计及元件故障率时变特性的综合能源系统运行可靠性高效评估方法

为提高运行可靠性评估效率,进而支撑系统运行风险防控,基于模型-数据混合驱动的思想提出了一种计及元件故障率时变特性的综合能源系统运行可靠性高效评估方法。构建了基于复杂网络理论的支路脆弱度因子指标,提出系统关键元件的筛选方法。建立系统可靠性指标关于关键元件可靠性参数的解析模型,通过引入辅助变量建立线性优化模型求取解析模型系数。通过最小二乘支持向量机(LSSVM)回归模型获得运行可靠性解析模型与负荷水平的映射关系,实现负荷变化时系统运行可靠性的快速更新。通过算例测试验证了所提方法的计算效率和精度。

面向电网灾后恢复过程的移动应急资源分体式调度方法

移动应急资源的优化调度已被证实是提升电网灾后恢复能力与韧性的“助推器”。已有调度方法均将载体与其承载的功能模块“捆绑”为一体,低估了资源的实际效用。为此,该文提出移动应急资源的分体式调度方法,其特征在于将载体与功能模块“分解”为独立的调度单元,从而涌现出“一带多”与“载体共享”机制,以挖掘移动应急资源的利用潜力、探寻更优的调度效果。通过对载体、功能模块、电网三者间的交互行为进行分析,引入关键0-1变量,将实现分体式调度所需的各逻辑条件分别建立为线性约束条件;围绕电网灾后恢复场景,以最大化负荷供应为目标,并兼顾资源部署成本,建立计及移动储能、移动发电机、维修资源3类移动应急资源分体式调度的混合整数线性优化模型。最后,在IEEE配电系统上进行算例测试,结果表明,所提模型能够有效实现载体与功能模块间的灵活搭配与协同,并验证了分体式调度方法相对于传统方法的优势及其可扩展性。

基于TCN-Wpsformer混合模型的超短期风电功率预测

针对基于梯度下降的递归神经网络难以捕获时间跨度较长的风电功率长期依赖关系的问题,提出一种基于时间卷积网络(TCN)和窗口概率稀疏Transformer(Wpsformer)混合模型的超短期风电功率预测方法。将包含时间季节性特征的时间编码与包含原始数据位置信息的绝对位置编码进行拼接,引入TCN提取时间片段特征,将时间片段特征融入自注意力机制,以时间片段的相关性联系替代时间点的相关性联系。通过Wpsformer模型多步输出超短期风电功率预测值,与原始Transformer模型相比,Wpsformer模型使用窗口概率稀疏自注意力机制,在捕获长期依赖关系的同时筛选出重要程度相对较高的时间片段特征进行计算,提高了预测精度且降低了计算成本。曹店风电场的算例结果表明,所提模型在预测精度方面具有明显优势。消融实验证明了所提模型各模块的必要性。

面向可再生能源消纳的电网侧混合储能优化配置方法

混合储能目前是一种较为高效的能量存储方式,对于新能源消纳作用极大,大规模投建储能装置有助于提高可再生能源并网的比例,助力“双碳”目标的实现。然而,储能投建成本较高,盲目配置储能将导致大量资金的浪费,如何根据可再生能源的消纳需求来正确配置储能成为了急需解决的问题,需要综合考虑可再生能源的消纳效果以及储能配置的经济性,真正做到“好钢用在刀刃上”。本文提出一种两阶段的储能优化配置方法:第一阶段,对电力系统进行运行模拟,确定最优储能选型方案;第二阶段,充分考虑源测、网架和负荷的灵活调节能力,建立储能的优化配置模型,以最小化投资成本和弃风弃光率为目标,全面考虑发电侧、输电侧和负荷侧的灵活性资源,得到切实可行的储能选址定容方案。通过对算例仿真结果分析得知,本文方法可促进可再生能源消纳,大大缩减投资成本。

