多维多时间-空间尺度水利工程安全风险评价系统及其应用

为解决风险矩阵分析法(LS法)和作业条件危险分析法(LEC法)在水利工程安全风险等级评价过程中评价指标量化依据不明确、判定标准不统一、成果运用可指导性差等缺点,基于风险矩阵原理,建立了多维多时间-空间尺度水利工程安全风险评价系统。研究结果表明:①通过风险评价要素管控措施状态M、暴露于危害的频繁程度或危害出现的频次E和运行周期内工作性态C,及其不同组合,可对水利工程全部类型危险源事故发生可能性L进行细化评价;②风险评价要素M的判定标准与水利工程管理考核标准相统一;③通过风险评价要素C,简要评价实体危险源不同时空工作性态演化与环境改变相互作用;④通过增加上游水位H和运行时段F风险评价要素,并判断危险源与下游防洪是否直接相关,事故造成的伤亡人数和经济损失是否可量化统计,可充分考虑事故后果统计时空分布不均衡的特点,并对水利工程安全风险进行实时动态评估。该研究成果对水利行业安全生产双重预防机制建设具有一定参考价值。

考虑供需灵活性量化的源-荷-储多时间尺度协同优化

风电、光伏类新能源出力具有随机性和波动性,且随着新能源渗透率的增高,系统灵活性需求也激增。在此背景下,考虑源-荷-储灵活性资源互动,对新能源高渗透系统源-荷-储协同运行问题展开研究。首先,引入向上、向下裕度量化系统灵活性,并利用灵活性供需平衡机理动态评估灵活性需求;其次,提出一种考虑供需灵活性的多时间尺度协同运行方法,构建典型周、典型日、典型时段运行模拟模型,并将碳交易收益和灵活性不足惩罚成本纳入优化目标,考虑调峰需求和爬坡容量对典型时段灵活性的影响,采用多级优化、逐级细化的思路求解模型。算例分析表明,所提方法在保障系统环保性和经济性的基础上,提升了系统各个时间尺度上的灵活性容量,可以促进系统新能源消纳。

电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求,大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中,受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来,国内外电力系统中持续出现与电力电子装备相关的各种机理不明的振荡事故,表现为振荡频率范围较宽的多时间尺度时变动态问题,严重威胁电力电子化电力系统的安全稳定运行。该文从多样化电力电子装备原始特征出发,归纳电力电子化电力系统多时间尺度时变动态基本特性,并分别从小干扰建模和动态稳定分析归纳对不同理论方法的基本认识,随后从适用于电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定快速分析计算为根本目标,凝练基于线性周期时变理论小干扰建模和动态稳定直接分析的研究思路。

考虑需求响应的源-荷-储多时间尺度协同优化调度策略

为应对未来高比例新能源接入带来的挑战,需充分挖掘不同类型调度资源的可调潜力。为此,提出了一种考虑需求响应的源-荷-储多时间尺度优化调度策略,旨在通过源-荷-储参与电网协同优化调度,提高系统运行的经济性和可靠性。首先,分析了不同类型可调资源的特性,构建了多时间尺度滚动调度总体框架,将整体调度分为日前调度和日内调度2个阶段;其次,基于多场景随机规划方法,建立了以系统总运行成本最小为目标的日前、日内优化调度模型,并在保证系统可靠运行的前提下对模型进行求解;最后,采用改进IEEE-30节点系统进行仿真分析,验证了所提策略的可行性和有效性。

风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型

高比例新能源并网带来的波动性影响和新能源消纳水平不足已成为新型电力系统中亟须解决的问题。为此,基于风、光、负荷预测精度随时间尺度缩短而逐级提高的特点和抽蓄机组日内灵活调节特性,建立风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型。以运行成本最小为目标,建立日前24 h发电计划、日内1 h发电计划和实时15 min发电计划。通过多时间尺度的协调配合,保证风、光、抽蓄出力良好跟踪负荷,逐级修正发电计划。以含6台抽蓄机组的风-光-抽蓄零碳电力系统为例开展仿真分析,结果表明所提多时间尺度协调调度模型有利于减少系统弃风、弃光量,且系统消纳风光的能力与抽蓄电站装机容量有关。

