基于数字孪生的主动电网设备状态推演方法

主动电网的动态变化、网络异构和信息庞杂等特性给孪生体的高精准度映射带来了巨大挑战。为解决数字孪生主动电网的高精准度映射问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的设备状态推演方法。方法通过建立径向基函数神经网络的电网设备状态监测器,获取正常负荷下的残差数据,并计算设备负荷系数。然后,利用基于马氏距离的相似矩阵识别设备的运行环境,并调用相应的设备推演模型,实现对复杂工况下设备状态的精确推演。实验证明,上述方法的设备状态推演准确率高达92%,满足数字孪生主动电网的要求,为电网智能调控和精确规划提供了基础信息,同时为电网数字化建设提供了理论参考。

基于协同恢复策略的主动电网供电恢复策略研究

针对目前主动配电网恢复能力有限缺陷,提出了一种基于协调恢复策略的主动配电网供电恢复模型。基于SOP原理,在理论层面充分考虑SOP位置和容量对配电网的影响。在多个SOP协同运行基础上,建立了含约束的多SOP供电恢复多目标优化函数。实验阶段,以改进的IEEE33总线系统为例,验证所提模型有效性。结果表明,与现有方法相比,所提方法能有效提高主动配电网在故障情况下的快速恢复能力。仿真结果进一步验证了所提模型对提高主动配电网恢复能力具有一定借鉴作用。

多间歇能源消纳下主动电网调度数据动态生成方法

为提高主动电网调度数据动态生成速度,设计多间歇能源消纳下主动电网调度数据动态生成方法。建立主动电网网络拓扑模型,划分电网调度邻居节点集合,定义数据生成树最短路径;计算多种能源消纳环境下数据流量负载,优化多间歇能源消纳主动电网流量负载结构;计算数据队列长度,设计数据动态生成算法。实验结果表明,在单能源数据动态生成时间测试中,风力发电与光伏发电均依赖于风力与太阳光照射,因此在不同时间拥有不同的数据生成速度,火力发电与储能发电更稳定,在不同时间内数据生成速度相差不大。在多能源数据动态生成时间测试中,不同能源结构下数据生成速度有较大区别,且基本与单能源结构相符。

基于风光互补的主动电网规划模型

针对风光能源并网面临的容量配比、并网点选择和电力市场利益博弈问题,利用经典牛拉法和二次规划方法,以系统功率平衡、物理约束、动态无功支撑能力、频率和电压特性为约束条件,构建计及发电成本、网损、风力和光伏收益的多目标函数。以IEEE30、IEEE57节点为例进行仿真,得出了风光互补的优化规划方案,实际计算结果验证了本规划模型有效性。仿真计算结果表明,在负荷较大的节点并网且风光出力配比在其单位成本比值附近,可以实现利益均衡和目标函数最大化。

基于LSTM的数字孪生主动电网多维态势预测方法

针对数字孪生主动电网实时精准映射需求,构建多维预测指标体系,建立基于LSTM的电网关键指标多维态势预测算法,实现数字孪生主动电网关键指标属性变化预测。首先,对负荷特征等4个关键指标数据收集,建立多维度体系预测模型,该多维指标可以对主动电网状态把控;其次,提出基于LSTM预测算法对多维度数据的特征学习拟合,并实现将下一阶段多维数据预测映射到电力数字孪生体,实现智慧能源系统运行规划同步实施与智能调控;最后,建立模拟测试模型,通过算例表明基于深度学习的数字孪生电网多维态势预测方法可以更好地对电网态势进行预测判别,为未来能源系统精确规划提供决策保障。

雄安新区数字化主动电网研究与实践综述

当前能源形势紧张,传统高耗能、高污染、高排放的供电模式在加速变革,“30·60”双碳战略和“构建以新能源为主体的新一代电力系统”的目标为电网发展指明了新方向。新能源的广泛接入为电网发展带来了新机遇,然而其出力不确定性、间歇性等问题也带来了新挑战。作为智能配电网和能源互联网的过渡阶段,主动配电网自2008年提出以来经过了长足的发展,在此基础上,将10kV电压等级提升到220kV的城市主动电网,本文丰富了“主动”的内涵和技术架构,阐述了关键技术和实施思路,提出了“三台八化”的建设评价体系,最后对数字化主动电网的发展进行了展望。

