寿命的精确估算。在此基础上,提出精准计及大规模储能电池寿命的电力系统经济调度方法,保障含大规模储能电池的电力系统经济调度结果的有效性。最后,选取IEEE-30、IEEE-118节点系统以及国内某省实际电力系统作为算例系统进行分析,验证所提方法的有效性与实用性。

面向电力系统概率稳定性提升的风电虚拟惯量参数优化方法

利用转子中储存的机械能,风电机组能够为系统提供惯量响应,支持系统频率稳定。然而,虚拟惯量参数设置影响系统小干扰稳定性,不合理的参数设置可能导致系统失稳。为此,该文提出一种协同考虑系统概率稳定性的风电虚拟惯量参数优化方法。首先,考虑风电不确定性,以满足电力系统频率稳定性约束和小干扰稳定性约束的概率最大为目标,建立风电虚拟惯量参数优化模型。针对概率优化模型的求解难题,通过考虑系统允许最大扰动情况,将频率概率稳定目标转化为解析频率稳定约束;同时利用解析累积量方法推导小干扰概率稳定性的解析表达式。然后,针对概率稳定性目标函数与虚拟惯量参数灵敏度表达式难以直接获得的问题,以阻尼比作为中间变量推导目标函数与虚拟惯量的灵敏度,将灵敏度作为梯度,采用牛顿法对模型进行求解。最后,通过仿真分析验证了所提方法能够在保证系统频率稳定性的前提下有效提升系统小干扰概率稳定性。

计及新能源随机特性的备用容量确定及其成本分摊

预留备用是应对电力系统强不确定性的必要举措,随着电力市场改革的不断推进,如何科学确定备用容量,并将备用费用在各责任方间公平合理地分摊是实现电力市场化改革的关键之一。针对负荷、新能源等不确定性,提出了备用容量估计及其成本分摊方法,根据不确定性预测误差的波动特征确定备用容量,并基于Vickrey-Clarke-Groves(VCG)理论合理分摊备用成本。首先,利用非参数核密度估计方法刻画新能源/负荷预测误差的概率密度曲线,无须假设新能源/负荷服从某一固定分布,并在此基础上提出基于蒙特卡洛法的备用需求场景模拟生成方法,确定备用总容量。然后,根据VCG理论,通过一个市场参与者(新能源/负荷)对其他市场参与者的替代效益进行价值量化,基于价值大小按比例分配备用成本到新能源/负荷一侧。最后,以修改的IEEE 30节点系统以及中国某省级电网661节点系统为例进行仿真分析,验证所提方法的有效性。

从优化视角剖析电力市场的定价问题

在电力市场中,电价通常由市场出清或优化调度等原问题的对偶解构成,具有良好的经济学意义。然而,当原问题面临退化、约束越限等问题时,基于原问题对偶解的定价方法难以保证理想的定价性质。为此,该文提出一种计及定价性质要求的通用性优化定价框架与几种不同形式的优化定价模型,以满足市场运营机构对定价性质的调控需求。首先,从优化视角剖析定价问题,总结提炼了一种通用性优化定价框架,构建通用形式的基础优化定价模型;其次,分析基础优化定价模型的典型目标函数与约束设置,基于最优化理论与对偶理论,分别构建与双层规划定价模型等价的线性规划定价模型,解析其与现有定价方法的区别与联系;再次,以特定市场出清模型及定价问题场景为例,说明所提方法的实用性;最后,基于IEEE 30节点系统和Polish 2383节点系统进行仿真分析,结果表明所提方法可灵活优化定价性质,满足市场定价的多重需求。

神经心理量表理解力检测的人体姿态特征识别方法

神经心理测试可以对各认知域受损严重程度做出客观评价,是检测疾病进展、评估药物疗效的有效手段。其中理解力测试部分通过判断受试者是否根据指令要求作出相应动作实现,是老年人认知功能障碍评估的重要部分,有利于痴呆的早预防早干预。文章提出了一套神经心理测试中理解力检测的人体姿态估计视频分析方法,基于Openpose深度卷积网络提取人体关键点坐标,随后基于图像形态学处理技术和Faster R-CNN等技术提出了纸张、牙刷等目标物体关键点二维坐标提取方法,并以量表中动作要求建立人体姿态估计数学模型。通过实验对神经心理测试的6个动作进行识别,结果表明,所提姿态估计数学模型和交互动作识别方法能够有效检测人体姿态动作指令及人与纸张的交互指令。