基于多时间尺度能量平衡算法的“源网荷储一体化项目”优化配置方法

在全球一致倡导低碳经济的大背景下,源网荷储一体化对助力实现碳达峰、碳中和目标、推动电力系统绿色低碳转型有重要的意义,但示范项目的建设在规划、实施及运营阶段都存在不少难点和痛点。鉴于其重要性,本研究以系统电能量在多时间尺度下的平衡为切入点提供一个全新的框架以讨论源网荷储各要素的科学优化配置:以最大化绿电替代为目标,以场站安全用电及绿电消纳为约束,采用多时间尺度能量平衡算法,在实现项目平稳安全运行的同时,兼顾经济性与电网友好;在实证部分,以大庆油田源网荷储示范项目为案例,验证了该方法的有效性。该方法框架对源网荷储一体化项目的规划配置、新能源开发建设新模式的探索以及规模化储能科技创新等领域提供新的研究思路,对保证电力系统安全稳定运行、探索新能源开发建设新模式、开展规模化储能科技创新等方面具有建设性意义。

多时间尺度温度-植被指数特征空间旱情监测的差异性

采用2011年5月28日MODIS多时间尺度数据产品和土壤相对含水量RSM数据,对河北省多时间尺度Ts-EVI特征空间旱情遥感监测的差异性进行了研究,结果表明:1多时间尺度Ts-EVI特征空间的TVDI与土壤表层RSM具有较高的相关性,1 d尺度Ts和1 d、8 d尺度EVI构建的RSM-TVDI决定系数较高,8 d尺度的Ts和8d、16 d尺度EVI的RSM-TVDI决定系数较低。2多时间尺度Ts-EVI特征空间的旱情监测结果在空间分布上具有较好的一致性,但其面积存在一定的差异;旱情监测应用中Ts-EVI特征空间构建应首选1 d时间尺度的Ts和EVI,其次是1 d尺度的Ts和8 d尺度的EVI,再次为8 d尺度的Ts和8 d尺度的EVI。

计及多时间尺度不确定性的电-氢一体化储能站随机-鲁棒混合规划

考虑源-荷双侧长期不确定性对电-氢一体化储能站规划结果鲁棒性的影响,提出一种计及多时间尺度不确定性的储能站容量规划方法。首先,构建电-氢混合系统结构,并设计储能站主要运行模式;其次,考虑风、光、电、氢的时序相关性,提取考虑短期不确定性的源-荷双侧的时序典型场景,以年综合成本最小为目标,建立基于多场景随机优化的储能站容量规划模型;然后,进一步考虑长期不确定性,基于信息间隙决策理论对规划模型进行改进,提出考虑长-短期不确定性的储能站随机-鲁棒混合规划方法;最后,基于某风光电场历史数据进行仿真验证,并对缺能惩罚成本系数和氢气价格等关键因素进行灵敏度分析。仿真结果表明,所提方法可合理规划电-氢一体化储能站容量,提高电-氢混合系统的风险规避能力。

基于多时间尺度的电-气-热耦合网络动态状态估计

目前能源网络状态估计的研究一般仅对单一系统或双系统。针对多种能源网络联系日益紧密的情况,研究了电-气-热耦合网络中不同子网络间的耦合关系和交互作用,并根据不同网络之间动态特性的差别,提出了基于多时间尺度的电-气-热耦合网络顺序状态估计(state estimation,SE)方法。同时以无迹卡尔曼滤波算法为基础,考虑到不同子网络间的耦合约束,构建了适应多情景的状态估计全局一致算法,保证了耦合网络状态估计结果满足边界耦合约束。仿真算例验证了所提方法的正确性和有效性,其结果对构建面向综合能源系统的新一代能量管理系统提供了数据支撑。

宁夏降水空间分布格局及其多时间尺度变化特征分析

[目的]研究宁夏降水空间分布格局及其多时间尺度变化特征。[方法]依据宁夏1951～2008年月降水资料,采用旋转自然正交分解法(REOF)、降水集度法(PCI)、小波分析法及Mann-Kendall秩次相关分析等方法,分析近58年来该地区降水的空间分布格局及其多时间尺度变化特征。[结果]宁夏地区降水的空间结构总体表现为"南北异向"型和"北中南各异"型;降水由北向南依次递增,年际变化由北向南依次减弱,引黄灌区降水年内分配极不均匀,其他地区年内变化波动相对平缓;各地单独丰水年的概率高于单独枯水年,而发生连枯年的概率则高于连丰年,并以3、6及10年的显著周期振荡。中部干旱带及南部山区降水呈减少趋势的概率均为75.0%,引黄灌区达71.4%,全区降水减少的概率达73.3%;中部干旱带及引黄灌区年降水波动呈增加趋势;降水的年内分配差异将变缓,尤其是中部干旱带呈减少趋势概率达100.0%。[结论]该研究为当地降水资源的有效利用及区域社会经济与生态环境协调发展提供有益的参考。