计及主动电网结构优化的机组组合

传统机组组合问题不考虑输电线路的开断问题,忽略了电网拓扑结构改变引起的潮流阻塞。在传统机组组合模型中计及电网拓扑结构的改变,建立了计及主动输电网结构优化的机组组合模型,模型考虑了安全网络约束。通过引入大M法,将主动输电网结构优化模型转化为混合整数规划形式。为了加快模型的求解,采用遗传算法结合混合整数线性规划,研究成果在传统给出各时段机组开停方案的基础上,给出对应时段的最优网络拓扑结构。对修改的IEEE-RTS 24节点的算例表明,计及网络拓扑结构的机组组合能够更有效地降低系统的综合费用。

主动配电网潮流的全纯嵌入计算方法

配电网潮流计算是进行配电网规划和运行的重要基础。目前,配电网潮流求解方法主要有牛拉(Newton Raphson,NR)法和前推回代(forward backward substitution,FBS)法两大类,但NR法和FBS法在潮流收敛性和计算效率等方面均存在一定的不足。全纯嵌入法(holomorphic embedding method,HEM)是一种求解非线性潮流方程的新方法,它可以有效避免NR法和FBS法在配电网潮流求解过程中出现的上述问题,但现有HEM未充分考虑配电网中各类型分布式电源(distributed generation,DG)和智能软开关(soft open point,SOP)控制方式的多样性,且未构建计及负荷电压特性和频率特性的潮流模型,难以适用于不同运行模式下配电网潮流计算。针对上述问题,提出一种可求解含多类型DG和SOP且可运行在并网/孤岛模式的主动配电网统一全纯嵌入潮流计算方法。首先,根据负荷静态电压和频率特性,构建计及配电网频率和节点电压影响的负荷节点全纯嵌入潮流模型;其次,根据DG不同的控制方式以及配电网不同的运行模式,将DG所连节点等效为不同节点类型,构建各类DG的全纯嵌入潮流模型;再次,考虑SOP不同控制方式,构建SOP全纯嵌入潮流模型;从次,依据全纯嵌入潮流模型等式左右两侧同次幂级数系数相等原则,推导配电网各全纯函数幂级数系数的求解递推关系式,进而计算各全纯函数的各项幂级数系数,借助解析延拓理论求取电压和频率逼近值,实现配电网潮流的准确求解;最后,通过修改的IEEE-33节点测试系统和IEEE-123节点测试系统验证所提方法准确性和有效性。

高比例新能源接入的主动配电网规划综述

新能源以分布式电源的形式接入配电网,给系统带来了不可控性、随机性和波动性问题。借助现代电力电子、信息通信及自动控制等技术,灵活可控的主动配电网成为发展趋势,其中主动配电网规划是近年来研究的热点之一。综合国内外在这一领域的研究成果,对主动配电网规划相关研究内容及其方法进行总结、分析及展望。对主动配电网基本结构进行了描述,介绍了配电网组成元素的特点;根据其控制变量的不同,对主动配电网规划模型进行了归类,总结了模型中的优化目标;针对常用模型求解算法及其优缺点进行分析、总结;通过对关键性问题的讨论,分析了未来主动配电网的发展趋势。

部分分布式电源提供辅助服务的主动配电网快速鲁棒优化

经逆变器接入配电网的分布式电源提供有功与无功辅助服务是确保配电网安全经济运行的重要手段。该文同时计及了储能系统、可投切电容电抗器、有载调压变压器分接头、静止无功补偿器调节能力,以储能与网络损耗及弃风弃光最小为目标函数,计及运行约束,基于支路潮流方程构建了部分分布式电源提供辅助服务的多时段二阶段混合整数二阶锥鲁棒优化模型,提出了一种新颖的基于割平面的主、次问题二阶段直接交替迭代求解方法。不同于现有列与约束生成(columns and constraints generation,CCG)算法,该方法求解主问题时无需增加新的变量与约束条件,求解次问题时,只需针对每个时段进行求解,因此极大降低了求解复杂度与计算机内存。若求解结果不满足二阶锥精确凸松弛条件,则构建二阶段混合整数序列二阶锥鲁棒优化模型,依然能够快速求解,且可恢复出原问题的精确解。最后,采用2个仿真实例验证了所提出方法的性能。IEEE 123节点配电网的仿真结果表明,该方法计算速度是CCG算法的12~22倍。该方法可为含高比例间歇性分布式电源配电网鲁棒优化运行提供实时快速分析与求解工具,提高新能源就地消纳能力。