计及交通事故影响的电动汽车路径规划和充电导航策略

针对交通事故对电动汽车用户驾驶和充电体验的影响尚未得到充分研究这一现状,提出了一种弱化交通事故对用户不良影响的路径规划和充电导航策略。首先,以电动汽车用户重点关注的行驶能耗和行驶时间两项指标为导向,建立了基于实时交通信息的交通网综合道路阻抗模型,实现了交通流拥塞水平的动态表征。然后,考虑交通流量和道路拓扑的耦合作用,建立了基于交通事故“发生-持续-消散”动态过程的后果评估模型,实现了交通事故后果的精准量化。最后,建立了以提升电动汽车用户体验为目标的路径规划和充电导航优化模型,提出了基于Dijkstra算法的滚动优化算法,实现了模型的快速求解。以配电网与交通网组成的耦合系统进行算例分析,结果表明,所提方法能够有效减少交通事故发生后的电动汽车用户综合出行成本,并缓解交通网拥塞。

柔性互联输配一体化电网有损潮流的精细化建模及应用

多端柔性互联输配一体化电网内部的运行方式复杂、网损特性差异显著,导致传统一刀切的网损补偿方法难以准确刻画网损的实际情况,影响了输(配)电交直流有损潮流模型的应用潜力和输配边界潮流的一致性。为此,该文提出一种基于双层定点迭代的精细化有损潮流模型。针对网损补偿方法不准确的问题,综合考虑网络类型、数据属性和物理特征等因素,为输、配电网及交、直流电网的精准有损潮流分析建立了差异化的网损补偿模型。针对输配边界潮流的不一致问题,将输配一体化有损潮流建模为一个双层定点迭代问题,并采用主从分裂法实现协同求解。在多个算例中分析了不同有损潮流模型的性能差异及其原因,讨论了所提模型在求解精度、收敛速度和计算效率等方面的优势,验证了所提模型在不同控制方式和优化目标下的鲁棒性和通用性。

计及维护操作影响的变压器内部潜伏性故障率预测模型

为了量化维护操作对变压器故障率的实际影响,文中通过深度挖掘短时间尺度下变压器油色谱监测数据,建立了一个基于实时运行工况的变压器内部潜伏性故障率预测模型。对传统马尔科夫故障率模型的建模过程进行了分析,指出该模型中的自变量状态持续时间无法响应维护操作影响,提出对状态持续时间参数进行修正;具体步骤为利用R型聚类-主成分分析算法提取关键溶解气体种类;通过径向基函数神经网络建立了关键溶解气体含量与修正状态持续时间之间的映射关系;推导变压器内部潜伏性故障率关于修正状态持续时间的解析表达式。结果表明,与马尔科夫故障率模型相比,所建立的模型具备表征维护操作影响与变压器实际故障率的能力。

计及多设备老化效应的主动配电网可靠性评估

高比例可再生能源的大规模接入促使配电网向着主动配电网(ADN)的方向转型,大量的信息设备建设扩大了主动配电网的整体规模,提升了信息处理效率,但同时也使得系统安全可靠运行的问题变得更加突出。本文提出考虑老化效应的混合通信网络主动配电网可靠性评估方法,首先采用失效模式与效应分析方法建立信息网络与配电网络间的故障关联模型,其次利用设备性能参数建立信息设备与物理设备的威布尔分布老化失效模型,最后通过序贯与非序贯蒙特卡洛相结合的仿真方法对系统可靠性进行评估。其结果可为未来主动配电网的运行维护提供有力的技术支撑。

