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。

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。

基于生命周期理论的区域综合能源系统-配电网博弈优化调度

为解决区域综合能源系统与主动配电网因交互产生的利益冲突和自身碳排放问题,提出一种基于生命周期理论的区域综合能源系统-配电网博弈优化调度方法。首先,在能源系统耦合侧采用以热电联产机组为核心,使用耦合碳捕集与电转气设备构建动态碳循环,并利用需求侧资源进一步限制碳排放行为。然后,在阶梯碳交易制度下引入生命周期理论,分析各环节的碳排放,实现对多元能源活动的整个生命周期碳排放量计量。最后,构建以主动配电网为主体,区域综合能源系统为跟随者的博弈模型,并求解和筛选所提模型的纳什均衡解。仿真结果表明,博弈双方均能不断优化自身能源策略,最终实现低碳、经济运行。

活性炭吸附法分离纯化ADN

采用静态吸附试验,研究了3种活性炭(AC、BC、CC)的静态吸附与解吸,筛选出一种较好的活性炭AC;通过动态吸附和解吸实验,对二硝酰胺铵(ADN)的吸附、解吸工艺条件进行了优化。结果表明,AC的吸附能力与解吸能力均优于活性炭BC与CC,是分离纯化ADN的理想吸附剂;当上样溶液质量浓度为30 155.32mg/L、流速为5mL/min时,活性炭AC对ADN的吸附量较大。以80℃热水为洗脱溶剂,洗脱至第10个柱体积时,总洗脱率达95.64%。

活性炭吸附ADN过程的动力学与热力学

通过不同温度下的静态吸附实验,研究了活性炭吸附ADN的动力学和热力学特征。以吸附量和解吸率为指标对3种活性炭(AC、BC、CC)进行对比研究,利用准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型考察了ADN的吸附动力学,并利用Langmuir和Freundlich吸附等温模型描述吸附热力学行为。结果表明,活性炭AC是分离ADN的理想吸附剂,3种活性炭吸附ADN的动力学曲线更符合准二级动力学模型;Freundlich模型描述活性炭AC对ADN的吸附规律更为合适,该吸附△G<0,△S>0,吸附过程可自发进行;不同吸附量下的△H>0,吸附为吸热过程。

基于深度强化学习的有源配电网电压分层控制策略

【目的】分布式电源发电的随机性和波动性,给有源配电网(active distribution network,ADN)的电压控制带来了严峻的挑战,在此背景下,亟需一种高效的电压控制策略来保证ADN的安全运行。【方法】基于深度强化学习方法,提出了一种双层区域配电网电压控制策略。首先,以调压设备的调节特性和可控元素复杂化的特点为前提,针对ADN辐射网架结构,设计了区域协调控制区域和本地自治控制区域,分别构建每个区域的电压控制模型;然后,通过深度Q网络(deep Q-network,DQN)算法和深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法对该模型进行求解,以实现实时跟踪电压变化的目的,有效解决了ADN运行过程中电压控制问题;最后,通过IEEE 33节点仿真算例对该方法进行了验证。【结果】利用DQN算法和DDPG算法分别求解协调控制区域和本地自治区域的控制变量,实现了ADN系统电压调节的实时决策,解决了ADN潮流双向流动、电压复杂多变的问题。【结论】所提控制策略控制电压偏差效果明显,具有很强的准效性和实用性。

混酸法合成ADN的分离纯化工艺研究

二硝酰胺铵(ADN)是一种高能高燃速和不含氯元素的新型氧化剂,混酸法合成ADN时会生成大量的无机盐副产物,采用活性炭吸附的方法可以对ADN进行有效的分离纯化。对活性炭的种类、吸附溶剂的种类、解吸溶剂的种类、吸附浓度、吸附方式进行了研究,并确定了较佳的工艺条件,制备了质量分数达99.5%以上的ADN。

考虑光伏波动性与负荷时变性的ADN多故障修复策略

在主动配电网(active distribution network, ADN)中,光伏出力具有波动性,且负荷功率具有实变性,当配电网发生多个故障时,修复时间较长,光伏在某些时段可能会出现出力不足的情况。为保证故障后对非故障失电区内尽可能多的重要负荷恢复供电,结合短时间尺度优化调度方法建立基于多代理系统(multi-agent system,MAS)的ADN分区域、分场景、分时段的动态修复模型。该模型以恢复全网负荷价值最大和开关次数最少为上层目标,以各非故障失电区内不同恢复时段、不同开关动作次数下失电负荷恢复价值最大为前提,总供电量最大为下层目标,并且光储、分布式电源(distributed generation, DG)共同参与联合寻优。提出一种孤岛路径寻优方法,可快速求得非故障失电区内各时段最优恢复路径。设计多目标蚁群算法获取全网最优抢修方案,以IEEE 69节点配电系统为例,证明所提策略的可行性和有效性。

