碳减排“时-空-效-益”统筹理论:IV.收益统筹

面对巨大的气候变化损害以及高额的减排行动成本,如何在多时期、多主体框架下统筹经济发展与减排行动,协同推进发展与减排,成为全球气候治理中的关键议题。作为碳减排“时-空-效-益”统筹理论系列论文的组成部分,构建了收益统筹理论。该理论在综合集成时间统筹、空间统筹、效率统筹相关理论与方法基础上,以最优经济增长为核心,将碳排放问题引入长期宏观经济分析中,深入探析经济发展与减排行动二者间的复杂关系,构建了经济-气候双向耦合的中国气候变化综合评估模型,并设计了多区跨期优化福利函数,实现发展与减排的统筹。基于碳减排“时-空-效-益”统筹理论,应用中国气候变化综合评估模型C3IAM,明确了未来全球及各区域最优减排路径,并提出了各国及国家内部减排任务分配方案,科学回答了碳减排系统工程的减多少、何时减、谁来减、如何减、何效果等关键问题,为统筹发展与减排提供方法基础。

区域新能源并网暂态功角稳定分析与紧急控制策略优化

随着新型电力系统发展和新能源机组不断投产,南方区域将形成多区域新能源与邻近常规电源联合集中接入系统的场景。新能源集中接入常与常规电源共用输电通道,将影响区域系统暂态稳定特性及输送通道的传输能力,使南方区域系统的安全稳定运行和风险防控面临了前所未有的挑战。为深入研究区域新能源送出的稳定特性建立了区域新能源交流集中送出的等值系统模型,分析了新能源并入对区域系统对暂态稳定特性影响的主要机理。基于等面积法则对区域送出系统暂态过程的加、减速面积进行了定量分析,提出了紧急控制切机策略的协调优化方法,实现区域送出传统机组与新能源机组紧急控制切机量及控制代价的最小化的切机策略配置。最终,基于广东区域海风火电打捆送出系统为例,对分析结果的正确性进行了验证。

计及风电PSS与PLL耦合对功角振荡影响的DFIG控制参数协调优化

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)装设电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS),有助于抑制同步发电机间功角振荡,但抑制效果受DFIG锁相环(phase-locked loop,PLL)跟踪误差影响。考虑PSS与PLL耦合特性对功角振荡的影响,提出改善振荡抑制效果的DFIG控制参数协调优化算法。首先基于DFIG有功控制的分解等效结构绘制DFIG-PSS与锁相误差的耦合路径,提出耦合特性解析表达。然后建立耦合解析表达对控制参数的轨迹灵敏度向量,以向量2-范数之比定义耦合强度,量化耦合特性对功角振荡的影响程度。最后基于耦合强度指标,提出带有PLL参数动态不等式约束的多步优化模型,以协调DFIG控制参数取值,提高并网系统对功角振荡的抑制效果。仿真结果证实了耦合特性对功角振荡的影响,验证了所提协调优化算法的有效性。

含能燃速抑制剂的制备及其对AP分解的负催化效应

燃速抑制剂作为固体推进剂的核心功能组分,在降低固体推进剂高压燃速方面起关键作用。精准设计具有降速效应的季铵与醛基结构,获得高氮三氨基胍乙二醛二维共聚物(Triaminoguaniding Glyoxal two dimensional Copolymer,TAGP)含能配体,并与碱土金属离子K^(+)、Ba^(2+)和Ca^(2+)发生络合反应,制备系列新型含能燃速抑制剂(TAGP-M)。采用粉末衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜/能谱和差示扫描量热/热重联用等技术分析其形貌、结构和热稳定性,并研究这些含能燃速抑制剂对高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)热分解的负催化作用。研究结果表明:TAGP-K对AP转晶抑制最为显著,使AP的转晶吸热峰温提高5.9℃、低温分解峰峰温升高28.7℃;添加10 wt%的TAGP-K,可使AP的最大热分解速率降低58%;TAGP-Ca燃速抑制剂可使AP的释能效应集中在高温分解过程,AP/TAGP-Ca混合体系的放热量比纯AP提高50%以上;TAGP-Ca和TAGP-Ba燃速抑制剂在抑制含AP分解的同时提高了其释能效率;TAGP-M燃速抑制剂在分解过程中释放NH_(3)并与AP分解产物HClO_(4)结合,形成更难分解的M(ClO_(4)^(-))n;通过碱土离子与ClO_(4)^(-)离子强静电作用,抑制后者分解产生氧化性气氛,进而抑制AP高温放热反应过程。

