考虑条件风险价值的交直流系统两阶段分布鲁棒低碳经济优化调度

考虑到海上风电出力的随机性以及日益突出的生态环境问题,以含柔性直流输电技术(voltagesource converter high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统为研究对象,提出了考虑条件风险价值(conditional valueatrisk,CVaR)的两阶段分布鲁棒低碳经济优化模型,构建了基于Kullback-Leibler(KL)散度的概率分布模糊集,同时利用条件风险价值量化了极端场景下的尾部风险,使得模型能够同时考虑概率分布不确定性以及处于最坏概率分布中极端场景下的尾部损失;此外,将阶梯型碳交易机制并入所提分布鲁棒模型中,通过合理利用柔性资源和储能装置,增强系统运行的灵活性,在兼顾运行风险的前提下,降低碳排放量的目标。再者,为了提高计算效率,在列和约束生成算法(column-and-constraint generation method,C&CG)和Multi-cut Benders分解算法的基础上提出了双循环分解算法。最后,在基于改进的IEEE RTS 79测试系统中验证了所提模型及算法的有效性。

考虑双重SOC的混合储能系统功率协调控制

为了降低直流微网系统中负载变化或者多源出力变化引起的功率波动,提出一种同时考虑蓄电池和超级电容荷电状态(state of charge,SOC)的混合储能协调控制策略。首先,分析直流微网系统协调控制原理,在此基础上,通过低通滤波器对所需平抑功率进行分频,低频功率由蓄电池承担,高频功率及系统开关的高频纹波由超级电容承担,根据频率响应确定了滤波器的时间常数调整原则;然后,将超级电容和蓄电池各自的SOC实时状态作为反馈观测量,根据两者的SOC状态并结合实际功率需求,将系统划分成11个工作模式,分析了不同工作模式下的功率需求,依据不同工作模式下的功率需求进行功率调整,进而实现功率二次分配;最后,将所提策略在4种典型情况下进行仿真验证,实验结果验证了该策略的有效性。

机理-数据融合驱动的互联变流系统故障诊断方法

三电平中点钳位型互联变流器,因其大容量、高电能质量等优势,已逐渐成为交直流混联配电网系统的主流能量变换装备。但其长期工作于大功率、时变负载、有限散热等恶劣工况,功率器件开路故障率高。同时,现有故障诊断方法多为单一机理或数据依赖,无法克服系统模型结构复杂、运行工况多变的难题,诊断准确性与快速性较差。为此,提出了一种机理-数据融合驱动的互联变流系统故障诊断方法。首先,基于三电平变流系统的机理模型,结合神经网络观测器,构建机理-数据融合模型以提高故障诊断精度。随后,分析了电流残差量在不同器件开路故障后的变化轨迹,总结出电流残差故障特征表进行开路故障诊断。最后,实验与硬件在环测试结果验证了所提方法的有效性。

Fully Distributed Risk-based Robust Reserve Scheduling for Bulk Hybrid AC-DC Systems

To enhance the cost-effectiveness of bulk hybrid AC-DC power systems and promote wind consumption,this paper proposes a two-stage risk-based robust reserve scheduling(RRRS)model.Different from traditional robust optimization,the proposed model applies an adjustable uncertainty set rather than a fixed one.Thereby,the operational risk is optimized together with the dispatch schedules,with a reasonable admissible region of wind power obtained correspondingly.In addition,both the operational base point and adjustment capacity of tielines are optimized in the RRRS model,which enables reserve sharing among the connected areas to handle the significant wind uncertainties.Based on the alternating direction method of multipliers(ADMM),a fully distributed framework is presented to solve the RRRS model in a distributed way.A dynamic penalty factor adjustment strategy(DPA)is also developed and applied to enhance its convergence properties.Since only limited information needs to be exchanged during the solution process,the communication burden is reduced and regional information is protected.Case studies on the 2-area 12-bus system and 3-area 354-bus system illustrate the effectiveness of the proposed model and approach.

