考虑碳流约束的电力系统能碳安全域模型与计算方法

针对当前电力系统碳减排任务与安全稳定运行需求,研究电力系统低碳安全运行技术。现有的能量流安全域模型使电力系统安全监视与控制更加科学有效,但忽略了系统运行过程中可能存在的“高碳”风险。文中提出了一种考虑碳流约束的电力系统能碳耦合安全域(简称能碳安全域)模型与计算方法,旨在保证系统安全性的同时减排提效。为完整刻画电力系统的低碳运行能力极限,分别从负荷端和源端角度提出了考虑碳流约束的系统最大供电能力曲线及最大消纳能力曲线模型。基于系统最大供电能力工作点,提出了能碳安全边界仿真拟合计算方法,实现了能碳安全域的降维观测。最后,结合算例验证了所提模型的有效性。

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

“人-车-桩-路-网”深度耦合下的配电网协同规划与运行优化

电动汽车(EV)作为连接交通电气化和电网清洁化的纽带和桥梁,可实现电力-交通-信息之间的深度耦合,形成电力-交通一体化的规划及运行架构。配电-交通融合系统(DTIS)中,EV充放电行为多时空动态交织、电能流-交通流-信息流深度融合、多利益主体动态博弈等大量不确定性因素使配电网的规划及运行优化的边界都将发生重大转变,但同时也给挖掘利用EV的移动储能特性和提升配电网灵活性带来了契机。为此,在分析“人-车-桩-路-网”深度耦合下配电网的形态演化特征基础上,剖析了新形态下配电网协同规划与运行优化所面临的新挑战,进而针对“人-车-桩-路-网”耦合下的EV灵活性建模、灵活域高效构建及预测、协同规划、运行优化4个方面关键技术展开讨论,并对相关技术问题的研究方向进行了展望。

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

中压直流配电场景下混合型MMC过调制工况对运行稳定性的影响分析

混合型模块化多电平换流器(hybrid MMC)可通过过调制运行实现中压直流(MVDC)配电网的直流故障穿越.现有研究未充分分析过调制工况下混合型MMC的运行稳定性,无法满足中压直流配电网的运行需求.为此,本文通过与正常工况进行对比,分析了过调制工况对混合型MMC运行稳定性的影响.首先,在电气与控制部分统一的dq坐标系下,构建考虑直流调制比的混合型MMC小信号模型,并将其与详细电磁暂态(EMT)仿真结果对比,验证所建立模型的准确性;其次,对比正常及过调制工况下的根轨迹,进而从控制参数可行域的角度分析了过调制工况对系统运行稳定性的影响;然后,基于主导模态特征根的虚部计算系统失稳时的振荡频率,并将其与相同控制参数下电磁暂态仿真结果进行对比,验证上述稳定性分析结果的正确性;最后,基于参与因子法计算各状态变量对于主导模态的参与程度,从而揭示对系统稳定性影响较大的关键状态变量.理论分析及仿真结果表明,混合型MMC的内部模态会随着交流及直流电流控制器参数的增大而逐渐趋于不稳定;相较于正常工况,过调制工况下混合型MMC控制参数可行域扩大,小信号稳定性提高.

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

联合数据增强的语义对比聚类

鉴于对比学习在下游任务中的优异表现,对比聚类的研究受到广泛关注.但是,大部分方法只采用一类简单的数据增强技术,尽管增强后的视图保留了原始样本的大部分特征信息,但也继承了语义信息和非语义信息相融交织的特性,在相似或相同的视图模式下,该特性限制了模型对语义信息的学习.有些方法直接将来源于同一样本的具有相同视图模式的2个数据增强视图组成正样本对,导致样本对语义性不足.为解决上述问题,提出基于联合数据增强的语义对比聚类方法,基于一强一弱2类数据增强,利用视图间的差异降低非语义信息的干扰,增强模型对语义信息的感知能力.此外,基于全局k近邻图引入全局类别信息,由同一类的不同样本形成正样本对.在6个通用的挑战性数据集上的实验结果表明该方法取得了最优的聚类性能,证实了所提方法的有效性和优越性.

