应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略

为提升冰灾下电力系统的韧性,降低系统负荷削减量,提高系统恢复速率,提出一种应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略。对冰灾场景以及受冰灾影响的线路故障率进行建模;从线路抗冰能力、系统负荷损失、系统恢复情况、线路受损情况、维修资源充裕度多个角度构建电力系统综合韧性评估指标,以定位冰灾下系统的薄弱环节;在此基础上,通过灾前线路故障风险预测、灾中机组出力调整以及除冰线路筛选和主动停运除冰、灾后维修顺序规划等策略提升冰灾下的系统韧性。基于IEEE 39和IEEE 118节点系统进行仿真分析,结果验证了所提韧性评估方法和提升策略的有效性。

适应新型电力系统的电力互替品市场——(一)理念与构想

新型电力系统重塑了能源生产消费结构,电力市场机制也需随之改变。首先,分析指出提升系统调节能力是新型电力系统下市场机制设计的首要目标;围绕该目标给出了市场机制应具备的特点,包括利于激发调节动力、释放调节能力、接纳各种新型调节资源等。其次,对世界各国现货市场普遍采用的分时交易机制进行了分析,指出其与新型电力系统存在诸多不适应之处,包括市场主体调节贡献无法被量化表征,市场主体连续运行特性与分时交易机制相矛盾、调节能力难以完全释放,以及难以满足海量柔性资源直接参与电力市场的需求等。为此,文中舍弃分时交易的方式,转而提出整体交易机制与电力互替品概念,介绍了形成与交易电力互替品的主要思路,并以电力互替品为核心构想了新型市场机制。该机制可通过调节责任划分量化各主体调节贡献,激发市场主体的调节动力;同时,也能促进市场主体主动优化自身运行方式,释放调节能力;具有易于扩展的优势,可轻松接纳新型电力系统下层出不穷的各类新型主体。

计及UPFC最优配置的电力系统鲁棒调度协同优化策略

统一潮流控制器(UPFC)应用于潮流调控时,计及UPFC调控参数的交流潮流计算是非凸、非线性问题,且多台装置间的非线性交叉耦合特性也会直接影响优化配置方案。为此,基于UPFC的潮流调控特性,构建了计及UPFC的松弛型交流潮流二阶锥规划模型;计及风电的不确定性,协同考虑UPFC的规划和电力系统的调度问题,建立了计及UPFC最优配置的电力系统鲁棒协同优化模型,并采用列和约束生成算法进行求解。以IEEE RTS-24节点系统为算例进行仿真分析,结果表明所提协同优化策略有效提升了UPFC配置方案的适应性,提高了系统运行经济性和风电消纳能力,增强了系统运行调控的灵活性。

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。

“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。

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。

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。

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。

能量视角下的电力系统惯量

同步机主导的电力系统中,机械旋转惯量是决定频率动态的主导因素,被代指为系统惯量。随着新能源占比升高,机械旋转惯量不断下降,其主导作用被削弱,现有对电力系统惯量的认知不再适用。文中首先回顾惯量作为阻碍物体状态变化能力度量的物理本质,把电力系统建模为包含不同尺度下多种能量形式和元件的能量供应链,将惯量广义化为机械旋转惯量、电惯量、热惯量、流体惯量。能量供应链中,同一尺度上存储惯量和通道惯量组成的“惯量对”决定了该尺度的动态;总的尺度上,不同尺度的多个“惯量对”决定了时域的序贯动态和频域的级联滤波特性。然后,进一步揭示了惯量需求的根源是能量需求,存储单元需要有足够的瞬时可释放能量来应对传输通道引起的能量补充滞后,整个能量供应链需要存储足够的本地能量支撑分散控制。能量视角下的电力系统惯量认知有助于评估新型电力系统的惯量需求,为新型电力系统有功控制的方法设计提供理论指导。

支撑新能源电力系统灵活性需求的用户侧资源应用与关键技术

伴随着传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统转型升级,高比例新能源的接入和传统机组占比下降导致电力系统灵活性产生缺额。电动汽车、数据中心、P2X(power-to-X)等需求侧资源可以在多时间尺度为电力系统提供灵活性,是新型电力系统灵活性的重要组成部分。该文首先描述高比例新能源背景下输电网和配电网在不同时间尺度的灵活性需求,然后对比总结了典型需求侧资源的调节特性与应用实践,研究了需求侧资源在支撑高比例新能源输电网和配电网中运行、规划2个层面多时间尺度灵活性需求的应用场景。最后针对未来需求侧资源的研究重点,从聚合技术、电碳协同优化调控策略、可信调节能力量化和通信与信息交换标准等角度,对支撑新型电力系统需求侧资源应用的关键技术进行了总结与展望。