大规模新能源并网中储能技术的应用

基于蓄电池与超级电容的工作特点,介绍一种蓄电池与超级电容相结合的混合储能系统,并说明混合储能系统的工作原理。介绍基于小波分析的储能功率分配方案,并通过仿真实例模拟方式计算混合储能方式和单一储能方式的额定功率和额定容量,进而对比分析确认混合储能系统具有更高的经济价值。

Towards Implementation of Smart Grid: An Updated Review on Electrical Energy Storage Systems

A smart grid will require, to greater or lesser degrees, advanced tools for planning and operation, broadly accepted communications platforms, smart sensors and controls, and real-time pricing. The smart grid has been described as something of an ecosystem with constantly communication, proactive, and virtually self-aware. The use of smart grid has a lot of economical and environmental advantages;however it has a downside of instability and unpredictability introduced by distributed generation (DG) from renewable energy into the public electric systems. Variable energies such as solar and wind power have a lack of stability and to avoid short-term fluctuations in power supplied to the grid, a local storage subsystem could be used to provide higher quality and stability in the fed energy. Energy storage systems (ESSs) would be a facilitator of smart grid deployment and a “small amount” of storage would have a “great impact” on the future power grid. The smart grid, with its various superior communications and control features, would make it possible to integrate the potential application of widely dispersed battery storage systems as well other ESSs. This work deals with a detailed updated review on available ESSs applications in future smart power grids. It also highlights latest projects carried out on different ESSs throughout all around the world.

计及混合通信组网的信息物理主动配电系统协调规划

为充分提高配电系统调度和控制的灵活性,建设和落实以智能化和主动化为导向,以信息通信技术为支撑的信息物理主动配电系统(cyber-physical active distribution system,CPADS)显得至关重要。基于此,提出计及混合通信组网的CPADS协调规划方法。首先,将信息域混合通信组网策略和物理域主动配电系统时空运行策略有机统一,建立旨在最小化投资–运行总成本的CPADS协调规划模型。具体而言,综合考虑主动控制设备投资成本、有线/无线组网投资成本、网损成本、弃光成本、失负荷成本、电压偏差优化成本等建立多维度投资运行目标函数。然后,综合考虑物理域主动控制设备的选址或选型、信息域有线组网和无线组网的差异性构建投资约束;充分考虑设备主动控制策略、电压偏差等构建CPADS时空运行约束。最后,综合考虑场景概率分布不确定性置信度集合的1-范数和∞-范数约束,将所提规划模型重构为一个数据驱动下的分布鲁棒协调规划框架,并利用列与约束生成(columnandconstraintgeneration,CCG)算法迭代求解。

基于协同进化NSGA-Ⅱ的多目标交直流配电网规划方法

针对目前进入深度试验的交直流混合配电网,提出了一种交直流配电网网架规划模型,实现经济目标和运行可靠性目标的两目标优化规划。针对该优化模型,采用带精英策略结合协同进化思想的NSGA-Ⅱ算法进行优化求解。进行了交直流混合规划算例分析,结果论证了所提方法的可行性和有效性。

交直流并联输电通道功率分配的分布鲁棒优化

考虑新能源场站出力的不确定性,基于分布鲁棒优化方法,建立高比例新能源电网交直流并联输电通道功率分配的两阶段优化模型。第1阶段目标函数为新能源场站出力预测场景下所有交直流输电线路有功损耗费用之和最小;第2阶段目标函数为新能源场站出力的最劣概率分布下直调电厂出力和直流输电线路功率的调整成本的期望值最小。在构建概率分布的模糊集时,提出以Hellinger距离衡量实际概率与参考概率分布之间的距离,并采用Markov链描述新能源场站出力的时间相关性。通过采用列与约束生成(CCG)算法求解两阶段分布鲁棒优化模型,以获得各回交直流并联输电通道日前功率传输计划。最后,以某个实际交直流混联电网为例,分析计算结果可以验证所提出模型、算法的有效性和正确性。

零碳社区交直流混联微电网建设方案

全球变暖是当今人类最重大的气候课题。实现“碳达峰,碳中和”的关键在于推动零碳社会建设,零碳社区建设是其中重要一环。构建以新能源为主体的新型配电系统,是实现“双碳”目标的重要支撑。为合理规划和接入零碳社区中的分布式电源、储能和新型负荷,保障配电系统可靠、安全、低碳运行,提出一种面向零碳社区的新型交直流混联的新型微电网建设方案。首先,阐述零碳社区示范村的现状和规划新型交直流混联架构;其次,详述分布式电源、储能、充电桩、电压治理和直流负载,构建5端低压柔性互联的配网系统;最后讲述新型交直流混联微电网系统的运行控制系统。通过构建“清洁低碳、安全高效”的新型微电网,为零碳社区的建设提供技术支撑。