非负拉格朗日松弛优化的子空间聚类算法

传统的子空间聚类和谱聚类中普遍使用谱松弛方法聚类,需要先计算拉普拉斯矩阵的特征向量。特征向量中包含负数,根据元素的正负可以直接得到二类聚类的结果。对于多类聚类问题,需要递归地进行二划分,或在特征向量空间中使用k-means算法聚类,分配类簇标签是间接的,这种后处理的聚类方式会增加聚类结果的不稳定性。针对谱松弛的问题,提出了一种非负拉格朗日松弛优化的子空间聚类算法,在目标函数中集成了自表示学习和秩约束。通过非负拉格朗日松弛来求解相似性矩阵和隶属矩阵,并保持隶属矩阵的非负性。在这种情况下,原来的隶属矩阵就变成了类簇的后验概率,当算法收敛时,只需将数据点分配给具有最大后验概率的类簇,即可得到聚类结果。与已有的子空间聚类和谱聚类方法相比,所提出的算法设计了新的优化规则,可以实现类簇标签的直接分配,不需要额外的聚类步骤。最后,给出了算法的收敛性证明。在5个基准聚类数据集上的大量实验表明,所提算法的聚类性能优于近几年来的子空间聚类方法。

高中地理课堂学生回答低音情况反思

高中地理课堂学生回答问题的声音普遍较低。在一次常规的地理课堂教学中,有位学生回答十分响亮,笔者据此进行反思,并总结出学生响亮回答的三个条件。一是问题情境的营造,二是基于学情的梯度问题设计,三是教师要给予及时的肯定。其中,关键是基于学情的梯度问题设计。

面向需求响应的电力用户行为建模:研究现状与应用

通过建模理解电力用户行为,有助于在需求响应中有效引导用户灵活用电,从而挖掘负荷侧的灵活性。面向需求响应场景的实际需求,系统梳理电力用户行为建模的研究现状与应用。分析并总结电力用户行为建模的研究进展,包括用户行为特性描绘、用户行为解析和用户行为定量建模3个不同层次。梳理电力用户行为建模在需求响应中的主要应用方向,包括需求响应潜力评估、考虑需求响应的能源系统协同优化、负荷零售商定价和考虑需求响应的市场机制设计。讨论现有电力用户行为建模研究所面临的不完全信息条件、用户的有限理性等实际问题,并对未来的研究方向进行展望。

含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法综述

随着“双碳”目标的推进,高比例可再生能源广泛接入,电力系统呈现出不确定性因素多、源荷变化快、多重随机性强等特点,给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。解析法是最常用的运行可靠性评估方法之一,具有数学模型清晰、计算效率稳定、枚举状态关系明确等优势,有助于保障电力能源的安全可靠供应。从电力系统运行可靠性的概念和评估流程出发,归纳亟待解决的问题。在此基础上,从可靠性评估效率提升、考虑极端灾害的不确定性建模和序贯解析评估3个方面归纳了现有研究成果及其存在的不足。最后,展望了含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法的未来研究方向。

仿蜈蚣式输料管道磨损检测技术研究

针对精矿输料管、矿浆管道磨损严重、磨损时不易检测的现状,基于仿生学技术以绿色高效、低成本为设计理念,结合蜈蚣的躯体构造和运动特点,设计了一种仿蜈蚣式管道检测仪。通过对检测仪进行统一控制系统设计、分动并联式设计以及模块化设计,完成了总体的设计方案。该系统地设计了仿蜈蚣式管道检测仪的结构和布局,并介绍了工作原理,通过运动学理论计算得出了检测仪有独立的运动特性。利用ADAMS运动仿真软件,对检测仪进行运动学仿真分析,分析结果表明:检测仪动态性能良好,运行平稳,设计合理。对仿蜈蚣式管道检测仪进行样机制造,验证了检测仪结构的合理性和运动的稳定性。