考虑坡度工况的混合动力系统多目标优化策略研究

为了优化上坡工况下的车辆性能,提出了一种考虑坡度工况的混合动力系统多目标优化策略。利用电机对转矩快速准确的响应特性,引入电机转矩优化系数作为控制变量,采用NSGA-Ⅱ算法实现平顺性与经济性的权衡优化。在Matlab/simulink平台上搭建整车模型,并在坡度工况下进行仿真试验,发现在坡度为5%的工况下,优化前的最大冲击度为19.6 m·s^(-3),优化后的最大冲击度为10.6 m·s^(-3),降低了45.91%;优化前的等效燃油消耗为0.5688 L,优化后的等效燃油消耗为0.6087 L,增加了7.01%。上述结果表明优化后的混合动力系统尽管经济性略有降低,但平顺性得到了大幅提高,验证了考虑坡度工况的混合动力系统多目标优化策略的有效性。

分布式电源对电力系统电压无功优化影响的研究

为研究分布式电源接入电力系统后的电压和无功优化问题,提出基于多代理系统(MAS)的一种电压无功优化协调控制新方法。以系统网损最小为目标,同时考虑电压稳定性,通过MAS构建以辅助问题原理进行分区分布式计算的电压无功优化协调控制模型,并通过分区并行求解获得全局最优解,得到最优网损和节点电压稳定数据;研究单个和多个分布式电源接入后,系统电压无功变化情况,通过分析得出分布式电源的最佳接入位置,即分布式电源从此点接入对系统电压无功的影响效果最好。最后,利用EPRI-36节点系统进行仿真计算,结果证明了所提方法的合理性与正确性。

无人车稳定性DP优化协调控制方法仿真

为了提高无人车驾驶的稳定性,提出基于DP优化的无人车稳定性协调控制方法。设计无人车动力学模型,确保无人车自身稳定性的同时,实现车辆行驶过程路径的快速与高精度跟踪。利用五次多项式方程描述无人车的换道轨迹曲线,建立换道约束条件,在满足约束条件的前提下,获得最优换道路线。采用DP优化算法解决车辆行驶过程中频繁换挡的问题,实现无人车稳定性协调控制,提高无人车行驶过程中的稳定性和安全性。实验结果表明,所提方法可以提高无人车路径跟踪精度,保证车辆驾驶的稳定性和安全性。

基于AFS和DYC协调控制的智能车辆稳定性研究

智能汽车稳定性控制研究中,由于模型参数变化和外界干扰(如侧向风、路面附着系数变化),车辆发生失稳且鲁棒性变差。为提高随机干扰下智能汽车行驶稳定性,提出一种基于主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩(DYC)协调控制的稳定性控制策略。首先,建立车辆非线性动力学模型和魔术轮胎模型,将自适应律与滑模控制相结合抑制车辆行驶中的扰动,设计了基于鲁棒自适应滑模控制的前轮主动转向控制器,解决参数时变以及不确定性和未知扰动情况下非线性系统鲁棒控制问题。设计基于遗传优化模糊控制的横摆力矩控制器,求解出用以恢复车辆稳定行驶的附加横摆力矩。基于Simulink和CarSim仿真平台,在阶跃扰动、正弦扰动以及混合扰动下对稳定性控制方法进行仿真。结果表明,基于AFS和DYC协调控制可以明显减小车辆的附加横摆力矩输出,并在3种扰动下都能良好地抑制干扰,充分保证车辆稳定性。

全国水-社会经济耦合协调时空演变及其障碍因子分析

【目的】针对全国社会经济发展布局与水资源承载力不相匹配,导致资源与经济的协调发展受到约束等问题,以优化全国社会经济的适水发展布局为目标,剖析31个省级行政区现状水资源与社会经济发展水平的协调程度。【方法】通过构建水资源-社会经济复合系统耦合协调评价指标体系,建立耦合协调度模型,从时间、空间两个维度探究全国水资源与社会经济耦合协调发展关系的时空演变规律,并借助障碍度函数进一步分析影响二者耦合协调发展的主要障碍因子。【结果】结果表明:2010—2020年,全国水资源与社会经济的耦合协调发展水平呈上升趋势,耦合协调度值由2010年的0.11提高到2020年的0.69;各省的耦合协调发展水平总体也呈上升趋势,31省耦合协调度的数值范围由2010年的0.10~0.42提高到2020年的0.46~0.69,且变化趋势表现为3种类型:26省为“上升型”,福建、西藏、浙江3省为“平稳型”,青海和海南2省为“波动型”。【结论】2020年,19省达到协调发展水平,12省仍处于过渡阶段且均为社会经济过快发展型地区;主要障碍因子有人均水资源量、人均综合用水量与人均GDP等,各省之间存在地区差异。以湖北省为例,分析新冠疫情前后(2019—2020年)水资源与社会经济耦合协调趋势发生突变的原因,表明分析结果与实际情况基本相符。研究成果可为优化全国层面社会经济发展布局、促进水资源空间均衡提供参考。

