基于光热电站水电联产的独立海岛综合供给系统容量优化配置

独立海岛往往面临着供电方式不环保、淡水资源稀缺的双重难题。全可再生能源供给系统是解决上述问题的有效途径。该文首先提出基于光热电站水电联产模式的全可再生能源海岛电能–淡水联合供应系统。该系统通过收集光热发电过程产生的低品位乏汽制备淡水,实现能量的梯级利用,提高系统综合效率;并利用光热电站的灵活可调度性实现风光互补,降低海岛系统的储能配置需求;进一步地,建立全可再生能源海岛供给系统的优化配置模型。仿真结果表明,所提出的综合供给系统有效提升了可再生能源的利用效率以及新能源机组的容量系数,降低了海岛的峰值负荷需求与机组配置容量,具备更好的成本经济效益。

适应于海岛独立微网的交直流混合风力发电系统及其优化调度策略

独立海岛交直流微电网（independent island hybrid microgrid,IIHM）能有效解决海岛供电难题,但可再生能源出力的波动加剧了交直流子微网的功率不平衡情况,导致功率在传输变换过程中产生较大损耗。因此,该文设计了一种交直流无刷双馈风力发电机（hybrid brushless doubly-fedinduction generator,HBDFIG）,通过主动调节发电机转速与控制绕组电流频率,可在发电侧将功率按一定比例直接分配到交流与直流子微网。在此基础上,以保障负荷全部供电为前提,以消耗海岛内发电燃料最少为目标,提出了含HBDFIG的IIHM优化发电调度策略。算例结果表明HBDFIG及其优化发电调度策略可减少功率在微网内的传输变换损耗,提高供电效率,延长常规燃料补给周期,降低海岛微网综合运行成本。

含换电船舶电能输运航路的远洋海岛群混合电能传输网络规划

现有远洋海岛屿电网之间缺乏有效的联络,仅采用海底电缆的互联方式,工程可行性与经济性欠佳。因此,该文提出采用换电船舶(power exchanging watercraft,PEW)电能输运航路代替部分海底电缆的形式,构建远洋海岛群混合电能的传输网络。首先建立PEW航路电能传输模型,分析其能量传输效率与成本;然后结合多场景生成及聚类方法,以网络综合成本最小为目标,并计及极端气象场景下电能网络的额外供电成本,建立含PEW航路混合电能传输网络的规划模型,并采用混沌引力搜索算法优化求解,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。

基于动态权重修正D-S证据理论的最后断路器多判据保护跳闸策略

最后断路器保护是高压直流输电系统中所配置的重要保护之一,由于直流系统的运行场景复杂多样,单一的最后断路器保护并非适用所有场景。实际应用时通常使用＂3取2＂的表决策略进行多保护判据融合,然而在某些场景下可能存在多数单一判据判断错误,进而导致＂3取2＂策略的正判率不高。提出2种改进的避雷器型最后断路器保护方案,并结合现有常规型最后断路器保护方案,设计一种基于动态权重修正D-S证据理论的最后断路器多判据保护跳闸策略。基于动态临近历史数据的判断结果,根据上两次保护动作情况融合得到的权重系数,通过使用D-S证据理论对本次结果冲突的各项判据进行融合,以提高保护在各种场景下的正判率。最后根据±800k V向家坝—上海特高压直流输电系统构建仿真模型,在1000种随机场景及12例单一判据连续交替判断正确的情况下对比所提策略与其他多种方法的判断结果,其中该文策略的正判率分别达到98.5%及50%,均优于其他几种策略,以此验证该策略的有效性及优越性。

面向智慧城市的快充负荷充电服务费制定策略

相比电动汽车(electricvehicle,EV)慢充用户,大规模、随机快充负荷的接入将会带来更加严重的电网安全运行问题。从整体社会经济效益最大化的角度出发,仅单纯从电网侧增加基础设施建设并非最佳解决之道,有必要从用户角度研究有效的调度策略对电动汽车的快充行为进行引导。为此,基于未来智慧城市的场景下,提出了基于节点关键度的配网供电电压偏差指标(voltage deviation index based on node importance,VDINI)的概念,指出动态调整快充站充电服务费的手段,分析电动汽车用户对于快充站选择行为的影响因素,建立电动汽车用户基于自身效益的充电位置决策模型,从而说明通过调整各充电服务费的来对快充行为进行引导的可行性。在此基础上,根据需要满足的各种约束条件,制定各快充站快充服务费的求解流程,在保证充电站效益不变的同时,将电动汽车合理地引导至各个快充站,均衡区域内的充电负荷,实现空间上的有序快充,改善了配网的电能质量。算例仿真验证了所提充电服务费制定方法的合理性以及快充负荷引导策略的优越性。

