“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑评述

数字化是推动新型电力系统发展的重要动力,已成为广受学术界和产业界关注的热点技术。为此,《电力系统自动化》编辑部组织了“新型电力系统数字化关键技术综述”专辑,系统化介绍了新型电力系统数字化基础元件装备、边缘计算技术、通信安全与防护、智能化调度决策等一系列技术成果,代表了本领域最新技术成果和先进经验。文中立足于新型电力系统数字化发展的整体趋势,对专辑论文按研究方向进行了系统性梳理,对其核心成果与观点进行了归纳总结,希望能够完整呈现专辑成果对新型电力系统数字化关键技术体系的支撑作用,为相关技术研究的进一步深化提供参考。

新型电力系统数据跨域流通泛安全边界防护技术

新型电力系统建设涉及多业务系统、多部门、多方主体间进行海量、异构数据的交互和共享,电力数据的内外部网络环境与安全形势日趋复杂化,数据流通的脆弱性风险加剧。首先,分析新型电力系统下数据流的类型与特性,概括电力数据流通安全防护面临的新形势;其次,基于专用数据处理器(DPU)的高性能流量编排和多功能安全网关能力,构建面向电力数据跨域流通安全增强的泛安全边界,凭借数据面可编程技术沟通网络安全与数据安全双维度安全能力,提出基于DPU的数据跨域流通协同防护技术应用方案;最后,阐释DPU在不同电力通信网络层次的部署方式、价值与关键技术,分析现阶段DPU在电力领域应用存在的挑战。

电动汽车与电网互动:综述与展望

随着新能源发电、电动汽车的大规模发展,电网的调节能力持续下降,新能源消纳的压力日益增加,配电网的薄弱性逐渐暴露。电动汽车与电网互动技术的推广应用对于充电需求的满足、配电网建设压力的缓解、电动汽车灵活性资源的利用及新能源消纳都具有重要意义。文中从电动汽车与电网互动的技术研究、相关政策与标准制定、基础设施及能量管理等平台、信息安全以及示范应用五大方面入手,对电动汽车与电网互动领域的研究现状进行了系统总结,指出了现有研究中的不足之处,并进一步探讨了未来电动汽车与电网互动领域的潜在研究方向。

大模型时代:电力视觉技术新起点

随着无人机、巡检机器人和远程监控系统在输电、变电、配电、安监等电力场景中的广泛应用,利用电力视觉技术完成对海量巡检图像的自动处理,能够进一步提升电力系统智能化运维水平,对我国源网荷储一体化进程的快速推进具有至关重要的作用。随着通用视觉大模型的兴起,电力视觉技术正处于从传统深度学习时代向大模型时代跨越的重要节点。该文首先综述了电力视觉技术和通用视觉大模型的最新研究进展,结合视觉大模型在多种公共场景的应用先例,探讨视觉大模型在电力视觉领域将面临的3重能力边界问题。从初步探索通用视觉大模型的潜力,到逐步构建电力视觉大模型的过程,提出4种模型应用范式以突破视觉大模型能力边界。最后分析了视觉大模型对电力视觉研究者的影响,并对大模型浪潮下电力视觉技术的发展方向进行了展望。

新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望

风电场和光伏电站出力的不确定性给电力系统优化调度带来很大技术挑战。文中主要介绍了考虑新能源不确定性的电力系统优化调度方法的研究现状及后续研究方向展望。首先,重点论述了各种不确定优化调度(UOD)方法,包括随机优化方法、鲁棒优化方法、随机鲁棒优化结合方法和基于人工智能技术的方法。其中,随机优化方法包括场景法、机会约束规划法和近似动态规划法;鲁棒优化方法包括传统鲁棒优化法和分布鲁棒优化法;随机鲁棒优化结合方法包括采样鲁棒优化法和分布鲁棒机会约束规划法。然后,介绍了每一种方法的优化模型形式、模型的转化和求解原理及其优缺点。最后,对UOD的后续重点研究方向进行展望,包括兼顾多个目标的UOD问题及多目标不确定优化方法、输配系统UOD问题及分布式不确定优化方法、考虑稳定性约束的UOD问题及含常微分方程约束的不确定优化方法、考虑管道传输动态的综合能源系统UOD问题及含偏微分方程约束的不确定优化方法。