Optimal Planning of AC-DC Hybrid Transmission and Distributed Energy Resource System: Review and Prospects

With the highly-extensive integration of distributed renewable energy resources(DER)into the grid,the power distribution system has changed greatly in the structure,function and operating characteristics.On this ground,An AC-DC hybrid DER system becomes necessary for effective management and control over DER.This paper first summarizes the physical characteristics and morphological evolution of AC-DC hybrid DER system.The impact of these new features on system configuration planning is analyzed with respect to its flexible networking,rich operation control modes,and tight sourcenetwork-load-storage coupling.Then,based on a review of the existing research,problems and technical difficulties are figured out in terms of converter modeling,steady-state analysis,power flow calculation,operating scenarios management,and optimization model solution.In light of the problems and difficulties,a framework for the configuration optimization of AC-DC hybrid DER systems is proposed.At last,the paper provides a prospect of key technologies from six aspects including morphology forecasting,coupling interaction analysis,uncertainty modeling,operation simulation,optimization model solving algorithm and comprehensive scheme evaluation.

考虑分布式能源集群暂态过电压抑制的交直流混联电网无功优化方法

针对直流故障下高比例新能源交直流混联电网无功盈余而导致的暂态过电压问题,文章提出基于分布式能源集群暂态过电压抑制的交直流混联电网无功优化方法。首先,研究交直流混联电网换流站交流母线处等值交流电网、等值分布式能源集群、等值无功调节设备和换流站的功率平衡特性,考虑直流闭锁故障,研究暂态过程中无功盈余引起的交直流混联电网过电压机理。其次,分别建立包含分布式风电集群、分布式光伏集群和分布式储能集群的交直流混联电网分布式能源集群无功电压响应模型。再次,以最大限度保留动态无功设备的无功回降裕度和减少无功补偿设备投入量为目标,以功率平衡和并网点暂态过电压限值为约束,提出协调分布式能源集群的交直流混联电网无功优化模型。最后,利用修改的IEEE39节点系统以及南方某交直流混联电网实际运行数据进行算例分析,结果表明文章所提方法能够有效抑制交直流混联电网暂态过电压。

分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法

研究分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法,稳定系统、保障系统的安全平稳运行。分析分布式光伏发电并网系统拓扑结构,及其混合储能单元运行过程,依据分析结果选用小波分解法分解不同天气下该系统的初始光伏出力为高、低频波动信号与近似信号,通过混合储能单元中超级电容与蓄电池分别平抑高、低频波动信号至接近近似信号,平稳系统出力;统计各种天气下高、低频波动分量,得出二者的概率分布,依据此分布获得系统平稳出力下的混合储能单元最高功率,结合最高容量等设定约束条件,构建以系统现实出力满足度等为目标函数的混合储能容量规划模型,实现系统混合储能容量的自适应规划。结果表明,在该方法的规划下,分布式光伏发电并网系统在不同天气下的出力均可达到平稳状态,系统的现实出力满足度较高,且系统储能设备未实施更换,规划效果理想,实际应用性较高,可为分布式光伏发电并网系统的平稳运行提供保障。

基于模糊控制的混合储能平抑风电功率波动

为平抑风电并网功率波动、改善储能出力水平,提出风电并网功率动态分配模型、储能系统出力控制策略、风电耦合混合储能系统动态模型,通过MATLAB/Simulink进行模拟仿真。结果表明,两级滤波联合模糊控制可有效提高功率分配的合理性,功率总体波动程度减小43.82%,从0.22716 MW减至0.12761 MW;频率波动均值减小15.03%,由0.09053 Hz减小至0.07692 Hz,频率极差降低34.59%;有效提高了风电并网稳定性、安全性,一定程度上减少了电池循环次数,有效延长了混合储能系统寿命。

Multi-Period Resilient Model for VSC-Based AC-DC HDS Considering Public-Safety Power Shutoff to Mitigate Wildfires