基于灵敏度分析的电气耦合综合能源系统最小切负荷方法

切负荷是保证电力系统电压稳定的最后屏障。但随着电、气耦合程度的加深,电气耦合综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)中涌现出气压先于电压失稳的新场景,且切负荷种类已从电延拓为电、气2种。为实现IEGS整体切负荷量最低,需进一步考虑跨电、气2能源系统的最小切负荷需求。对此,提出了基于灵敏度分析的IEGS最小切负荷方法。首先,基于连续多能流定义综合灵敏度指标(comprehensive sensitivity index,CSI),以量化电、气负荷增长对IEGS气压的影响,CSI最大节点的气压最易达到稳定极限,可视为IEGS气压薄弱环节;基于此,构建切负荷灵敏度指标(load shedding sensitivity index,LSSI),评估切除各节点负荷对CSI最大节点气压的恢复效果,在气压临近失稳时按照LSSI由大到小顺序依次切除电/气负荷,使系统气压达到正常运行最低要求,实现负荷削减量最小;基于LSSI,引入切负荷成本形成考虑切负荷成本的灵敏度指标;最后,算例证明了相比切不灵敏节点,优先切灵敏度高的节点负荷可降低近60%的负荷削减量。

面向区域能源互联网的边云协同架构及其优化策略研究

现有区域能源互联网(regional energy internet,REI)呈现出多维度、多主体的运行特征,若采用传统集中式云端服务架构,系统易引发高延迟、云爆炸等问题。为此,提出一种边云协同架构及其优化策略。首先,建立REI的数学模型;其次,以REI为分布式边缘控制单元,建立含云服务层、边缘服务层、设备层的REI边云协同架构,以实际工作量分配计算任务;然后,综合考虑系统多方利益主体博弈关系,设计云服务层、边缘服务层优化策略;最后,在此基础上,为提升紧急情况下系统恢复运行的速度,提出一种应急处理方法。通过两种多REI算例测试,结果表明:与传统云端服务架构相比,所提架构在计算速度、应急处理速度方面具有显著优势;所提优化策略能够有效提升REI的运行收益。

基于条件变分自编码器的端到端情感语音合成方法

情感语音合成作为语音合成的一个重要分支,在人机交互领域得到了广泛的关注。如何获得更好的情感嵌入并有效地将其引入到语音合成声学模型中是目前主要存在的问题。表达性语音合成往往从参考音频中获得风格嵌入,但只能学习到风格的平均表示,无法合成显著的情感语音。该文提出一种基于条件变分自编码器的端到端情感语音合成方法(Conditional Duration-Tacotron,CD-Tacotron),该方法在Tacotron2模型的基础上进行改进,引入条件变分自编码器从语音信号中解耦学习情感信息,并将其作为条件因子,然后通过使用情感标签将其编码为向量后与其他风格信息拼接,最终通过声谱预测网络合成情感语音。在ESD数据集上的主观和客观实验表明,与目前主流的方法GST-Tacotron和VAE-Tacotron相比,该文提出的方法可以生成更具表现力的情感语音。

计及虚拟储能的电-水-热综合能源系统日前优化调度方法

针对包含高比例波动性光伏、光热等可再生能源的电-水-热综合能源系统(EWH-IES),提出一种计及虚拟储能(VES)的EWH-IES日前经济调度方法。首先,为有效利用供水子系统储水特性与供热水子系统储热水特性所带来的灵活性,建立了EWH-IES中电-水和电-热之间的两类VES模型,定义了其虚拟充放电功率、虚拟电容量和虚拟荷电状态3项虚拟储能参数,以发掘储水与储热水能力参与EWH-IES的优化运行。然后,建立了融合VES模型和耦合电-水、电-热之间能量流与物质流的扩展能源集线器模型,以描述EWH-IES能量流与物质流转换的数学关系。在此基础上,提出计及两类VES虚拟充放电能力的EWH-IES日前经济优化调度方法,通过对两类VES的灵活性利用,共同支撑EWH-IES的优化运行。最后,通过算例验证了所提方法在提升EWH-IES运行经济性和可再生能源消纳方面的有效性。