新型电力系统长时储能技术综述

随着未来我国电力系统中可再生能源渗透率的提高,系统稳定性将应对更加严峻的挑战。长时储能技术在电力系统中起到平衡电网需求、提高电网稳定性、促进可再生能源的消纳、推动绿色低碳发展等作用。长时储能在系统的电源侧、电网侧、负荷侧都有着广泛的应用,对我国新型电力系统的发展意义重大。首先,介绍了目前新型电力系统的特点以及发展趋势,分析长时储能技术在新型电力系统中所具备的支撑作用;其次,分别总结了压缩空气储能、锂离子电池储能、液流电池储能、熔盐储能、氢储能5种长时储能的技术原理及路线、现有的示范应用项目及未来发展趋势,分析了各种长时储能技术的优势和不足;最后,对新型电力系统中长时储能技术未来的应用前景进行了展望。

数字化背景下新型电力系统谐波溯源关键技术

构建以新能源为主体的新型电力系统是能源电力行业推动“双碳”战略目标的关键举措。伴随多类型电力电子设备大规模接入系统,源网荷储谐波源交互影响,谐波污染加剧且复杂多变,呈现全局化特征,影响了电力系统优质可靠供电。文中聚焦多类型谐波源交互作用下的谐波来源追溯,深度融合先进数字技术在数据资源和智能协作的优势进行主导源头辨识和谐波贡献评估。首先,围绕谐波溯源概念,分析其在数字化背景下新型电力系统面临的新挑战和新机遇。然后,阐述了谐波溯源研究现状,指出关键技术的发展新需求。基于此,利用数字电网技术架构设计了云-边-端协同溯源策略。针对数字化背景下的新型电力系统,阐述了谐波源确定在数据采集、机理分析、协同应用等方面的主要技术。最后,展望了未来数字电力系统安全、可靠、灵活发展的技术方向。

考虑风电谐波影响与出力随机性的电力系统无功优化方法

电容器组等无功补偿装置的优化调整不仅可以减小电力系统网损,还会对电力系统的谐波潮流与谐波网损产生影响.风电不仅存在出力不确定性,而且会产生谐波污染,影响谐波潮流与谐波网损.然而,传统无功优化方法没有同时考虑风电的谐波特性与出力不确定性对谐波潮流和谐波网损的影响,可能导致谐波超标问题,不利于电力系统降低网损.因此,本文首先构建计及风电谐波影响的电力系统无功随机优化模型.该模型通过场景法对风电出力随机性进行建模,目标函数同时考虑基波和谐波网损,约束条件包括基波和谐波潮流约束、电压谐波总畸变率约束等.然后,针对该谐波约束的无功随机优化模型,本文提出了融合驱动力可调粒子群算法和全连接型深度神经网络的高效求解方法 .最后,通过三个修改后的IEEE测试系统对所提模型与方法的有效性进行了验证.

面向新型电力系统的储能规划方法研究进展及展望

储能是新型电力系统非常重要的灵活性调节资源,在源网荷各端均可发挥重要的作用,在中国,储能的发展已经进入规模化发展期,如何合理、经济地利用好储能的关键是规划配置方法。在对储能规划方法研究现状的基础上,分析了储能投资运营主体多元化、应用场景和运行模式复杂化、储能技术多样化等新变化对储能规划方法的影响;提出了新能源聚集区考虑时空互补和共享机制的储能规划方法、电网侧充分市场竞争下的储能与输配电系统协同规划方法,以及用户侧电、热、氢多元储能合作/竞争共存下的规划方法。面向新型电力系统的储能规划,未来应注重电力系统不同发展阶段的整体协调性、储能投资运营主体多元化内生博弈机制的影响,以及规划方案在多目标多场景下的迁移学习方法。

电力电量平衡视角下新型电力系统极端场景研究及应对综述

全球气候变化加剧背景下极端天气事件频发,受能源转型政策、地缘政治影响一次能源供应与负荷水平均呈现强不确定性。中国正处于可再生能源占比不断提升的新型电力系统建设阶段,极端场景下电力电量平衡问题凸显并呈现出加剧趋势。基于此,从极端场景基本内涵、模拟与生成技术、在电力系统中的应用以及应对措施等角度入手,总结电力电量平衡视角下新型电力系统中的极端场景研究。首先,归纳了极端场景的定义与特性,指出了极端场景与极端事件、最恶劣场景等概念之间联系,归纳了极端场景集的构建方法;随后,针对极端场景小样本特性,梳理了极端场景的直接与间接生成方法;探讨了极端场景在电力系统中的应用方法与具体应用领域;最后,结合现有研究与实际工程案例从4个层面提出了极端场景的应对策略,并指出了极端场景的后续研究方向,为后续建设灵活可靠、供需平衡的电力系统提供了思路。