近海海岛多态能源供需自洽系统日前优化调度策略

在当前大力发展新能源的背景下,风光等新能源发电的装机总量不断提高,然而,由于电网调节能力有限等诸多原因,弃风弃光的现象较为严重,造成了极大的能源浪费;与此同时,人们对于除电能以外的其他各类能源的需求也日益增长,给各类能源的负荷供给带来了不小压力。通过多种能源的耦合和存储,能有效促进风光等新能源的消纳,同时,补充各类能源供给,减缓各能源供应压力。该文基于近海海岛微网场景下,首先提出了六能源形态近海海岛能源供需自洽系统模型,运用能源集线器的概念,将此模型进一步分为供给侧、转换侧、负荷侧进行数学分析与建模。然后以最小化日前24h从外部购买能源总成本为目标函数,综合考虑各部分约束条件,建立了日前优化调度模型。最后通过仿真验证,并与减少耦合、仅储电情况下进行对比,验证了多态能源耦合和多态储能介质应用的必要性;同时分析了各能源相对价格对能源耦合的影响。从而证明了该系统在有效提高风光消纳的同时,可以使系统购买能源的总成本降低。

含热电联供型光热电站与建筑相变储能的离网型综合能源系统

对于难以与大电网连接的偏远地区,如仅采用光伏发电,电网安全运行压力大,大规模弃光难以避免。含储热的光热电站具备良好的调度特性,是一种适用于离网型综合能源系统的电力供应形式。然而,相比于光伏,高昂的建设成本使得光热发电普及度有限。因此,该文提出含热电联供型光热电站与相变储能的离网型综合能源供给系统及其协调调度策略,背压式热电联供机组可以有效提升光热电站的综合能量产出效率,建筑相变储能的储热/冷能力则能够松弛机组自身的热电比约束,在满足系统综合能源需求的前提下,提高各机组的运行经济性,以降低综合能源系统的运行成本。算例仿真验证该文所提能源供给模式及协调调度策略的可行性与有效性。

基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度

针对多源配电网运行面临的供电电压不合格和运行经济性欠优的问题,该文提出了基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度策略。首先,量化分析了全电驱动的移动式储能(mobile energy storage,MES)的时空转移特性,评估了基于变频空调的建筑虚拟储能(virtual energy storage,VES)的调节能力,建立统一的多类型储能模型。进而,考虑预测误差,通过离散不确定域,改进现有的鲁棒优化方法,获得更加精确的"最恶劣"场景。在此基础上,针对优化模型中的min-max-min结构,提出了主–子问题交互迭代的求解方法。基于41节点配网的仿真结果表明,采用改进两阶段鲁棒优化模型的主动配电网经济调度切实可行,相应的求解算法具有高效性。该方法为配电网安全、经济运行提供了一个崭新的视角。

应对不确定性短路电流超标的保护柔性跳闸策略

针对电力系统中存在的不确定性短路电流超标问题,提出一种保护柔性跳闸策略。首先,利用基于递推最小二乘原理的短路电流预测算法,在超高速保护动作之前获得初步的短路电流预测结果,以此判断保护出口直接启动断路器分闸是否存在超标风险。在监测到保护出口标志变为"跳闸"状态后,刷新短路电流预测结果,对首次超标判断的结论进行校核,并在规定时间内搜寻可行分闸区间,进而确定保护的重新开放时刻,实现超标断路器的安全开断。最后,基于PSCAD/MATLAB,模拟500kV输电系统的短路电流超标场景。仿真结果表明,所提保护柔性跳闸策略在短路电流超标50%的严重故障场景下,依然可以有效规避强行开断超标断路器的风险。

一种基于可控负荷效率控制的孤岛微网新型调度策略

针对现阶段风/光/柴/蓄微网(microgrid,MG)中具有效率-功率特性的可控负荷未被妥善利用的问题,该文提出一种基于可控负荷效率控制的孤岛MG新型调度策略。量化分析了电池储能系统储能与海水淡化设备产出的价值属性,提出基于功率阈值判断的效率控制方法。进而,引入富余能源概率密度函数,通过蒙特卡洛抽样模拟源荷实时出力,获得日前视角下的富余功率分布情况。最后,以MG日运行费用最少为目标,建立基于单一功率指标控制的MG调度优化模型。仿真结果表明,可控负荷削峰填谷和平抑功率波动的能力得到充分利用,MG的运行成本得以显著降低。该文为包含可控负荷的微网经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