考虑绝热性能差异的建筑群与社区综合能源系统协同优化

在建筑群与社区综合能源系统(ICES)协同运行中,绝热性能不同的建筑具有差异化的热需求响应能力。为充分调动其差异化的需求响应潜力,文中构建了考虑绝热性能差异的建筑群与ICES协同优化框架。首先,基于采暖建筑的蓄热特性,采用热阻-热容网络对热量在建筑围护结构的热动态过程进行建模。其次,基于建筑的热动态模型,构建了含可调散热器的建筑用户差异化的热需求响应模型。然后,提出了基于双层优化的建筑群与ICES的协同优化框架,并在协同优化框架中进一步采用真实反映建筑用户热量消耗的精细化供热价格方案。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。

面向广义能量品质分析的多能耦合流集线器建模

综合能源系统(IES)的发展有助于提升系统整体能效、促进可再生能源利用。多类异质能的有效能水平、用能不确定性、碳排放强度等关键广义能量品质的问题逐渐凸显,推动了基于能量流、㶲流、熵增流和碳排放流等能源系统“流”建模理论的发展。多能耦合环节决定着IES多能转化和分配过程,是影响IES广义能量品质的关键因素之一。文中在统一精细化、抽象化程度下,给出了多能耦合环节“流”通用元件的定义。基于标准化矩阵框架提出了适用于多种能量品质分析要素的流集线器模型及其计算方法,并探讨了如何根据模型关系矩阵判定的可解性,合理化修正多能耦合环节约束条件,保证流集线器模型存在唯一运行状态。最后,通过算例验证了流集线器模型的有效性。

煤矿区综合能源微网架构及低碳运行优化研究

在推行煤炭清洁开采、构建绿色低碳循环能源新发展格局的背景下,当前煤矿区能源的孤立开发方式和以煤炭发电、电网供电为主的供能模式已不再适应新形势,需要构建综合能源微网以增强煤矿区能源综合利用水平并控制碳排放量。本文讨论了煤矿区综合能源微网应用的基本需求及天然优势,提出了一种煤矿区综合能源微网架构并分析了蕴含的新能源发电、储能、伴生能源利用、多能耦合转换、能量优化调度等发展要素;建立了煤矿区的物质流‒能量流‒碳流枢纽模型,实现了针对典型煤矿区的综合能源微网碳能协同低碳运行优化。结果表明,将综合能源微网应用于煤矿区,能够发挥风、光、瓦斯、空气热、涌水热等资源优势并进行高效整合利用,储能装置则进一步提高供能与负荷需求的匹配度,充分降低煤矿区的电网购电量与用电碳排放量;煤矿区碳能协同低碳运行优化过程考虑了各类设备的碳能耦合关系,支持制定低碳经济的运行策略。煤矿区综合能源微网架构及碳能协同低碳运行优化,可为煤矿区经济社会高质量发展提供新的理念与技术支撑。

考虑多能碳流约束的区域综合能源系统双层博弈扩展规划

随着能源和环境的问题逐渐受到社会重视,碳减排已经成为各类系统规划问题的研究要素,综合能源系统以其多能耦合的独特性对减排提效有着重要作用。以此为研究背景,提出一种考虑碳约束的双层Nash-Stackelberg博弈扩展规划方法。依据比例分摊原则建立系统线路碳流率和节点碳势计算模型,构建了考虑多能碳流约束的电网公司、天然气公司和能源站三大主体的规划收益模型,采用了不动点迭代的双层Nash-Stackelberg博弈规划方法,利用粒子群优化算法求解博弈模型,并引入Kriging元模型提高寻优效率。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,博弈规划满足了市场三大主体各自利益的最大化,而多能碳流约束的引入有利于引导投资方增加绿电设备的建设。