考虑省间交易模式的新能源基地源-储协同外送优化及综合效益分配策略

在沙漠、戈壁、荒滩等区域建设大型新能源基地是实现“双碳”目标的重要举措。为了探究“双碳”目标下新能源基地如何实现经济、稳定的电力外送,采用日前-日内两阶段多时间尺度优化构建煤电、抽蓄、电化学储能协同新能源机组外送的调度方案,并基于省间交易机制对比不同交易模式的收益情况。同时,为了探究更具实操性的效益分配方案,基于外送调度计划对协同外送中各主体的成本及贡献进行分析,提出不同收益-成本比下的效益分配方案。研究结果显示,外送收益在省间常规电力交易和省间绿电交易两种模式下的收益大小受绿电价格、绿证价格和绿证出售概率影响,煤电、抽蓄和电化学储能机组对于新能源基地外送收益贡献率大于30%,且在省间常规电力交易模式下贡献率大于省间绿电交易模式下的贡献率。研究对新能源基地源-储协同外送调度优化、参与省间交易决策及收益分配有参考作用。

基于自适应步长ADMM的电-气混联系统多时间尺度优化调度

随着微型燃气轮机和以其为基础的热电联供单元的大量配置,电力、天然气系统之间的联合优化调度越来越受到关注。针对电-气混联系统的优化调度问题,提出双层多时间尺度优化调度框架,考虑到各子系统间信息的不透明特性,上层基于日前预测数据和自适应步长交替方向乘子法(ADMM)建立以系统成本为目标函数的分布式日前优化调度模型;针对可再生能源和负荷的波动,下层基于短时预测数据建立以遵循日前调度方案为目标的实时调度模型。通过算例分析验证了所提电-气混联系统优化调度模型和框架的有效性。

热-电联合机组多时间尺度调峰优化调度模型

针对我国"三北地区"风热冲突问题,建立了考虑热-电联合机组多时间尺度调峰能力的优化调度模型。模型在已有理论基础上严格定义了纯凝机组在不同工况下可达到的上下旋转备用容量限值,充分发挥了纯凝机组的可调节灵活性;同时,在供热机组侧加装储热装置,扩大供热机组电热负荷调节范围,充分发挥了供热机组的可调度灵活性。所建模型能够利用纯凝机组与供热机组在时间尺度上的不同特性在一定程度上提高电网对风电消纳水平,通过求解实际算例验证了模型的有效性。

基于模型预测控制的光热-光伏系统多时间尺度无功优化控制策略研究

针对光热-光伏系统无功控制问题,提出一种基于模型预测控制MPC(Model Predictive Control)的多时间尺度无功优化控制策略。在日前优化同步发电机与光伏逆变器无功出力的基础上,日内采用基于MPC的滚动优化及反馈校正控制思路,利用动态无功补偿设备控制母线电压。通过基于灵敏度的电压预测模型,预测未来多个时刻电压运行状态。在此基础上,以未来多个时刻预测电压控制偏差最小为优化目标,建立日内滚动优化模型,得到动态无功补偿设备的无功控制计划,并通过电压控制偏差反馈校正,完成日内无功电压的模型预测控制。以中国敦煌地区光热电站与光伏电站所组成联合发电系统为仿真算例,通过与传统多时间尺度无功优化控制策略对比,验证该控制策略在提高系统汇集母线电压和光热、光伏电站PCC母线电压的稳定性的可行性与有效性。

基于模糊-概率策略实时反馈的虚拟电厂多时间尺度优化调度

虚拟电厂(VPP)日前计划和日内运行方案是其在内、外部随机性上,实现经济或技术效益的有力保证。提出VPP日前计划-滚动计划-实时调度在内的全时域优化调度框架,建立不同尺度优化模型并通过“多级调度、逐级细化”的思想达到优化鲁棒性。在日前计划中,以虚拟电厂最大化市场效益为目标建立模型;在日内优化中,基于马尔科夫决策过程(MDP)融合30min尺度滚动和5min尺度超短期两层优化以减少建模层级。在MDP模型中,建立熵值回馈函数表征滚动优化过程,用以减少因日前预测误差带来的日内运行偏差值;建立模糊-概率策略表征超短期优化过程,用以调节储能荷电状态、均衡其充电与放电能力,最终实现跟踪日前计划的目标,最大化经济效益。最后通过算例计算对所提方案进行了验证。