面向远洋海岛新能源自治微网的双重化备用电源规划

针对远洋海岛自治微网的负荷备用问题,提出基于概率性序列运算的双重化备用电源规划方案。首先,建立风机、光伏发电和负荷的概率分布函数模型,利用概率性序列运算方法求取电力不足概率这一可靠性指标。接下来,根据微型燃气轮机和柴油机各自的特性及相关的配置和燃料成本高低,研究最大化利用2种备用机组优势的备用策略。最后,结合远洋海岛资源补给及孤岛运行的实际情况,以最大程度满足可靠性为前提,求解备用机组及储气站的最优规划容量。仿真结果表明,所求解的机组及配套设备能够满足岛上日常以及极端天气的备用功能。与其他策略的对比分析表明,在考虑负荷惩罚因素后,该文提出的策略具有更优越的经济性。

资源富集岛蓄–氢–冷联合可再生能源消纳系统设计及调度策略研究

远洋海岛的和平开发与利用在我国的海洋战略中占有极其重要的地位。对于远洋海岛中需要通过船运对负荷中心岛进行能量支援的资源富集岛而言,其离岸可再生能源消纳设备(renewable energy absorption facility,REAF)的高效运行至关重要。针对此问题,该文设计兼顾蓄–氢–冷多能源形式的制氢装置,有效提升了REAF系统能源吸收效率;同时,基于快速决策树剪枝算法及强化学习式蒙特卡洛算法设计包含蓄–氢–冷的REAF系统的综合调度策略。仿真算例表明,该文提出的决策树快速剪枝算法及改进强化学习式蒙特卡洛算法能够有效提升REAF系统调度策略的能源消纳能力。最后探讨进一步提升基于这2种算法的REAF系统调度策略性能的路径。

基于换电船舶的远洋海岛离散能量优化调度策略研究

考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源,在未来,通过实现岛间离散能量的支援调度,将有效保障海岛电能和资源的长期可靠供应,提升远洋资源开发能力,推进远洋海岛的发展和建设。该文提出一种基于换电船舶的岛间能量调度方案,并根据调度方式的差异将其划分为不同模式,在计及换电船舶数目、船舶自身载荷、岛屿服务时间窗等约束条件的基础上,采用改进蚁群算法对不同模式下的最优调度方案进行了搜索。仿真中基于我国南海某群岛实际地理数据,对比分析了不同模式下的船舶配置情况和累计航行距离,说明了所提方法的可行性与合理性,能够实现岛间能源的相互补充和协调支援。

风电场柔性并网辅助系统及其优化模型

目前面向min级风电柔性并网的储能系统一般由蓄电池组成,因蓄电池配置容量有限,在应对风电场长过程连续下调峰导致的风电功率波动越限问题时,其控制效果将大打折扣。为此,引入容量在日内调度可近似视为不受限的氢储能系统,与蓄电池共同组成混合储能系统,并基于其各自特点,设计了最大发挥2种储能优势的混合储能系统,建立混合储能协助下的风电场并网状态空间模型,并求解可实现风电场柔性并网最小化能量转换损耗的混合储能系统最优充放电功率决策,根据决策执行结果分析混合储能系统的能量转换特点。仿真结果表明,与采用单独蓄电池储能的控制策略相比,在相同的储能系统配置成本下,提出的优化模型可以结合氢储能系统的能量容量优势来提高储能系统的供电持续性,并且能够合理安排蓄电池和氢储能系统的工作顺序来尽量减小风电场能量损耗,由此实现相对最优的风电场柔性并网功能。

基于概率图像灰度比对算法的远洋海岛可再生能源机组配置方案优选策略研究

由于远洋海岛无法获得大陆主电网的支持,且其常规机组的燃料补给线超长,传统发电配置方法并不能直接适用于对远洋海岛可再生能源发电机组进行配置和方案优选。对此类远洋海岛而言,储量丰富的可再生能源应作为建设绿色海岛能源供应系统的主要依托。该文基于全清洁化远洋海岛能量供给系统的拓扑特性与基本框架,并计及远洋海岛自然环境和功能定位,分别建立契合海岛可再生能源出力及负荷短时间尺度波动规律的概率模型。在此基础上提出的基于归一化积相关算法（normalized product correlation,NPROD）能有效支撑长时间尺度基础负荷、并能实现海岛能量供给系统出力/电量—负荷最佳匹配的可再生能源机组配置方案优选策略。最后,通过算例仿真验证所提配置方案优选策略的合理性和优越性。