考虑可靠性需求的配电网多种设备统一优化配置

随着电力体制改革的纵深推进,为用户提供高品质、定制化的供电可靠性服务是未来电力企业的重要任务之一。优化配置配电网设备是实现可靠性服务高效供应的重要基础。为进一步提升可靠性服务供应的灵活性、准确性、经济性,提出一种考虑用户可靠性需求的配电网多种设备统一优化配置方法。首先,基于网络拓扑结构与设备作用特性分析,构建设备操作能力指示矩阵;其次,基于所提矩阵,结合设备组合动作机制与设备动作性能分析,引入中间变量并构建约束以解析设备安装决策变量与用户可靠性指标变量之间的关系;再次,综合考虑设备投资成本与用户差异化可靠性需求,建立配电网多种设备统一优化配置的混合整数线性规划模型,包含分段开关、断路器、外部联络线、内部联络线、联络开关、备用线、电源切换开关、负荷控制开关等设备;最后,基于83节点的某区域配电网进行仿真分析,结果表明所提方法可充分发挥不同设备的作用特点与组合作用优势,提升设备配置的经济性与可靠性服务供应的灵活性。

基于人工约束生成的电力市场非凸定价

在电力市场中,若不考虑机组的非凸成本特性,节点边际电价可为市场成员提供良好的激励信号。反之,若计及机组的启停、空载成本,以节点边际电价为代表的线性定价机制无法满足市场成员的激励相容性,即无法支撑市场竞争均衡。针对非凸市场环境下的定价难题,首先,该文分析节点边际定价、整数规划定价、凸包定价等几种典型的定价方法,归纳总结出一种基于人工约束生成的一般性非凸定价思路;然后,提出了一种支撑非凸市场竞争均衡的通用性定价方法,展示了市场均衡价格的统一推导方式及制定规则;并且,基于对偶理论,证明了所提方法的有效性和充分性;最后,针对具体的市场出清模型,添加特定的人工约束构建定价模型,并在算例分析中进一步验证了所提定价方法的实际应用价值。

考虑非凸运行特性的多能源系统灵活调节能力刻画与聚合

多能源系统参与电力调度时扩展了可调度资源的边界,有效提升了能源利用效率。为解决多能源系统模型非线性特征导致的协同优化计算难,以及隐私保护和准入门槛要求导致的决策指令下达难的问题,研究了其灵活调节能力替代约束的刻画与聚合方法。首先,针对单个能源子系统模型非凸特性导致的刻画结果可行性保证难题,提出了基于边界面内推修正思想的灵活调节能力内接凸近似域刻画方法。其次,针对多能源系统集群的灵活调节能力聚合计算精度与效率兼顾难题,提出了基于广义奇诺多面体的灵活调节能力高精度有效聚合方法。面向polynomial zonotope形式的广义奇诺多面体,提出了灵活调节能力的变换与反变换策略。最后,仿真结果表明,所提方法保证了替代约束的可行性,且在满足运行调度时间窗要求的前提下大幅提升了计算精度。

显式计及新能源不确定性多统计矩特征的电力市场定价方法

电力市场是推动我国能源转型的关键。高比例新能源接入显著改变了电力市场资源配置特性。区别于传统火电机组,新能源强不确定性使得市场出清边界模糊,现有确定性市场出清模型难以计及为平抑新能源不确定性所需的灵活性资源成本。在市场定价方法中显式计及新能源不确定性是解决上述问题的关键。为此,基于机会约束随机优化方法,提出显式计及新能源不确定性多统计矩的电力市场定价方法。通过拉格朗日对偶问题转化推导,提出了考虑新能源不确定性多统计矩特征的市场定价方法。针对任意分布形式下新能源不确定性含大量统计参数易造成市场价格分量多、各分量物理意义不清晰的问题,通过引入不确定性度量方法,实现了对新能源不确定进行单维表征;通过灵敏度分摊方法,提出基于不确定性表征降维的新能源不确定性定价方法。在PJM5节点、IEEE118节点系统以及某省实际661节点系统的仿真结果表明,所提方法能够提供明确的价格信号引导市场资源配置,计算效率满足市场出清时间窗要求。

