特约主编寄语

2020年9月22日,我国在第75届联合国大会一般性辩论上提出“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。在“双碳”目标的驱动下,亟须转变现有能源消费结构以应对气候变化这一全球性重大挑战。

代理购电机制下电网企业与发电企业竞价演化博弈行为决策分析

根据电网企业在电力市场中扮演的角色,在供给侧企业间两方博弈的基础上,将电网企业引入竞价,构建异质性企业与电网代理购电模式下供大于求的三方演化博弈模型。由于购、售双方信息不对称,为保证自身收益最大化而风险最小化,双方通过补偿机制来抵御风险。研究市场出清价格(MCP)和按报价结算(PAB)竞价机制下的电力市场竞价博弈行为,研究结果表明:在MCP机制下,三方博弈系统存在2个不受补偿影响的竞价演化稳定策略(ESS),改变补偿系数只会影响系统收敛至不同ESS的路径;PAB机制下,调整补偿系数会出现不同的ESS,且在一定条件下PAB机制下的购电成本低于MCP机制。

多群体非对称演化博弈动力学及其在智能电网电力需求侧响应中的应用

基于有限理性和有限信息假设,演化博弈论近年来在工程领域非完全理性行为决策问题中得到了初步应用。基于此,针对多群体用户参与电网智能用电调配时面临的电力需求响应(electric power demand-side response,EPDR)非对称行为决策问题,首先利用演化博弈论中的复制者动态概念建立一般情形下的N群体非对称演化博弈(n-population asymmetric evolutionary game,n PAEG)模型。然后,提出基于n PAEG的EPDR模型及其求解算法。算例研究表明:通过用户种群间不断的动态交互决策,供电实体如电力公司等提供合理丰厚的电价激励对促进用户种群参与智能用电调配起到关键作用,而其他因素如种群规模和数量、用户初始参与度、舒适度效用函数及其参数设置等也在一定程度上影响用户参与智能用电调配。该结果可为研究工程领域尤其是智能电网领域内非完全理性参与人的行为决策问题提供一些思路与理论参考。

实施需求侧管理对提高发电系统可靠性的影响探究

实施需求侧管理可以提高能源利用率,减少最大负荷需求量,相当于间接增加了系统的发电容量,因此能够提高发电系统的可靠性。简要介绍了发电系统可靠性指标,建立发电系统可靠性分析模型,包括发电容量模型和负荷模型,并分析了非时序蒙特卡洛法在发电系统可靠性评估中的应用。采用模拟法定量,以IEEE可靠性测试系统RTS(Reliability Test System)为例定量分析需求侧管理对发电系统可靠性的影响,分析结果表明实施需求侧管理能够提高能源利用率和发电系统的可靠性,使系统更加安全、经济、可靠地对用户供电。

信息–物理–社会融合的智慧能源调度机器人及其知识自动化:框架、技术与挑战

着眼于能源5．0前瞻性基础理论，重点研究基于信息-物理-社会融合系统（eyber-physical．socialsystems，CPSS）的智慧能源调度机器人（robotofenergycontrol，RoboEC）群体及其知识自动化的关键理论方法。包括：构建面向下一代能源电力系统的平行CPSS理想框架及工程可行性框架体系；提出基于数据驱动及自校正引导方法的新型高精度镜像计算实验方法，实现镜像系统对真实物理系统的趋优引导；研究面向未来能源电力系统集中／分散调度模式下的知识自动化流程和平行机器学习方法，实现RoboEC群体的知识自我探索和群体智慧水平的自动提升；探讨平行系统与真实系统的交互协调收敛数学机理及实现CPSS大闭环的系统化设计方法，获得能源、信息、社会三者的深度融合方法和系统化工程设计方法。在后续研究过程中，不断完善基于平行CPSS架构的RoboEC研究平台，并提出可最终尝试将RoboEC投入到小规模实际工程进行运行测试。最后，分析了其面临的挑战，为中国在“能源4．0”到“能源5．0”的技术发展之路上先行一步提供借鉴和思考。