This paper proposes a voltage source converter (VSC) -based AC-DC hybrid distribution system (HDS) resilient model to mitigate power outages caused by wildfires. Before a wildfire happens, the public-safety power shutoff (PSPS) strategy is applied to actively cut some vulnerable lines which may easily cause wildfires, and reinforce some lines that are connected to critical loads. To mitigate load shedding caused by active line disconnection in the PSPS strategy, network reconfiguration is applied before the wildfire occurrence. During the restoration period, repair crews (RCs) repair faulted lines, and network reconfiguration is also taken into consideration in the recovery strategy to pick up critical loads. Since there exists possible errors in the wildfire prediction, several different scenarios of wildfire occurrence have been taken into consideration, leading to the proposition of a stochastic multi-period resilient model for the VSC-based AC-DC HDS. To accelerate the computational performance, a progressive hedging algorithm has been applied to solve the stochastic model which can be written as a mixed-integer linear program. The proposed model is verified on a 106-bus AC-DC HDS under wildfire conditions, and the result shows the proposed model not only can improve the system resilience but also accelerate computational speed.

电力电子化进程下的交直流无缝混合灵活配电系统研究

该文从当前配电网所面临的众多挑战出发,结合当前与未来配电系统中电力电子化进程的发展现状和趋势,提出了以新型全可控柔性化配电装备为核心的网格状层次化架构的交直流无缝混合灵活配电系统及其组网模型,并在原有研究基础上详细设计了新型配电装备的系统结构,并对其核心模块多种主电路拓扑和控制策略进行了研究。最后搭建了多机级联运行的交直流无缝混合灵活配电系统计算机仿真模型,经对各种暂、稳状态的仿真分析,论证其可行性、有效性和优越性。

电动汽车入网技术在配电网的应用研究

该文提出了适合于电动汽车入网技术在配电网应用的多目标、多约束优化模型,该模型从技术和经济角度出发,综合考虑电网侧和车主的双方利益,以节点电压偏移和电网有功损耗最小、电动汽车入网服务成本和车主充电成本最低为优化目标,并以电网的安全经济运行和车主的行车需求建立了约束条件。采用含约束处理的NSGA-II算法来求解该模型。对一个实例进行仿真,说明电动汽车入网技术在配电网的应用效果。

电动汽车与分布式发电入网的协调控制研究

当大规模的电动汽车(plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)和分布式发电(distributed generation,DG)接入电网时,车主充电行为的随机性和分布式发电的间歇性加大了对电网调节能力的要求。文章建立了电动汽车和分布式发电协调控制的多目标优化模型。该模型以等效负荷率最大、节点电压越限和损耗率最小、入网服务成本和车主充电成本最低为目标,动态调节电动汽车充放电功率,能很好地匹配负荷和分布式发电的功率波动,降低分布式发电间歇性对电网的影响。最后用实例进行仿真,并对结果进行了深入分析。

交直流混合微网功率控制技术研究综述

微网是解决未来智能电网系统中大规模可再生能源接入问题的重要手段,其中,交直流混合微网兼顾了交流微网和直流微网二者的优点,将成为未来微网发展的主流。微网中通常采用电力电子变换器作为微源进行电能变换的接口,如何实现接口变换器之间功率合理配置是微网控制系统的重要目标。文章从交直流混合微网3个组成部分(交流子微网、直流子微网、交直流互联变换器)出发,对相应的功率控制技术进行了全面的阐述;总结并归纳出交流、直流子微网功率控制技术的通用之处和各自特点。最后,结合未来智能电网的特点,对交直流混合微网未来关键技术进行了讨论和展望。

中国南方电网在线分布式建模系统研究与设计

为了满足中国南方电网全局协调控制和在线安全稳定分析的需要,基于IEC61970标准,提出了南方电网在线分布式建模系统的设计方案。各省调能量管理系统(EMS)通过调度数据网自动向总调EMS远程在线传输各自的电网模型和图形,在总调侧完成模型和图形的自动拼接,在线自动生成包括南方电网500kV/220kV交流系统和高压直流输电系统的全局模型和图形。给出了总体方案,详细设计了总调侧和省调侧的软件体系结构。介绍了关键技术,包括:模型边界的确定和维护、设备命名规范和处理技术、公共信息模型(CIM)扩展、CIM拼接、可缩放矢量图形(SVG)拼接和组织、交直流混合全模型在线高级应用、校验和运行维护机制等,设计了主要性能指标。该系统的实施将为建设中的南方电网新EMS、网省协调自动电压控制(AVC)、在线安全预警和预决策系统提供完整的在线模型。