计及跨区备用辅助服务互济的互联电网出清方法

在中国提高新能源并网率、助力“碳达峰、碳中和”目标的背景下,实现电力资源的跨区域配置,有利于发挥不同区域间的资源互补效益,提高互联电网的整体新能源消纳能力。针对当前出清方法难以实现跨区备用辅助服务资源配置的难题,提出了一种联合考虑电能量与备用辅助服务的联络线可行域构建方法,并提出了计及跨区备用辅助服务互济的互联电网协同市场出清模型。通过在联络线可行域中考虑跨区备用辅助服务互济约束,完整刻画电能量-备用辅助服务交易空间,并通过互联电网协同出清实现备用跨区配置。基于某区域互联电网算例表明,所提方法可成功实现跨区备用资源的优化配置,进而整体提升互联电网的新能源消纳能力与综合运行效益。

动态无功优化的多阶段求解方法

动态无功优化是保障电网安全经济运行的重要手段之一。然而,动态无功优化属于大规模、多时段、强耦合的非线性混合整数规划问题,直接求解困难。为处理无功优化问题中包含的离散变量及时段耦合约束,基于动态无功优化问题的物理本质,提出了动态无功优化模型的多阶段求解方法。第1阶段以系统网损最小化为目标,松弛离散变量和无功设备全天动作次数约束,基于内点法计算得到动态无功优化问题的初始解。第2阶段以网损增量最小化为目标,基于目标函数对控制变量的灵敏度,将子问题在当前解附近线性化,构建以无功控制设备全天动作次数为约束的混合整数规划模型,由此决策无功设备全天动作次数约束下的离散控制变量优化解。在此基础上,将第2阶段得到的优化结果代入到第1阶段的优化模型当中,得到多阶段动态无功优化问题的优化结果。Ward&Hale 6节点算例系统和国内某省网实际系统计算结果验证了所提模型和求解方法的高效性和适用性。

考虑多产消者差异化特征的社区微网系统P2P交易机制设计

随着分布式能源的大量接入和电力系统运行方式的逐渐转变,社区微网系统(community microgrid system,CMS)中用户已经从传统的消费者转变为具有电能生产/消费行为的产消者。在此背景下,通过引入点对点(peer to peer,P2P)能源交易机制,实现社区微网系统中的产消者自主能量管理以及自主竞价策略最终达成P2P能量交易。首先,考虑产消者的差异化特征,对CMS内部资源自主形成的4种典型类型的产消者进行整合和建模。然后,基于连续双边拍卖机制搭建了日前阶段多类型产消者P2P能量交易框架,各产消者考虑历史交易决策信息以个体利益最大为目标,并通过交互有限的信息,在产消者之间互相发起交易请求,实现CMS内产消者之间P2P能量交易。针对在交易过程中产消者可能出现的隐私性保护,提出基于多段报价机制的P2P竞价策略,既能降低交易方的信息暴露风险,又能减少单次竞价决策的风险度,保证产消者收益稳定。最后,通过算例验证文中设计的P2P交易机制能够有效保护产消者的交易隐私性的同时,提高其经济效益。