一种节电潜力在线自动检测和快速能源审计智能系统的设计与实现

以国家实施"十二五"节能减排为背景,针对不同类型大用户进行有效的节能诊断和能源审计为目的,提出了硬件和软件结合的快速能源审计方法,设计了基于双AVR单片机的低端节能诊断仪和基于DSP2812的中端节能诊断仪。并结合电能质量国标和节能减排规则,开发配套节能审计软件,构成一个完整的节能诊断和快速能源审计智能系统。利用硬件设备监测记录用户耗能情况,提供基础数据支持,利用软件系统对数据进行深入诊断分析,针对大用户不同类型用电设备实施电能质量在线监测、节能潜力分析和快速能源审计。对系统硬件和软件设计思路进行了介绍,并通过现场试验验证了其可行性,证明可实现大用户节电潜力在线自动检测和快速能源审计自动化的目标。表明该系统具有智能化强、成本低、可靠性高、易推广等特点,可大大提高能源审计工作的效率、信息化程度和自动化程度。

适合多元用户互动的信息—物理融合能源USB系统

能源互联网接入设备是用能设施接入能源互联网的媒介。文中阐述了适用于多元用户互动的能源互联网接入设备的基本概念和特征,并基于计算机领域"通用串行总线(USB)"的理念,研发了信息—物理融合的能源互联网接入设备,即能源USB系统(EUSBS)。首先,阐述了EUSBS的信息—物理融合内涵和功能,并设计了总体架构和应用拓扑结构。基于此,对其软硬件系统进行研发,重点介绍了其中的硬件架构搭建、五类主要能源USB装置研发和实验测试。软件研发则简要介绍了其总体架构和主要功能模块。此外,以某商业楼宇为对象,通过安装EUSBS和配置分布式设备,对其进行了能量管理分析,初步验证了EUSBS可对接入设备进行实时监测和协调控制,实现了能量流和信息流的双重流通。最后,对EUSBS未来应用进行了展望。

三方多策略式博弈系统的长期演化稳定均衡特性研究

演化博弈论(EGT)基于有限理性假设且更加贴近现实,近年来已在众多领域得到了初步应用.基于此,本文关注一类较为常见的三方多策略式演化博弈系统,尝试通过理论分析总结其长期演化稳定均衡(ESE)特性,并进行仿真验证研究.首先,研究了一般情形下的三方两策略对称与非对称演化博弈系统;然后,将其扩展到更复杂的三方三策略非对称演化博弈类型,并对其长期ESE特性进行了理论分析与动态仿真验证;进一步,对通用三方n-策略(n>1)非对称演化博弈的建模思路进行了阐述与总结,给出其收敛迭代的计算方法.研究过程中详细定义了各类演化博弈模型的相对净支付(RNP)参数.实验结果表明可通过一些外部因素适当调整RNP参数使各类系统朝着期望的长期ESE状态自发收敛.最后,进行了实例验证.本文研究模型、方法和所得结论具有一定普适性,旨在丰富EGT研究,尤其是三方多策略演化博弈问题研究,并为相关领域非完全理性人参与的行为决策问题研究提供一些思路和理论参考.

机器学习在能源与电力系统领域的应用和展望

新一代人工智能(AI)近年来成为国内外研究的热点,其中的典型代表机器学习(ML)作为一个算法范畴,通过分析和学习大量已有或生成数据形成预测和判断以做出最佳决策。中国的新一代AI正处于快速发展的关键期,目前已在能源与电力系统中得到初步应用。基于此,文中以新一代AI中的ML为代表,重点综述了强化学习、深度学习、迁移学习、平行学习、混合学习、对抗学习和集成学习等7种代表性ML在能源与电力系统调度优化和控制决策等方面的应用。最后,对未来ML的发展进行了思考与展望。

基于JADE多智能体动态博弈的自动发电控制仿真平台研究

为了解决新能源接入所带来的强随机环境下AGC协调控制问题,研发了一种基于JADE多智能体动态博弈的自动发电控制仿真平台。该平台由详细全过程动态负荷频率响应模型、实时数据传输模块和控制算法模块三部分组成。首先详细分析了JADE平台智能体的通信、行为和动作的作用机理。然后详细分析了固定增益的PI控制算法、单智能体的Q(λ)算法、分散式相关均衡Q(λ)(DCEQ(λ))算法。控制算法模块可嵌入不同的控制算法并能评估其控制性能,将以上三种算法分别嵌入控制算法模块,对三种算法下的控制性能指标进行对比分析,通过对南方电网四省实时频率偏差模型进行仿真证实,当电网某区域控制误差(ACE)不能完全消除时,分别嵌入了以上三种算法的平台均能实现AGC的区域协调控制。验证了该平台具有可扩展性、有效性、高效性和稳定性。