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明:在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。

VSC-HVDC交直流混合系统多时间尺度暂态特性建模与分析

随着大规模电力电子设备的并网,传统电网的建模方式已经不能完全适用于现代大规模交直流混合系统。为满足现代交直流混合系统暂态特性分析的需要,提出了建立含VSC-HVDC交直流混合系统多时间尺度暂态模型。VSC-HVDC系统控制器采用矢量控制,内环控制采用基于α-β静止坐标系的建模方式,该建模方式解决了传统d-q旋转坐标系下不能完全解耦的问题。在ETSDAC/PSASP仿真平台上建立了机电-电磁暂态模型,同时在MATLAB/Simulink平台上建立了电磁暂态模型,针对不同类型的直流短路故障,分别在两种模型上进行暂态特性仿真分析。结果显示,在暂态特性上机电-电磁暂态模型比电磁暂态模型更加精确。

近58年来宁夏可利用降水量多时间尺度变化特征分析

依据宁夏1951—2008年月降水及气温资料,计算了可利用降水序列。运用地统计方法、小波分析法及气候趋势系数等方法分析了宁夏近58年来可利用降水量的空间分布及多时间尺度变化特征。结果表明,宁夏多年平均可利用降水量68.5mm,自北向南依次增大;7—9月占全年的69.14%～77.48%;夏季可利用降水量占年值57.81%～67.44%,秋季次之(19.87%～27.27%),冬季最小;存在3年、6年与10年振荡周期;未来,宁夏大部分地区陆面蒸发呈增加趋势,增幅0.516～6.796mm/10a,且自北向南依次增大;各地年、夏季及秋季可利用降水量均呈减少趋势,中部干旱带减幅最大(9.839～15.779mm/10a),北部引黄灌区以5.784～8.477mm/10a幅度减少,南部山区则以6.741～8.229mm/10a的幅度减少。

雷州半岛近50年气候变化的多时间尺度分析

利用Morlet和墨西哥帽子的小波变换对雷州半岛地区的南部与北部的徐闻和湛江两地(1951～2003年)的年均温和年降水资料进行小波分析,结果表明:其二维小波的系数等值图可以清楚地显示出气候变化在不同时间尺度上的演变特征,结合小波的方差图得到该区的年均气温有2年、4年左右、准7年的周期振荡,年降水具有2年、4年、10～11年左右、准27年的周期振荡.气温与降水在不同层次上表现出不同的变化趋势,从短期的高频部分看未来的1～2年内气温仍会偏高、降水偏少.中小层次上的突变年份与厄尔尼诺发生的当年相关性不明显.

地铁站点多时间维度客流影响因素的精细建模——以广州市中心城区为例

当前我国地铁规划建设进入了快速发展阶段,地铁站点客流影响因素的精细建模与分析对站点的规划、管理具有重要意义。该文基于地铁刷卡数据、高分辨率影像及网络爬虫获取的POIs数据、互联网房产数据和建筑物轮廓高度数据等多源空间数据,采用向后逐步回归分析法对广州市中心城区地铁站点多时间维度上客流的影响因素进行精细建模与分析。研究发现:1)整体上,地铁1号线早进晚出客流较其他线路大;站点早出晚进客流集聚效应显著,主要集中在以体育西路为中心的天河中心圈和以公园前为中心的老城区中心圈。2)在所构建的8种客流回归模型中,CBD虚拟变量、商业用地、三类居住用地、进出站口数量和站点吸引范围内平均小区容积率5种因素对站点客流具有显著正向影响,其中CBD虚拟变量影响最大,而房价、水体对客流具有显著负向影响。3)工作日和休息日客流影响因素存在明显差异,二类居住用地、教育科研用地和医疗卫生用地只在工作日客流中具有显著正向影响,用地多样性只在休息日客流中具有显著的负向影响。4)二类居住用地与工作日早进晚出客流关系密切;站点吸引范围内平均建筑层数只在工作日早出晚进客流回归模型中保留并起显著作用。