基于改进评价指标的波动性负荷短期区间预测

针对传统点对点预测难以适用于波动性较大、不确定性较强的负荷的问题,提出了一种基于改进评价指标的区间预测方法,从区间宽度和累计误差2个角度对现有区间预测评价指标做出改进,提高了预测结果的合理性。在此基础上,从各个评价指标的自身特性及其对预测结果的影响程度进行考量,建立了区间预测综合评价指标,并利用神经网络构建了区间预测模型,以综合评价指标最优为目标,采用粒子群优化算法对网络结构参数进行训练优化,从而取得理想的波动性负荷区间预测效果。仿真中通过对某波动性较强的历史负荷数据进行预测分析,并与传统的点预测和区间预测方法进行对比,验证了所提方法的有效性和优越性。

超长距离HVDC线路高灵敏性主保护

高压直流输电(highvoltagedirect current,HVDC)线路故障的快速识别对系统的安全稳定运行具有重要的意义。随着大容量远距离输电需求的日益旺盛,目前已出现多条超长距离HVDC线路。如直接将传统HVDC直流保护应用于超长HVDC线路,其在灵敏性和速动性上尚难达成统一。为解决该问题,该文在对线模行波的色散现象分析的基础上,提出一种基于本地量、足够灵敏、且能够在超短窗内实现故障识别的主保护原理:首先利用正方向/反方向故障工况下前行波与反行波在能量比值上的差异性,设计一种能够精确表征波头到达时刻的启动判据;在此基础上,基于同模异频时差特征提出一种HVDC输电线路的单端量测距式主保护原理。理论分析及仿真结果表明,所提出的保护原理能够适用于900km以上的超长距离输电线路;线路长度越长,其动作性能更加优异,可有效弥补现有主保护应用于超长距离输电线路时的灵敏性问题、以及纵联式保护的速动性问题。

一种多接地极主动互联及隔直装置协同的直流偏磁治理策略

高压直流输电系统在单极不平衡运行时会产生较大的接地极入地电流,严重威胁变压器乃至交流电网的安全稳定运行。研究表明,单纯采用隔直装置全局优化投切、多接地极主动互联等治理方案均无法保证在所有电网交流拓扑变化场景下满足直流偏磁治理要求。为此,提出了一种多接地极主动互联及隔直装置协同的直流偏磁治理策略,对待选方案集满足/不满足治理要求的场景选取了不同的评估指标,采用量子遗传算法和组合赋权法,选取得到所选评估指标下的最优治理方案。基于宜昌地区电网拓扑结构搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略的有效性。所提策略可为未来偏磁治理方案的选择提供必要参考。

直流偏磁影响下继电保护的误拒动机理分析及对策研究

偏磁电流经变压器中性点入侵电力系统后,线路CT将发生一定程度的饱和,影响二次系统的测量、控制等环节,严重时甚至会诱发系统继电保护的误拒动,对电力系统的安全稳定运行造成严重威胁。为此,提出了一种基于相空间轨迹识别的继电保护改进方案。首先,分析直流偏磁对保护用CT的不利影响。在此基础上,以线路保护与变压器保护为例,揭示直流偏磁影响下继电保护的失效机理。进一步地,利用相空间轨迹不受时域饱和影响的特点,提出了一种基于相空间轨迹识别的继电保护改进方案,使得所提方案能有效应对CT饱和导致的保护失效难题。最后,以典型保护失效场景为例,对比传统方法与所提改进方案的保护动作情况,验证了所提方案的有效性及优越性。

计及多类装置协同的直流偏磁治理设备全局优化配置研究

随着交直流电网规模及运行复杂性的增加,直流偏磁现象日益呈现多发和超标变压器不确定的新特点,考虑到隔直装置的投资运维成本高昂、占用变电站额外空间,且直流偏磁往往不是高发事件,遍历所有偏磁可能性并对超标变压器均加装隔直设备并不合理,基于有限数量隔直设备实现受影响区域的直流偏磁全局优化治理势在必行。结合近年来提出的性价比较好的均直设备,该文提出一种基于隔直/均直装置协同的偏磁治理设备全局优化配置方法,力图在治理效果和投资运行成本上取得平衡。首先,以所有工况下中性点电流最大值最小和投资成本最低为目标,采用量子遗传算法进行多目标优化,得到偏磁治理设备的可选配置方案集;继而引入继电保护可靠性及对交流拓扑适应性两种校核手段,对优化所得Pareto解集(可选方案集)进行进一步筛选,最终确定最佳的混合配置方案。以宜昌电网为例,仿真对比了传统治理方法与所提方案的综合效果,验证了所提方案的有效性及优越性。