基于HST模型的变压器寿命评估和优化检修系统

电力变压器目前广泛采用的检修方式是定期检修,正确评估运行中变压器的可靠性水平是状态检修成功与否的关键,基于此,开发基于热点温度(Hot Spot Temperature,HST)的变压器寿命评估和优化检修模型,该模型中,以阿列纽斯的反应速率理论和威布尔分布为理论基础,描述变压器的老化过程,目的是为了求解变压器失效率λ,并通过指数形式的方程组来计算HST,即通过分别求解顶层油温相对于环境温度的温升,绕组HST相对于变压器顶部油温的增量和滞后的环境温度,从而得到绕组的HST(为前述三者之和)。同时基于该模型,开发基于Java语言和My SQL数据库的软件分析系统,该系统优化变压器检修流程,在软件系统中对热点区进行统计分析得到相应的诊断结果,同时提供了丰富的变压器检修分析模块及界面,可有效减少检修次数,提高变压器利用系数,提高设备的可靠性。

开放电力市场环境下多群体非对称演化博弈的均衡稳定性典型场景分析

该文讨论了能源互联网背景下日益复杂的开放电力市场（electricity market,EM）中典型场景下的多群体非对称演化博弈（asymmetric evolutionary game,AEG）的均衡稳定性问题。基于复制者动态和李雅普诺夫稳定性理论,首先,以发电侧EM中两类企业参与电价竞价为例,讨论了较为简单的同方两群体AEG的均衡稳定性（渐进稳定性）。进一步地,将其扩展到由电网企业、新增供电实体和电力消费用户等不同群体参与EM电价交易的三方AEG中来,讨论了该系统在不同博弈态势下的均衡稳定性及其影响因素,同时给出了电网企业群体完整的动力学行为特性分析。最后,以新能源发电企业、传统化石能源发电企业和电网企业组成“新体–旧体–电网”三方参与EM新能源消纳为场景进行了实际应用分析,验证了该文对EM典型场景下多群体AEG的均衡稳定性分析的有效性和实用性。

配网临时挂接地线接地电阻检测试验研究

利用法国CA6415和美国Fluke1625等电阻检测仪对配网临时挂接地线接地电阻进行了测试研究,并对接地电阻的影响进行了试验验证。测试研究包括两个方面,一是对感应电压进行了测试,并对抑制感应电压的措施进行了试验验证;二是对感应电压注入测量法进行了现场试验验证。试验表明在输电线路回路中不存在干扰的情况下,感应电压注入测量法是可行的,但易受强电磁干扰和复杂的电磁环境影响。最后,给出了四种接地线检测方案,并对各方案进行了比较,最终认为采用直接信号注入式的方案可有效检测接地线的接地状态。

基于双ATmega128L和Zigbee的电能质量智能诊断仪的设计及其应用

针对大用户低压侧配电管理和电能质量改善问题,设计了一种基于高档双ATmega128L型高速AVR和Zigbee无线通讯协议的电能质量智能诊断仪,详细介绍了其硬件接口电路设计,硬件程序设计和其在改善电能质量中的应用,并通过现场试验验证了其可行性。利用ATmega128L丰富的片内资源和外围扩展电路,以及高精度同步瞬时采样芯片MAX125,对现场信号进行同步采集,计算分析,实时显示,SD卡存储和结果记录,再利用Zigbee无线通讯方式实现测量数据定时上传和上层系统软件实时进行电能质量分析,从而加强专线用户用电管理,有效提高电能质量,实现节能降耗。该仪器具有易便携、成本低、测量精度高、抗干扰能力强、易推广等优点,可有效满足专线大用户低压侧电能质量管理的需求。

基于变频信号注入原理的防带地线合闸检测装置设计

针对10 k V及以下电压等级配电网线路检修或改造过程中临时挂接地线检测问题,研究一种变频信号注入检测方法,并开发基于DSP2812的防带地线合闸检测装置,装置生成变频电压检测信号,并不断注入到检测回路中,回路由装置、线路、接地线和大地等构成,检测回路的三相电压、电流信号不断被采样,经调理后输入至CPU进行综合判断分析,从而对线路是否存在三相接地线、两相接地线、单相接地线和无接地线情况进行有效检测,并对线路相间短路情况进行识别。装置基于模块化设计,采用高速数据处理芯片,利用FFT算法分别求解基波和谐波成分,不仅可有效判断出有用信号,还可以判断线路中感应信号的强弱,现场试验表明其在技术上可有效避免"带地线合闸"这一恶性事故,有一定的参考价值。