大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略

新型电力系统在快速转型中面临严峻的频率稳定局面,隶属于安全稳定控制框架中的防失稳控制防线压力陡增。文中在构建“在线预算、实时匹配”的主动频率响应控制框架的基础上,计及紧急控制成本,提出一种安全与经济相协调的主动频率响应优化控制策略。依据不同调频资源的频率响应动态特征构建区域电网频率响应模型;从经济角度出发,以安全与经济协调为优化目标设计控制原则,构建基于模型预测控制的主动频率响应优化控制策略,通过调频资源动作深度的优化调控,实现频率安全的前提下紧急控制成本进一步降低。仿真分析表明,所提策略可优化协调不同禀赋的调频资源,实现主动频率响应控制的安全与经济协调。

Coordination of PSS and TCSC controller using modified particle swarm optimization algorithm to improve power system dynamic performance

This paper develops a modified optimization procedure for coordination of a power system stabilizer (PSS) and a thyristor controlled series compensator (TCSC) controller to enhance the power system small signal stability.The new approach employs eigenvalue-based and time-domain simulation based objective functions simultaneously to improve the optimization convergence rate.A modified particle swarm optimization (MPSO) algorithm is used as the optimization algorithm.The results of simulations and eigenvalue analysis for a single machine infinite bus (SMIB) system equipped with the proposed PSS and TCSC controllers confirm that the new approach is effective in enhancing the system stability.

Coordination of PSS and FACTS Damping Controllers to Improve Small Signal Stability of Large-scale Power Systems

This paper presents an approach for designing parameters of power system stabilizer(PSS)and FACTS damping controllers in a large scale practical power system.The objective is maximizing damping ratio of the target mode,and tracking technology(MTT)is used to avoid frequent alternations of target mode in optimization procedures.An improved planted growth simulation algorithm(IPGSA),which has high search efficiency and quick convergence speed,is proposed to optimize controller parameters coordinately.Based on case study of a large-scale power grid,and by using local and interregional low-frequency oscillation modes as target modes,simulation results verify proposed method in this paper.Furthermore,coordination optimization strategy adapted to multi-operating conditions demonstrates that the proposed approach is robust.

考虑可再生能源随机性的微电网经济性与稳定性协调优化策略

当前含高渗透率可再生能源的微电网稳定运行问题日趋严重。通过场景生成与削减方法对可再生能源的随机性进行建模和求解;基于下垂控制理论,利用时间乘以误差绝对值积分指标实现微电网稳定性的快速判断;提出一种考虑可再生能源随机性的微电网经济性与稳定性协调优化策略。MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提模型与方法的正确性与有效性。

备用容量服务市场的风险决策

电力市场的备用服务决策一般采用确定性方法,即使计及事件概率,也由于未考虑相关损失而难以体现风险理念,不能优化各类备用的组合。为有效协调安全性和经济性,应将安全性用货币来量化,并用广义的经济利益最大化作为技术决策的准则。文中采用风险管理和协调优化的观点,结合电力可靠性与可中断负荷价值化理念,提出一种基于风险量化的优化决策方法,对各类备用资源实现优化组合。仿真结果表明了方法的有效性。

含大规模风电的电网AVC研究与应用

为满足大规模风电集中式接入下电网无功电压的控制要求,在电网自动电压控制(AVC)的基础上,研究实现风电区域无功电压的控制方法。首先改进传统支路电压稳定指标,建立仅依赖支路电压相量的在线静态电压稳定指标。在此基础上根据短期风功率变化趋势,分别建立考虑风电区域电压稳定的全网AVC联合优化模型和协调校正模型,并提出基于超短期风功率预测结果的风电并网点电压质量控制策略。应用于新疆电网的实际效果表明,所提出的无功电压控制方法在实现降低系统网损、维持负荷中心区域电压合格的同时,还有效地改善了风电区域的电压稳定性,提高了风电并网点的电压质量。