考虑风电主动参与频率控制的电力系统运行可靠性评估

近年来,通过采用合理的控制策略,双馈感应式风力发电机组已广泛参与系统的频率调节过程。因此,风电作为一种日益重要的能源,有望在现代电力系统中兼具重要的发电和频率调节任务。考虑到风力资源的多变性,风力发电具有固有的不确定性,大规模风电并网会给电力系统可靠性和频率安全带来冲击。研究了高比例风电电力系统可靠性和频率的综合评估问题,首先,对计及双馈风机虚拟惯性响应的系统频率调节过程建模,求解系统在供需波动和设备故障下频率偏差的解析表达式;其次建立了发电机频率敏感的可靠性模型,旨在分析系统可靠性和频率偏差间的耦合关系;最后提出了多时间尺度分析框架用于计算系统可靠性和频率综合指标。结果显示,提出的框架在可靠性评估中综合考虑了频率调节过程及频率变化对可靠性参数的影响,可为高比例风电电力系统运行可靠性研究提供一定指导。

双碳目标下新型电力系统风险评述:特征、指标及评估方法

“碳达峰·碳中和”目标下,中国将建立以风、光等新能源为主体的新型电力系统。随着能源结构和系统形态的改变,电力系统供需双侧的不确定性将显著增强,供需失配等系统风险将愈发突出。准确评估系统风险水平对新型电力系统的规划和运行都具有重要意义。文中分析了新型电力系统的典型风险特征,论述了一套适用于新型电力系统的风险评估理论体系。首先,梳理了描述系统风险的三级风险指标体系,涵盖了供需失配的上行和下行风险以及碳排放相关的风险;然后,总结了体现新型电力系统风险特征的风险评估方法,在状态产生环节刻画多源风险因素,在状态分析环节计算多级风险指标;最后,探讨了与风险评估有机融合的系统薄弱环节辨识方法,为风险预控提供量化决策依据。

计及建筑热负荷弹性的综合能源系统调度方法

具有一定弹性的建筑热负荷被视为电-热综合能源系统运行优化的重要调节资源.考虑建筑热负荷具有规模大、单体容量小的特点,非侵入式的数据驱动方法成为量化建筑热负荷弹性的有效手段.然而,由于数据不足或模型精度不够,该方法将不可避免地产生误差,给电-热综合能源系统的优化调度带来认知不确定性.因此,提出一种考虑建筑热负荷弹性并兼容相关认知不确定性的电-热综合能源系统优化调度方法.分析基于数据驱动的建筑热负荷需求弹性评估方法,将评估过程中产生的误差建模为认知不确定性,并通过改进的D-S证据理论对多源误差进行融合;采用拉丁超立方抽样方法生成表征热负荷弹性认知不确定性的场景,并通过模糊聚类法进行场景削减;将构造的场景集嵌入电-热综合能源系统的协调优化调度中,实现对建筑热负荷弹性及相关认知不确定性的综合考虑.算例仿真结果表明,考虑建筑热负荷需求弹性及认知不确定性对减少弃风、提高电热综合能源系统的运行灵活性至关重要.

电网可靠性评估中负荷相关性的广义交叉熵模型

节点负荷相关性的概率密度估计模型是实现负荷相关性变化对电网可靠性影响研究的关键环节。该文从模型稀疏性和模型准确性兼顾的角度,提出多维节点负荷联合概率密度估计的改进广义交叉熵模型(generalized cross entropy,GCE)。该文以广义交叉熵公设为基础,构建概率密度函数的有约束泛函极值问题及其对偶优化问题,并将对偶问题转换成核函数权重的二次规划问题,从而实现概率密度的准确估计及其稀疏性的自适应优化。此外,针对传统GCE模型在权重优化求解中存在的问题进行改进,进一步提高了密度估计的准确性。通过将改进GCE模型与传统GCE、非参数密度估计和半参数密度估计在稀疏性和准确性上的理论分析和算例比较,以及对RBTS、IEEE-RTS79、IEEE-RTS96测试系统的评估分析,验证了改进GCE模型的有效性。