新型电力系统中的大模型驱动技术:现状、机遇与挑战

建设新型电力系统是实现社会、经济高质量发展的重要基石,以新一代通用人工智能为主导的信息化技术与能源电力科学深度耦合,为新型电力系统的数字化转型工作提供了重要保障。为了探究电力系统在大模型时代潮流下的发展方向,该文首先系统梳理了当前电力系统的数智化发展现状以及在新的场景需求下遇到的难点问题。然后重点探讨了以多模态大模型为代表的具备深度场景解析和语言描述能力的大模型技术在电力系统中的应用前景,并分析了其在几个典型场景下的相关应用成果,证明大模型技术可行性的同时,进一步总结了大模型技术在相关电力场景所面临的机遇与挑战性问题。最后对未来大模型技术如何与电力系统实现紧密融合做了展望与建议。该研究成果有望为新型电力系统数字化转型过程中的数智化发展提供参考,助力能源电力领域提质增效。

新型电力系统专用传感与边缘智能关键技术及其展望

电力物联网在电力系统的实时传感、透明感知与全局调控中发挥着重要作用。随着新型电力系统的不断演化,传统的设备传感与静态独立的智能系统难以应对多样化业务需求激增、多元化数据爆发式增长、传感器通信可靠性差与能效低下和算法模型迭代成本高等难题。因此,高度多元集成、绿色持续可靠、云边端深度协同的新型电力系统专用传感与边缘智能有望成为新范式。该文首先以新型电力系统专用传感与边缘智能的基本内涵为基础,构建了专用传感与边缘智能融合贯通的体系架构。然后重点阐述了国产化高频新型传感技术、绿色供能的高性能嵌入式芯片技术、高可靠性灵活组网技术、轻量化模型推理技术、云边协同资源共享技术和在线学习持续迭代技术。并进一步展望了专用传感与边缘智能在数据治理、隐私保护、软件定义硬件、业务-算力微服务、多层分布式泛在智能和电力大模型等发展方向,以期为新型电力系统建设提供参考。

极端天气条件下新型电力系统风险评估与弹性提升

近年来,随着温室效应加剧,世界范围内极端天气频发,对电力安全可靠供应造成了严重影响。为达成国家“碳达峰、碳中和”的重大战略目标,构建新型电力系统已成为一种必然趋势。目前,电力系统发展呈现风、光等强不确定性新能源占比不断提高,电力负荷复杂化、多样化的特点,当极端天气条件出现时,将进一步放大电力供应、负荷需求以及设备故障多环节不确定性的影响。因此,开展极端天气条件下新型电力系统风险评估与弹性提升研究,具有十分重要的意义。

“双碳”目标下我国电力系统灵活性资源发展策略研究

大力发展新能源是实现“双碳”目标的重要途径,但新能源的随机性、波动性和间歇性特点给电力系统供需平衡及稳定性带来严峻挑战,亟需发展多元灵活性资源来保障系统的安全稳定运行。本文综述了我国碳中和目标下电力需求及电源结构发展路线的相关研究情况,深入分析了不同风光发电量比例下电力系统对灵活性调节的不同需求,并从高峰能力(充足性)、爬坡灵活性、稳定性、惯性4个方面阐述了未来所需要的“源网荷储”各类灵活性资源特性;结合国际经验,提出了保障安全、低碳发展、经济最优的灵活性资源发展原则,并在分析我国灵活性资源发展存在问题的基础上,提出了与我国电力行业减排目标和中长期电力结构变化趋势相一致的灵活性资源发展路线;最后从电源、电网、负荷、储能、市场机制5个方面提出了发展灵活性资源的重点举措。

计及源荷不确定性的电力系统静态电压稳定极限预警方法研究

针对源荷双侧不确定性问题,对电力系统静态电压稳定极限进行预警研究。首先通过数学推导与理论分析证明快慢系统在分叉及噪声双重诱导发生临界转变的过程中,系统变量的方差系数趋势变化显著。由于存在噪声诱导失稳,电压变化趋势观测难度增大,固定阈值趋势检测方法会失效。其次,对新能源电力系统节点电压的临界转变特点和扰动情况进行分析,提出基于临界转变电压崩溃预警方法。针对噪声导致的趋势预测困难问题,基于量测数据,利用贝叶斯变点检测,对节点电压的方差进行实时监测,并根据贝叶斯变点检测得到的概率在趋势发生显著变化之初预警节点电压崩溃,并通过仿真计算验证该方法的有效性。