输电网结构优化问题研究综述和展望

智能电网强调电网各组成部分以灵活的方式运行,实现电网投资效益的最大化。输电网作为电力系统的重要组成部分,其运行状态通常被认为是静态的、不能灵活调节的。输电网结构优化则允许包含输电线路在内的输电设备在电网运行过程中调整运行状态,动态地选择最优的网络拓扑结构,提高系统运行的经济性、安全性。该文首先介绍了输电网结构优化的数学模型,并分析模型的特征和计算复杂度。在此基础上,该文系统梳理了输电网结构优化相关问题的研究现状,并展望了输电网结构优化中需进一步研究的关键问题。最后,该文结合我国电力工业的实际情况,给出输电网结构优化在我国电力系统中的应用前景。希望该文的工作能够为推动输电网结构优化在我国的研究和应用提供参考。

售电侧市场的工业园区能源代理模式设计

工业园区的用电负荷密集且用电量大,对工业园区购电模式的探究将对国内开展电力体制改革起到示范作用。为此,文中提出一种工业园区能源代理模式。在该模式下,代理商作为新兴的市场主体,代表工业园区用户与发电厂协商购电,利用工业园区用户负荷曲线之间的错峰互补效益,得到对发电厂更加"友好"的代理负荷曲线,从而能够争取更加优惠的电价。文中提出一种客观量化的代理商盈利空间分析方法,并设计了满足激励相容原理、能够实现信息披露的代理机制。所提出的代理商模式能够有效激发工业园区的市场活力,建立促进工业园区用户互动的机制,降低工业园区用户购电成本,为售电侧市场改革提供重要的参考。

考虑电解水与甲烷化运行特性的电转气系统日前调度方法

电转气(P2G)系统通过直接利用新能源盈余电量合成天然气缓解弃风、弃光问题。现有忽略P2G系统内部的电解水环节和甲烷化环节运行状态的调度结果与实际情况偏差较大。为解决该问题,提出一种精细化的P2G系统日前调度方法。电解水模型考虑了产氢流量与耗电功率的非线性关系,甲烷化模型计及了启停过程多状态转换耗时耗能特性,调度模型还体现了储氢装置在电解水与甲烷化环节间的调节作用。考虑电解水与甲烷化运行特性的日前调度方法能够有效反映P2G系统的实际运行情况,实现对P2G系统的高效利用。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于分时容量电价的新型电力现货市场设计

为支撑高比例新能源新型电力系统现货市场的建设,需建立精准反映电力时空平衡成本的现货市场机制,形成度量源网荷储价值的价格信号,激励源网荷储精准、高效的互动。当新能源成为主力电源,当前现货市场机制将出现如下问题。1)若新能源决定边际价格,其近零边际成本将导致现货价格信号消失,价格调节作用不复存在;2)若昂贵、少量的灵活性资源决定边际价格,新能源与灵活性资源的供电服务差异性无法体现,新能源将获取超额利润,造成“搭车”现象。为此,文章设计了新能源与灵活性资源解耦、基于新能源固定成本形成分时容量电价的电力现货市场机制。新能源分时容量市场将新能源市场主体固定成本逐日分时分摊,以形成时序价格信号;灵活性资源现货市场通过竞争发现偏差电量平衡、调频、备用等剩余电力平衡服务价格;通过向新能源及用户公平分摊成本,确保满足“谁产生的成本谁承担”的激励相容原则,以市场机制实现灵活性的供需匹配。

考虑机组启停的省间电量交易可行域确定方法

互联电网通过跨区域电力传输实现电力资源的优化配置。精准刻画省间电量交易可行域,有助于保证省间电力交易的可执行性和最优性。省间电量交易需满足最小启停时间等与机组启停相关的物理约束。因此,该文首先从省间电量交易可行域定义出发,揭示考虑机组启停的电量交易可行域的数学本质。进一步,提出基于双层确定模型的电量交易可行域确定方法。在上层确定模型中,通过求解含机组组合约束的混合整数线性规划问题,确定电量交易可行域边界顶点处的机组启停状态,并证明所获得启停状态的正确性;基于上层确定模型所给定的机组启停状态,下层确定模型考虑典型多时段经济调度约束,利用顶点搜索方法确定每个机组状态下的电量交易可行域。基于IEEE9和IEEE118节点测试系统的仿真计算,验证了理论分析结论和所提模型的有效性和准确性。