提高暂态稳定的励磁与FACTS协调策略设计

灵活交流输电系统(FACTS)元件及发电机励磁系统对 远距离输电系统的暂态稳定性有很大的影响。该文针对单机远距离与电网互联系统,提出采用非线性最优变目标策略协调设计发电机励磁、可控串补(TCSC)和静止无功补偿器(SVC),从而提高首摆稳定性及快速阻尼后续振荡。所提协调方案是基于TCSC在故障期间闭锁时,SVC作为TCSC的辅助控制手段,当故障清除后,立即投入TCSC,从而使TCSC、SVC与发电机励磁同时贡献于暂态稳定性。在整个过程中,采用非线性最优变目标控制策略来协调所有控制器,即在暂态稳定第一摆及后续动态过程中预先设定两个目标:其一是励磁与FACTS输出最大,从而保证系统最大的暂态稳定域;其二是当发电机滑差接近于零时,控制器以阻尼功率振荡为目标,以使系统迅速恢复至稳态。最后采用NETOMAC仿真软件在我国阳城淮阴输电工程中进行了仿真,并与常规PID控制进行了比较。结果表明,所提策略是正确的,有效的。

双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机PSS协调设计

针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题,提出了一种协调双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器(PSS)的设计策略。首先,考虑风电机组的机械部分、电气部分和控制结构,建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型。在闭环电力系统线性化模型的基础上,提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机PSS的控制参数,并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解。最后,通过2个标准仿真系统算例,对比传统的阻尼控制器设计策略,验证了所设计策略的有效性和实用性。

基于耦合协调度模型的高标准农田建设项目区优选研究

以河南省新郑市为研究区,在对高标准农田建设适宜性和空间稳定性评价的基础上,通过构建耦合协调度模型,结合热点分析理论,优选高标准农田建设项目区。研究结果表明,高标准农田建设难易程度中基本具备级别所占面积最大,耕地面积为33 731.84 hm2,占耕地总面积的62.27%。根据农田建设难易程度,选取了5个高标准农田建设项目区,涉及新村镇、城关乡、观音寺镇、梨河镇、八千乡和辛店镇等6个乡镇,可建成高标准农田面积3 455.87 hm2。研究方法可为高标准农田建设项目选址提供科学依据。

山东省旅游产业与区域经济协调度评价与优化

旅游业在区域经济发展中的战略地位日益凸显,旅游产业与区域经济在发展过程中又是相互影响、相互制约的:一方面,旅游产业既可以促进区域经济的发展,增加当地的国民经济收入。同时,在拉动相关产业发展、增加就业机会、增强区域经济发展活力等方面具有突出作用;另一方面,区域经济能为旅游产业的发展提供保障和支撑。本文通过耦合协调发展模型,对山东省17地市的旅游产业与区域经济协调状况进行研究。研究结果表明:青岛、烟台、济南等8市实现了旅游产业与区域经济的协调发展,泰安、日照等4市处于勉强协调或濒临失调阶段,德州、聊城等5市都存在着不同程度的失调现象。从这些城市的旅游业发展状况与区域经济发展速度的对比来看,除青岛市已经达到优质协调状态外,济南、烟台等13市属于旅游产业发展相对滞后型,泰安、日照、威海3市则是区域经济发展相对滞后型。在耦合协调度分析的基础上,进一步运用灰色关联分析探讨旅游产业与区域经济发展的影响因素,从影响旅游经济发展水平的7个主要因素看,国内旅游收入和国内旅游人次2个指标对旅游发展水平影响最大,因此要促进国内旅游内涵式发展,提高旅游产品质量和档次,加大营销宣传力度;对区域经济发展水平的5个重要影响因素排序发现,这些地市需要积极调整产业结构,大力发展第三产业,实行积极稳健的财政政策、积极发展商品零售业。只有实现各地市"旅游促进经济,经济推动旅游"的协调发展模式,才能共同推动山东省由旅游大省向旅游强省的跨越。

基于留数的广域阻尼控制协调优化设计

广域阻尼控制器在提高主导模式阻尼的同时也可能导致其他模式阻尼的恶化,因此需要对广域阻尼控制器进行协调优化设计。从多模式阻尼协调问题的本质出发,基于留数的概念分析了广域阻尼控制器对不同模式产生的影响,从2个方面进行阻尼协调设计:一方面通过根轨迹法选择控制器地点或反馈信号,另一方面通过改进的粒子群算法进行控制器参数优化,使得在增强主导模式阻尼的同时能避免对非主导模式阻尼的较大影响。通过4机系统上的算例对提出的阻尼协调设计方法进行了验证,说明基于根轨迹的控制和观测配置方法或者基于PSO控制器参数优化可以找到一组配置使得所有非主导模式阻尼不被恶化,或者提供一个将非主导模式阻尼损失降至最低的选择。