考虑燃油车和电动汽车动态混合交通流的电动汽车充电站规划

充电站的规划对缓解用户里程焦虑和电动汽车的规模化应用具有重要意义。随着电动汽车渗透率的提高,交通流的形态愈发复杂,导致充电站规划面临严峻挑战。针对已有研究忽略燃油车的路径选择对电动汽车出行以及充电站规划的影响,基于燃油车和电动汽车实时能耗的区别,提出了考虑燃油车和电动汽车动态混合交通流的交通分配模型,基于此进行了交通和配电网耦合网络的充电站规划,以满足电动汽车的充电需求。以耦合网络的规划和运行总成本最小为目标,考虑不同规划阶段燃油车和电动汽车的增长速度,结合耦合网络运行约束来确定电动汽车充电站的位置和容量。为得到全局最优解,应用Benders分解算法将模型分解成主–子问题进行迭代求解。以Sioux Falls交通网和IEEE 69节点配电网的耦合网络为测试系统,仿真算例表明考虑动态混合交通分配后可以减少车流量峰值,改善交通流分布,得到了最优的充电站规划结果。

基于外网静态等值与无迹变换法的互联电网概率潮流计算

随着电力系统的发展,为计及新能源发电和负荷波动等不确定性因素的影响,须对互联电网进行概率潮流分析,而电网规模的不断扩大会显著增加相应的计算负担。因此,为提高互联电网概率潮流的计算效率,提出了一种基于外网静态等值方法与无迹变换法相结合的互联电网概率潮流计算方法。首先,采用无迹变换法生成用于边界处等值参数概率建模的样本点集,提出基于多运行点的外网静态等值方法,即每个样本点基于其改进直流潮流计算得到的结果获得等值参数,以建立等值后内网输入随机变量的概率模型。然后,通过该概率模型再次采用无迹变换法生成新的样本点集,从而进行等值后内网的概率潮流计算。最后,在多个测试系统证明了所提方法的准确性与速度优势。该方法借助概率等值技术同时降低了概率潮流计算中输入随机变量的维数与系统规模,从而减少了其分析所需的确定性潮流计算次数及其单次计算时间,实现了该应用在计算方面的双重降维。

电力系统网络传输灵活性及其评价综述

大规模新能源并网,增加了电力系统运行不确定性,新型电力系统在运行和规划过程中对灵活性的需求更为迫切。随着新能源并网比例增加,网络传输灵活性在系统灵活性供需中的限制作用更加显著。网络传输灵活性研究及其量化评估是保证系统灵活性资源的可用性,提升新型电力系统灵活性的关键。论文对电力系统网络传输灵活性及其评价研究进行评述和展望。首先,介绍电力系统网络传输灵活性的定义,并概况其特征为时序性、无方向性和固有性;其次,论述现阶段网络传输灵活性的研究场景及方法;再次,从网络可用输电容量、网络安全传输裕度及网络传输灵活性指标3方面,对现阶段网络传输灵活性评估指标进行梳理;最后,对电力系统网络传输灵活性的研究进行总结与展望。

基于区间优化算法的电力系统可靠性评估逆问题模型

电力系统可靠性评估逆问题是指从已知的可靠性指标值出发求取未知的元件可靠性参数的问题,是电力系统可靠性领域一个重要的潜在研究方向。只有在待求可靠性参数个数与可靠性指标个数相等的特殊情形下,采用现有的逆问题研究方法才能取得参数的准确值。针对以上不足,首先,基于可靠性指标解析计算函数,构建逆问题的非线性方程组模型。其次,为计及已知可靠性指标个数大于、等于或小于待求参数个数的3种情形,将方程组模型转化为优化问题,建立逆问题的一般性模型。针对逆问题存在多解的情形,以可靠性参数优化为例,说明如何构建对应于具体工程问题的逆问题模型。然后,提出基于改进区间优化算法的逆问题求解方法,该方法能够在逆问题的不同情形之间进行切换,并确保求得最优解。最后,将所提方法应用于RBTS、IEEE-RTS系统和91节点系统,算例结果表明:针对逆问题的上述3种情形,采用所提方法均可有效求得准确的元件可靠性参数。