考虑智能软开关接入的主动配电网扩展规划方法

柔性互联装置的广泛应用给主动配电网(active distribution network,ADN)规划带来巨大挑战。该文提出一种考虑智能软开关(soft open point,SOP)接入的ADN扩展规划方法,对变电站新建及扩容,线路新建,智能软开关、分布式电源、储能系统以及无功补偿等设备的选址定容进行协同规划。首先,考虑分布式电源出力和负荷功率不确定性,采用基于改进高斯混合模型的聚类方法构建典型日场景。在此基础上,以年综合费用最小为目标函数,建立了考虑SOP接入的ADN扩展规划模型。然后,通过线性化和二阶锥松弛技术,将原始非凸非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed-integer second-order cone programming,MISOCP)模型,并提出逐次收缩凸松弛算法以获得凸松弛间隙足够小的原问题最优解。最后,在54节点主动配电网算例上验证了所提规划模型和求解算法的可行性与有效性。

基于固态变压器的有源配电网自适应模式切换与功率管理

为实现高压电网和交直流混合微网的系统集成与优化,固态变压器(solid-state transformer, SST)成为研究热点。然而,目前较少考虑线路或通信故障条件下系统运行模式的协调控制以及即插即用单元的功率优化分配。为此,提出一种基于SST的有源配电网自适应模式切换与功率管理策略。首先,基于SST的系统架构实现高压并网、微网互联、微网孤岛的平滑模式切换,保证母线电压稳定在额定值附近。同时,采用分布式一致性算法和改进下垂控制,根据运行成本、储能荷电状态(state of charge, SOC)实现经济均衡的功率分配。最后,基于RT-LAB实时仿真平台验证所提模式切换与功率管理策略。

考虑全局相关性的主动配电网电压安全优化控制

新型电力系统下,配电网侧规模化分布式新能源的不确定性使得电压安全问题日益突出,现有方法主要假设随机变量为独立分布,较少考虑随机分布间的相关性,而配电网侧随机量的相关性较强,降低了电压控制效果。文中提出了一种考虑全局灵敏度的主动配电网电压稳定优化控制策略。首先,采用L指标衡量系统的电压稳定程度,构建了考虑多场景电力系统稳定性的概率潮流模型。其次,基于Sobol’法的全局灵敏度定量分析了输入变量的不确定性及变量间的相关性对电压稳定的影响。然后,基于灵敏度分析结果,优化求解系统中的调控设备。最后,在修改后的IEEE 33节点系统、IEEE 118节点系统及实际系统中进行仿真。结果表明,基于全局灵敏度提出的多随机性场景优化控制策略能在考虑多变量相关性的同时,实现调控设备在不同运行场景下的高效利用,支撑有源配电网安全运行。

基于集群的主动配电网双层分布式优化调度策略研究

随着主动配电网中大量分布式能源资源的接入,传统的集中式调控架构体系将无法有效处理这些分布式单元,因此有必要对主动配电网分布式资源集群优化调度开展研究。以基于多智能体架构的主动配电网为研究对象,根据“群内自治、群间协调”的分级调控思想,提出一种基于“源-荷”集群功率偏差的双层分布式优化调度策略。在上层全局优化阶段,提出基于“源-荷”集群功率偏差的改进一致性算法对各集群间进行分布式协调优化;在下层局部优化阶段,基于分布式一致性算法对各分布式单元进行协调优化,获取最优效益下“源-荷”需求,同时对所提策略的收敛性进行证明。通过IEEE 33节点系统验证所提策略的有效性和合理性。

考虑停电损失及可中断负荷的有源配网鲁棒孤岛划分策略

随着分布式电源、储能及智能环网柜等技术在配电网中的快速发展,配电网的有源化和智能化为其孤岛运行提供了有力支撑。面向上级电网故障后有源配电网(ADN)的孤岛划分问题,建立负荷停电综合损失最小的鲁棒优化划分模型,其中,停电综合损失计及切除可中断负荷的补偿成本和非协议停电所带来的负荷损失成本,损失成本采用分段线性化建模,并通过添加逻辑变量构建统一的线性约束式。为避免孤岛运行状态下任一负荷的频繁投退,提出负荷停电连续状态约束及其线性化方法。进一步考虑到ADN中分布式能源出力的不确定性,将确定性模型转为两阶段鲁棒优化模型,引入鲁棒调节系数灵活调整方案的保守性,并基于对偶理论和列生成算法迭代实现模型求解。算例仿真验证所提模型和方法的有效性。