发电市场长期竞价均衡自发形成过程中的一般多策略演化博弈决策行为研究

发电市场(power generation market,PGM)长期竞价均衡的形成是一个自发的演化博弈过程。为此,该文关注一般情形下的两群体多策略同质和异质性PGM竞价演化博弈。首先,对同质性PGM竞价演化博弈的相对净支付(relative net payoff,RNP)参数进行定义,并在4种博弈情形下对其进行了理论分析与动态仿真。基于此,构建异质性PGM竞价演化博弈模型,并详细定义其RNP参数。然后,对该模型在有/无政府监督下的长期竞价均衡进行定性分析,研究表明,该均衡仅由RNP参数决定,因而可调整这些RNP参数使市场自发形成期望的竞价演化稳定均衡。进一步,在按GENCos报价结算机制(pay as bid,PAB)和市场出清价格统一结算机制(market clearing price,MCP)两种结算机制下对异质性PGM的长期竞价均衡进行了定量分析与动态仿真。研究表明MCP比PAB更适合引导发电商按基于边际成本的低价进行竞价。最后,进行了展望。该文模型、方法及结论具有一定普适性,旨在丰富PGM长期竞价均衡问题研究。

配网变压器节能改造技术和方法探讨

当前国内大面积推广使用节能型变压器,基于此,对国内外的变压器的节能技术和方法进行了详细的综述,包括优化变压器材料、变压器结构改造、变压器全寿命周期管理、加强变压器状态检修、变压器容量的合理选择、变压器的经济运行和采用无功补偿装置等,并给出了变压器运行方式经济切换法进行节能计算的实例,与变压器传统运行方式耗能进行了对比,证明了当前传统运行方式的节能潜力,同时给出了变压器无功补偿节能效益计算实例,表明从无功补偿的角度进行节能的必要性。探讨了当前变压器节能方法研究的薄弱环节,并对未来研究方向做出展望。分析得出专线用户企业尤其是高耗能企业应尽快推广使用新型节能变压器,充分挖掘节能潜力,提高生产效益。

基于三相对称电压注入法的配电网接地线检测技术

针对配电网线路发生"带地线合闸"这一恶性事故,提出了基于三相对称电压注入法的接地线检测技术,开发了基于数字信号处理器(DSP)的配电网线路临时接地线检测装置。将各频率电压注入信号下的采样电流值与阈值进行比较,利用比较结果综合确定配电网线路是否存在未拆除接地线。现场试验结果表明所提检测方法和开发装置可有效检测出未拆除的三相、两相及单相接地线,并可识别相间短路情况,从而方便检修人员快速确定并拆除临时挂接地线,实现安全合闸送电。

基于PSCAD/EMTDC的配网检修线路临时挂接地线仿真模型研究

针对10 kV配网线路改造检修工作,存在漏、拆接地线情况,可能导致恶性"带地线合闸"事故发生,研究基于信号注入的检修线路临时挂接地线检测方法。根据配网特点,搭建适合地区电网变电站和输电线路的电磁暂态仿真模型,模拟线路检修时挂接地线的物理环境。结合PSCAD/EMTDC模型,验证检测方案的合理性,并分析配网各因素对检测精度的影响,主要包括:不同注入信号频率、变压器接入、线路分支较多、同杆并架和大地电阻等。基于仿真分析,提出一种基于电流分流原理的检测方案。仿真表明实际情况与理论符合,可有效检测三相接地、两相接地和单相接地情况,具有较好的实用性,对于10 kV配网线路检修工作,具有一定参考意义。

基于DSP的专线用户节能潜力智能诊断仪的研制

针对专线用户节能潜力不能在线自动诊断的问题,提出了一种全新的基于DSP的节能潜力在线自动诊断方法,并充分利用现代电力电子、数字信号处理、高精度快速采样、大容量存储、人机交互等技术,研制了相应的专线用户节能潜力诊断仪。介绍了所研制诊断仪的硬件设计思路和DSP节能分析软件设计思路,并通过现场试验验证了其可行性。该仪器具有操作简单、可便携、成本低、可靠性高、智能化强、易推广等优点,可有效提高电气节能审计工作的效率、信息化程度和自动化程度。