混合交通流下计及储能型柔性开关影响的交通-配电网联合规划

电动汽车(electric vehicle,EV)的大规模发展,使得交通网转变为电动汽车和燃油车(gasoline vehicle,GV)随机混合出行的复杂网络;配电网也转变为供需双侧不确定、“源-网-站-储”高效互动的低碳型电网。在新型交通-配电网耦合系统下,亟需研究交通和配电网的联合规划方法,以满足EV时空充电需求,保障交通和配电网的安全可靠运行。为此,基于EV和GV的实时能耗特性差异,建立了混合交通流分配模型,以充分反映GV对EV出行和充电行为的影响,进而建立了混合交通流下的交通网多阶段规划模型。此外,考虑储能型柔性开关(energy storage integrated soft open points,E-SOP)的运行特性,协同“源-网-站-储”,建立了E-SOP影响的配电网多阶段规划模型。结合交通-配电网物理和“流量-功率”耦合约束,实现了交通-配电网的联合规划。根据Sioux Falls交通网和IEEE 69节点配电网组成的耦合系统算例测试,验证了所提联合规划模型比独立规划的总成本减少了7.21%,并且E-SOP的接入能减少系统无功出力和电压波动。

计及老化线路电流承载能力退化特性的电力系统连锁故障分析

长期老化效应导致输电线路的电流承载能力退化以及老化失效风险增大,会使连锁故障风险进一步恶化。研究了输电线路老化对电力系统连锁故障的影响。首先,基于热平衡理论建立了输电线路老化相依的电流承载能力计算模型,阐述了电流承载能力与输电线路运行年龄的数值对应关系。在此基础上,综合考虑实时潮流和输电线路的老化效应,建立了包含实时潮流、运行年限、停运概率的三维映射关系,改良了输电线路动态停运概率模型。然后,通过引入概率阈值参数,建立一种改进的基于停运概率模型的连锁故障路径搜索准则,以连锁故障演化过程中的最大概率耦合事件为导向,在过滤低概率连锁故障路径的同时筛选代表性故障路径。最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行了实例研究。算例结果证明,考虑线路老化效应后,由单线路意外事件触发的连锁故障事件增多,概率增大,其对应路径阶数增大,系统连锁故障风险明显升高,表明输电线路老化效应与连锁故障后果之间存在显著相关性。

计及压缩空气储能的发输电系统可靠性评估

压缩空气储能(CAES)是一项清洁的储能技术,其接入电力系统在为实现高比例可再生能源消纳提供一种新的解决途径的同时,也会对发输电系统可靠性评估产生影响。首先,运用马尔可夫方法对CAES建立了通用的故障概率模型,并且该模型能够考虑储气容器损坏的情形;其次,针对该模型提出了能反映储能侧能量损失的系统指标,并探讨了CAES的不同控制参数对发输电系统指标的影响;接着,在修改后的IEEE RTS-79系统中利用灵敏度分析方法来识别影响CAES中的组合模块、整体装置和发输电系统指标的关键元件,并结合经典二分法理论来挖掘CAES并网的容量价值;最后,探讨了风电场与CAES协调配合对系统可靠性的影响,评估结果可为CAES的设计及配置方案提供有益的参考。

基于初值修正的电力元件可靠性参数校正

由于元件停运记录的疏漏,少部分元件可靠性参数统计值可能存在错误。错误的可靠性参数会导致误差较大的评估结果,进而影响电网的规划和运行决策,因此,有必要辨识并校正错误可靠性参数。在该背景下,本文利用电力系统可靠性评估逆问题理论,提出基于初值估计策略的元件可靠性参数辨识和校正方法。首先,提出可靠性参数辨识与校正效果的评价指标。其次,采用具有全局寻优能力的改进粒子群优化算法,估计敏感可靠性参数。然后,采用基于参数初值动态修正的滚动估计算法,估计全体参数,并根据各参数估值与其统计值的偏差,辨识错误参数。最后,利用区间算法校正错误参数。算例表明:当系统中参数错误的元件占比不超过9%时,所提模型及算法可辨识出全部错误参数,且其校正结果的误差在1%以内。