多园区综合能源系统接入主动配电网双层优化调度研究

随着园区综合能源系统的不断发展与普及,其与上级大电网并网实现交互已成为大势所趋。文中构建了通过联络线相耦合的多园区综合能源系统接入主动配电网的双层优化调度模型。在主动配电网层面,以最小运行成本为目标,充分考虑了联络线功率、分布式电源、储能设备、柔性负荷、电动汽车等可调度资源;在园区层面,以多园区总运行成本最小为目标,考虑了相互联结的多类型园区的并网情况。利用目标级联法对双层模型进行求解。通过算例验证,文中所构建模型具有良好的经济特性与削峰填谷效果,充分证明了文中所提模型的经济性与有效性。

含新能源和电动汽车充电站并网的主动配电网无功优化模型

针对新能源和电动汽车充电站规模化并网引起的无功优化问题,首先建立以主动配电网运行成本和电压偏差最小,系统稳定性最优的多目标无功优化模型。其次,基于PV曲线上、下半支解的接近程度,提出一种新的静态电压稳定性指标,以改善系统电压稳定性。最后,采用具有交叉反馈机制的混合优化算法对模型进行求解,并提出一种基于Tent混沌映射和自适应变异算子的改进飞蛾扑火算法提高求解效率。仿真结果表明,所提模型在降低系统运行成本,减少电压波动的同时,还能提高系统稳定性,且该混合优化算法能够快速、准确地求解混合整数的非凸、非线性优化模型。

基于分布式电源主动控制的配电网合环电压波动抑制方法

配电网合环操作可能导致节点电压波动甚至越限,不仅影响负荷的正常运行,还威胁分布式电源(DG)的安全。为此,提出了一种通过DG主动控制,以抑制配电网合环电压波动的新思想。通过分析合环过程中电压波动的产生机理和影响因素,量化了抑制合环过程电压波动的控制需求,进而构建了抑制合环电压波动的DG可行功率集;通过刻画DG的功率可控范围,提出了基于可行功率集与功率可控范围交集判别的DG最优控制点计算方法,并提出了基于DG主动控制的配电网合环电压波动抑制方法。算例表明,该方法能够最大限度上抑制配电网故障恢复过程的合环电压波动,有效提升故障恢复过程的安全性和可靠性。

基于最优经济运行区域的主动配电网日前日内协同调度方法

传统的日前-日内协同调度通常以与日前时序计划曲线偏差最小作为日内目标函数,当日内新能源出力预测值与日前相差较大时,储能装置(energy storage systems,ESS)等由于其时间耦合约束日内调整范围有限,导致经济性和灵活性较差。对此,提出了基于最优经济运行区域(optimal economic operation region,OEOR)的主动配电网(active distribution networks,ADN)日前-日内协同调度方法。在日前阶段,构建线性化ADN调度模型,基于拉丁超立方采样法生成的大量随机场景下调控设备优化曲线,以全时间段内设备出力上下界内所包含的随机场景优化结果数量最大为目标,考虑储能装置荷电状态的相邻时段约束和微型燃气轮机的爬/滑坡率,构建OEOR生成模型。最后,在日内阶段,调控设备在OEOR内滚动优化调整,当该时段优化值贴近OEOR边界时,考虑相邻时段出力约束,将OEOR扩展为最优经济极限运行区域(E-OEOR)。算例结果表明,所提方法相比于传统方法能够更有效地提升配电网经济性。

基于机器学习的主动配电网能量管理与运行控制

随着分布式资源和灵活负荷广泛接入,配电网正演变成为主动配电网,其能量管理与运行控制面临着巨大挑战:1)海量分布式资源并网使得调控需求大增,同时引入了大量随机性使得运行风险增加,需要挖掘其主动支撑能力;2)分布式资源量大且异动频繁,难以及时维护,配电网模型精度差,基于精确建模的运行控制和优化调度技术的工程应用困难。为应对上述挑战,文中介绍了基于机器学习的理论和方法,提出了“测-辨-控”一体化的主动配电网能量管理与运行控制技术体系,实现少/免模型维护的运行控制与优化调度。同时,分析了以下核心技术:1)配电网弱/无模型实时调控技术,实现自律优化;2)分布式资源集群自适应动态控制技术,实现对电网的主动支撑;3)风险量化的概率优化调度方法,实现风险与经济的平衡。最后,简要介绍了适应含极高比例分布式资源的主动配电网的能量管理与运行控制系统架构。