基于季节性碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济调度

为有效提高碳排放配额分配的合理性,并且避免年度结算时碳排放量超标导致环境污染加剧问题,提出基于奖惩因子的季节性碳交易机制,以园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)为对象进行低碳经济调度。首先,构建包含能量层–碳流层–管理层的综合能源系统(integrated energy system,IES)运行框架,建立电气热多能流供需动态一致性模型;其次,分析系统内“日–季节–年度”碳排放特性,打破传统应用指标法的配额分配方法,采用灰色关联分析法建立碳排放配额分配模型,并基于奖惩阶梯碳价制定季节性碳交易机制;最后,以系统内全寿命周期运行成本及碳交易成本最小为目标,对执行季节性碳交易机制的PIES进行低碳经济调度,分析长时间尺度下季节性储能参与调度的减碳量。搭建IEEE 33节点电网5节点气网7节点热网的PIES,并基于多场景进行算例分析,验证此调度方法能够实现零碳经济运行,保证系统供能可靠性,为建立零碳园区奠定理论基础。

零碳园区研究综述及展望

园区作为国民生产、生活的重要载体,提供了大量的能源生产活动和基础服务设施,同时也成为碳排放的重要源头。园区物理界限分明,生态系统独立,运营管理权明晰,使得园区成为践行碳中和的天然试验田。首先,介绍零碳园区的典型构成,并对其净零碳能力进行分析;其次,从物理层、信息层、平台层、应用层4个层面分析零碳园区发展形态,提出园区零碳操作系统的架构;然后,对零碳园区的关键技术进行分析,从园区碳排放核算技术、园区低碳经济体系、园区低碳管控技术3个方面对零碳园区的研究现状进行总结,同时分析现有研究的不足和未来研究方向;最后,提出零碳园区研究的挑战与展望。

可解释人工智能在电力系统中的应用综述与展望

可解释人工智能(XAI)作为新型人工智能(AI)技术,具有呈现AI过程逻辑、揭示AI黑箱知识、提高AI结果可信程度的能力。XAI与电力系统的深度耦合将加速AI技术在电力系统的落地应用,在人机交互的过程中为电力系统的安全、稳定提供助力。文中梳理了电力系统XAI的历史脉络、发展需求及热点技术,总结了XAI在源荷预测、运行控制、故障诊断、电力市场等方面的电力应用,并围绕解释含义、迭代框架、数模融合等方面展望了电力系统XAI的应用前景,可为推动电力系统智能化转型与人机交互迭代提供理论参考与实践思路。

计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略

光伏电源参与配电网无功电压调节是提升光伏高渗透配电网运行经济性和可靠性的有效手段,但光伏电源提供无功支撑会使得光伏电源IGBT最大结温升高、结温波动加剧,进而影响光伏电源和配电网的安全稳定运行。为此,该文提出一种计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略。首先,利用CatBoost算法计算IGBT结温,提高了IGBT结温计算效率,避免了传统结温算法对IGBT热模型参数的依赖;然后,建立考虑IGBT结温约束的有源配电网多目标无功优化模型,利用二分法求解IGBT结温约束下的光伏电源最大输出功率,实现了IGBT结温约束向二阶锥约束的转换;最后,利用IEEE33节点典型配电系统验证了所提策略在光伏高渗透配电网无功电压优化、光伏电源运行可靠性提升方面的有效性,并提出了综合考虑配电网网损、光伏电源可靠性的光伏电源IGBT结温限值整定原则。

电力P2P交易中计及社会福利的产消者合作联盟

随着分布式清洁能源发电技术的发展,传统电力用户逐渐转变为电能产消者,并可采用合作联盟形式参与电力P2P(peer to peer)交易,促进分布式清洁能源就地消纳。该文通过从源端和传输端分别核算碳减排量的方法,构建一类考虑经济效益和环境效益的社会福利函数,研究分布式电能产消者通过合作联盟形式实现社会福利最大化的途径。设计一种依据产消者对联盟社会福利贡献值分配合作剩余的机制,激励产消者合作的积极性以维持联盟的稳定。算例分析表明:相较于P2G(peer-to-grid)交易和非合作P2P交易,产消者以合作联盟方式参与电力P2P交易的社会福利分别提升了62.62%、33.79%。因此,以市场化的方式组建合作联盟参与电力P2P交易并合理分配利益,可挖掘分布式清洁能源就地消纳的潜力,促进能源消费的绿色低碳转型。

基于分布鲁棒优化的车-站-网日前能量管理与交易

为考虑上级电网电价、光伏出力等多重多层级不确定性对车-站-网互动博弈模型的影响,且充分体现配电网主动管理技术支撑效果,文中提出了一种基于分布鲁棒优化的车-站-网能量管理与交易方法。首先,针对主动配电网内多元主体能量管理与交易问题,建立了配电网运营商、充电站和电动汽车的日前市场互动框架。其次,融合主动网络管理技术和网络约束,在配电网运营商与聚合了电动汽车的多个充电站之间构建了以多主体各自利益最大为目标的双层Wasserstein分布鲁棒互动博弈模型。然后,提出了结合Karush-Kuhn-Tucker条件、对偶原理和大M法的化简方法以解决多层级不确定性造成的求解难题,将双层Wasserstein分布鲁棒模型转化为单层混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI进行了求解。最后,通过算例仿真验证了所提模型和方法的有效性。