基于约束型深度强化学习的主动配电网电压控制策略

随着分布式电源与随机性负荷的大量接入,配电网的电压波动问题变得愈发严重。主动配电网能通过各种电压无功控制器平抑电压波动,但通常需要求解一个复杂的混合整数二阶锥规划问题,难以做到实时控制。文中利用深度强化学习建立了一个主动配电网实时电压控制模型,能快速得到满足潮流约束的控制策略。采集节点有功、节点无功、设备档位、时间步作为环境状态变量;以和网损及设备操作相关的费用作为回报函数来协调三个控制设备;通过基于长短时记忆网络的约束型强化学习来求解,从而建立主动配电网实时电压控制模型。基于4节点测试系统和IEEE-33节点测试系统进行了仿真,仿真结果表明,所提的深度强化学习方法能确保潮流约束,电压控制模型能实时控制电压无功控制器,以保证配电网的电压质量。

数据-物理融合驱动的有源配电网自适应电压控制

分布式电源高比例接入条件下,配电网运行状态更加复杂,同时也难以获取准确的物理参数。本文提出一种数据-物理融合驱动的有源配电网自适应电压控制方法。首先,构建数据-物理融合驱动的有源配电网自适应电压控制框架;然后,针对有源配电网的电压控制问题进行数据驱动建模;进一步考虑数据驱动控制的局限性,通过不完备物理模型修正数据驱动模型;最后,基于改进的IEEE33节点算例进行分析验证,结果表明数据-物理融合驱动控制策略可以有效抑制有源配电网的电压频繁越限,提高配电网自适应优化控制水平。

A Privacy-preserving Energy Management System Based on Homomorphic Cryptosystem for IoT-enabled Active Distribution Network

Active distribution network(ADN),as a typically cyber-physical system,develops with the evolution of Internet of Things(IoTs),which makes the network vulnerable to cybersecurity threats.In this paper,the eavesdropping attacks that lead to privacy breaches are addressed for the IoT-enabled ADN.A privacy-preserving energy management system(EMS)is proposed and empowered by secure data exchange protocols based on the homomorphic cryptosystem.During the information transmission among distributed generators and load customers in the EMS,private information including power usage and electricity bidding price can be effectively protected against eavesdropping attacks.The correctness of the final solutions,e.g.,optimal market clearing price and unified power utilization ratio,can be deterministically guaranteed.The simulation results demonstrate the effectiveness and the computational efficiency of the proposed homomorphically encrypted EMS.

主动配电系统可行技术的研究

传统配电网的规划设计方法和运行控制模式无法适应高渗透率分布式能源(distributed energy resources,DER)的接入。基于信息与通信技术及高级量测设备的主动配电网(active distribution network,ADN)为高渗透率DER的接入提供了一种解决方案。概要分析DER接入对传统配电网的影响,以此说明发展ADN的必要性;介绍ADN的基本概念、相关的研究动态、传统配电网与主动配电网的差异及研究成果;基于技术经济可行性的观点,总结适应ADN发展的可行技术。随着各种可行技术的进步,ADN不仅可以平衡配电层级的功率,还可平衡配电层级与上级电网之间的功率,ADN将成为局部区域能源交换的基础设施。

基于一致性算法的主动配电网分布式优化调度

针对主动配电网区域自治优化调度中存在的计算与通信量大、难以实现整体优化、不能适应拓扑变化等问题,提出一种基于一致性理论的分布式优化调度方法。该方法通过自治节点与相邻分布式电源节点信息的交换,采用一致性算法进行迭代计算,使各分布式电源的增量成本一致趋同,实现自治区域发电成本的优化。该文通过设置一致性算法节点权重系数,提高收敛速度,减小系统波动;通过本地相邻可控分布式电源的信息交互,更新自治节点参数,数据通信量减少,能够很好地应对主动配电网拓扑结构的变化。仿真结果验证了方法的有效性与可行性。

主动配电网技术及其进展

主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、电网与充放电设施互动、智能配用电等电网分析与运行关键技术的有效解决方案。文中重点研究了主动配电网的定义及其特征,分析了主动配电网的研究现状及其关键技术,包括:含间歇式可再生能源及储能装置的主动配电网综合规划技术、基于配电网主动机制的分布自治与全局优化相结合的协调控制技术、功率及能量灵活可调的主动配电网全局优化能量管理技术以及主动配电网多目标经济性评估等。

主动配电网现状与未来发展

随着分布式电源和电动汽车等规模化发展,将给传统配电网带来诸如电压越限、双向潮流等问题,配电网由被动控制过渡到主动控制是未来的发展模式和方向之一,将成为智能配电网发展的核心。总结了近年来主动配电网的相关研究成果,主要包括:主动配电网的控制方式、分布式电源的优化规划、电压管理、电动汽车的主动管理、需求侧管理、主动配电网的保护和故障定位等,并进一步提炼了为主动配电网提供支撑的相关新兴技术。最后,提出了未来可能会影响主动配电网发展的新技术和新概念。