基于改进Att-LSTNet与无迹粒子滤波融合的主动配电网预测辅助状态估计

针对传统的无迹粒子滤波(unscented particle filter,UPF)存在不准确的新息向量及未知的量测噪声协方差矩阵导致估计精度低的问题,提出一种改进Att-LSTNet与UPF融合的主动配电网预测辅助状态估计(forecasting-aided state estimation,FASE)方法。首先,采用引力搜索算法(gravitational search algorithm,GSA)对支持向量回归(support vector regression,SVR)的关键参数进行优化处理,利用历史数据建立GSA-SVR模型,并将其引入至Att-LSTNet模型的输出层,构建一种增强预测模型。然后,利用UPF中的新息向量来训练该模型,并结合孤立森林算法和箱线图法对原始新息向量进行监控和修正。最后,针对量测噪声协方差矩阵未知的情况,结合修正后的新息向量和UPF计算出未知量测噪声协方差矩阵,并进行状态估计。基于IEEE33与IEEE118节点标准配电系统的算例结果表明,所提出的方法在估计精度、泛化能力和鲁棒性等方面具有优越性。

基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法

针对高比例新能源接入的配电网故障恢复问题,提出一种基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法。首先,以故障损失最小为恢复目标、配电网安全运行要求为约束条件,构造主动配电网的故障恢复模型;其次,建立用于故障恢复的强化学习环境,根据状态空间和动作空间特点,提出一种混合强化学习方法,该方法使用竞争架构双深度Q网络算法处理离散动作空间,进行开关动作;然后,使用深度确定性策略梯度算法处理连续动作空间,调节电源出力;最后,通过IEEE33节点系统仿真实验验证所提方法的可行性和优越性。

极端条件下多源配电网主动孤岛研究综述与展望

高比例分布式电源接入后的故障配电网,具备主动恢复与自治能力,有利于提升电力系统适应气候变化和灾害风险管理的水平,顺应配电网技术的发展方向。当前,配电网主动孤岛自恢复和稳定运行的研究受到广泛关注。首先,概述多源配电网主动孤岛的内涵,以及多源配电网孤岛与微电网孤岛的区别,分析归纳配电网主动孤岛在分布式电源高比例接入下稳定运行存在的关键问题。其次,从主动孤岛划分、孤岛自组网波动平抑控制以及组网完成后主动孤岛小干扰稳定控制3个方面阐述国内外研究现状,并进行总结。最后,基于电力物联网、高电力电子化下的小干扰抑制以及能源互联网背景下的主动孤岛方案,对多源配电网主动孤岛的发展前景进行展望和总结。

考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复方法

在配电网发生故障后,主动配电网能够实现用户侧参与功率的实时供需平衡,满足故障后的负荷恢复。用户参与配电网的调度也是提升故障后负荷恢复比例的途径之一,可平移负荷具有较强的可控性,有效提升了主动配电网的灵活性,智能软开关等新兴可控设备的接入,也使负荷的快速供电成为可能。本文建立了考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复模型,并考虑了负荷的重要性系数。通过改进的IEEE 33节点算例进行仿真分析,构建单一故障、多点故障、短时故障的场景,验证了本文所提出方法的有效性以及可控装置对故障后负荷恢复量的提升。

考虑需求响应和用户满意度的主动配电网优化调度

为提高主动配电网(active distribution network,ADN)运行经济性和用户满意度,提出一种考虑需求响应和用户满意度的ADN优化调度方法。综合考虑ADN运行过程中的购电成本、发电成本、维护成本和需求响应成本,建立了以ADN总运行成本最小为目标函数的优化调度模型。利用混沌映射、莱维飞行和收敛因子非线性变化等策略对斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimization,SHO)进行优化,以提高斑点鬣狗算法的优化性能。采用改进斑点鬣狗优化算法(ISHO)对ADN优化调度模型进行求解,算例分析结果表明,ISHO算法的优化效果优于其他算法,2种需求响应同时参与系统调度时的ADN总运行成本最小,经济性更好。