考虑充放储一体站与电动汽车互动的主从博弈优化调度策略

针对大规模电动汽车(electrical vehicle,EV)接入微电网造成的负荷压力,提出一种考虑充放储一体站(charging-discharging-storage integrated station,CDSIS)与EV互动的主从博弈优化调度策略。首先,通过建立CDSIS模型,并针对CDSIS多场景进行分段设置。其次,建立动态路网模型并结合EV出行特性,预测城市区域路网约束下的EV充电负荷时空分布。并根据预测结果建立EV及CDSIS多目标主从博弈优化调度模型,对EV用户、CDSIS收益进行多目标协调。最后,以某城市主城区域部分交通路网结合IEEE33节点配电系统进行仿真,分析电价与CDSIS储能设备容量对城市区域内EV用户和CDSIS站收益的影响。结果表明,所提主从博弈模型与调度策略能够使得EV用户与CDSIS双方得到最大收益。

基于CNN-SAEDN-Res的短期电力负荷预测方法

基于深度学习的序列模型难以处理混有非时序因素的负荷数据,这导致预测精度不足。提出一种基于卷积神经网络(CNN)、自注意力编码解码网络(SAEDN)和残差优化(Res)的短期电力负荷预测方法。特征提取模块由二维卷积神经网络组成,用于挖掘数据间的局部相关性,获取高维特征。初始负荷预测模块由自注意力编码解码网络和前馈神经网络构成,利用自注意力机制对高维特征进行自注意力编码,获取数据间的全局相关性,从而模型能根据数据间的耦合关系保留混有非时序因素数据中的重要信息,通过解码模块进行自注意力解码,并利用前馈神经网络回归初始负荷。引入残差机制构建负荷优化模块,生成负荷残差,优化初始负荷。算例结果表明,所提方法在预测精度和预测稳定性方面具有优势。

基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多目标遗传算法(MOGA)的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层:上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态(SOC)的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

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。

考虑火电有序退役的源-网-储协同多阶段规划方法

“双碳”目标下,我国电力系统亟需深度脱碳转型,传统以煤电为主的电力能源结构将发生根本性转变。研究火电机组的有序退出,实现安全、经济的低碳化转型是新型电力系统建设的重要课题。为此,该文提出一种考虑火电有序退役的源-网-储协同多阶段规划方法,在保证绿色、安全新型电力系统建设的基础上,提升电力系统低碳化转型经济效益。首先,建立可考虑火电机组退役的源-网-储协同多阶段规划模型。然后,设计模型线性化及求解加速方法提高模型运行效率。最后,以HRP-38测试系统为典型算例,提出在碳排放限额约束及新能源占比逐渐提高共同影响下的火电发展及退役路径,并从惯量需求等角度评估含火电机组有序退役的多阶段规划模型的有效性。

储液式CCS耦合P2G的综合能源系统低碳经济调度

为应对电转气P2G(power-to-gas)和碳捕集系统CCS(carbon capture system)在可再生能源出力不足时耦合失效的问题,考虑对常规CCS引入CO_(2)储液罐以加强P2G和CCS的耦合。首先,构建储液式CCS和P2G的耦合模型,利用储液罐将CCS捕集的CO_(2)时移至可再生能源富足时段,供P2G再利用;其次,构建储液式CCS与P2G耦合的电热气综合能源系统日前优化调度模型;最后,以北方某工业园区为例进行仿真。结果证明所提模型可以充分利用CCS捕集的CO_(2),从而获得更好的经济和环境效益。

基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

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。

基于柔直控制的南方电网异步联网频率同步运行控制器设计与应用

电网分区异步运行将成为未来南方电网发展趋势,针对分区异步电网间频率失去了同步性和一致性问题,开展分区异步电网频率同步运行控制策略研究,提出了分区异步电网频率同步运行控制器结构,优化确定运行关键控制参数并通过仿真验证其有效性。鲁西柔直工程作为试点实施分区异步电网频率同步运行,现场实施效果表明该控制能够有效保证分区异步运行电网间实际运行中频率的一致性和同步性,且与电网AGC策略具有良好的适配性,实施中未出现两侧电网功率振荡和频率振荡发散情况,有效改善分区电网频率稳定性和提升分区电网间功率的灵活性支援性能,同时也实现全网调频资源的实时、自动共享,推动构建全网统一的调频辅助服务市场。