State Estimation of Regional Power Systems with Source-Load Two-Terminal Uncertainties

The development and utilization of large-scale distributed power generation and the increase of impact loads represented by electric locomotives and new energy electric vehicles have brought great challenges to the stable operation of the regional power grid.To improve the prediction accuracy of power systems with source-load twoterminal uncertainties,an adaptive cubature Kalman filter algorithm based on improved initial noise covariance matrix Q0 is proposed in this paper.In the algorithm,the Q0 is used to offset the modeling error,and solves the problem of large voltage amplitude and phase fluctuation of the source-load two-terminal uncertain systems.Verification of the proposed method is implemented on the IEEE 30 node system through simulation.The results show that,compared with the traditional methods,the improved adaptive cubature Kalman filter has higher prediction accuracy,which verifies the effectiveness and accuracy of the proposed method in state estimation of the new energy power system with source-load two-terminal uncertainties.

Research on Optimal Configuration of Energy Storage in Wind-Solar Microgrid Considering Real-Time Electricity Price

Capacity allocation and energy management strategies for energy storage are critical to the safety and economical operation of microgrids.In this paper,an improved energymanagement strategy based on real-time electricity price combined with state of charge is proposed to optimize the economic operation of wind and solar microgrids,and the optimal allocation of energy storage capacity is carried out by using this strategy.Firstly,the structure and model of microgrid are analyzed,and the outputmodel of wind power,photovoltaic and energy storage is established.Then,considering the interactive power cost between the microgrid and the main grid and the charge-discharge penalty cost of energy storage,an optimization objective function is established,and an improved energy management strategy is proposed on this basis.Finally,a physicalmodel is built inMATLAB/Simulink for simulation verification,and the energy management strategy is compared and analyzed on sunny and rainy days.The initial configuration cost function of energy storage is added to optimize the allocation of energy storage capacity.The simulation results show that the improved energy management strategy can make the battery charge-discharge response to real-time electricity price and state of charge better than the traditional strategy on sunny or rainy days,reduce the interactive power cost between the microgrid system and the power grid.After analyzing the change of energy storage power with cost,we obtain the best energy storage capacity and energy storage power.

储能锂电池系统综合管理研究进展

锂电池系统是新型储能系统的重要组成部分,电池管理技术对确保电池系统的安全、高效运行和延长使用寿命具有重要意义。从电池系统的模型、状态、故障、一致性、热管理等层面出发,综述了锂电池管理的研究进展。在电池模型方面,分析总结了电池在电、热、力等特性的建模及高效计算方法。对于电池的状态估计,总结了基于模型、数据驱动以及两者相结合的状态估计方法以及各自的优缺点,分析了构建数据驱动与电池领域知识融合框架的未来发展前景。在电池故障方面,分析了电池系统不同故障特征、类型、触发机制和诊断方法,对电池系统在早期故障预警、故障检测灵敏度提升等方面进行了展望。对于电池系统的一致性,总结分析了在均衡拓扑和均衡策略两个方面的研究现状,并对电池重构在均衡、快充、能量利用提升、故障隔离等方面的应用进行了分析。在电池热管理方面,分析了高温冷却以及低温加热的方法,并对热管理系统的优化设计和控制策略进行了总结,对开发高效换热、轻量化以及低能耗的先进热管理系统进行了探讨。此外,对电池管理系统的新技术和应用场景进行了概述,分析了数字孪生技术以及储能综合管理在电池系统上的应用,为未来电池管理的发展提供了参考。

燃料电池增程式动力系统能量管理策略研究

以某款纯电动客车为研究对象,以增加车辆续驶里程为目的,提出燃料电池增程式混合动力系统结构,根据性能指标对动力系统各部件进行匹配计算和选型.提出了开关/功率跟随式能量管理策略,基于Cruise和Simulink分别搭建了整车动力系统模型和燃料电池及能量管理策略模型并进行联合仿真.结果表明,采用文中提出的能量管理策略车辆经济性相对于开关式和能量跟随式两种控制策略分别提高62%和31%,续驶里程相对于该两种控制策略分别提高41%和18%.

计及频率响应时空相关性的新能源电力系统惯量估计方法

高比例新能源电力系统惯性水平低、不确定性强,系统惯性水平与频率动态响应过程密切相关。系统内各节点之间的频率响应过程在时空上具有相关性,动态量化节点间频率的时空相关性是实时估计新型电力系统惯量的技术手段。首先,给出了面向同步机组和新能源发电机组惯量的计算方法;其次,利用Granger因果检验算法,动态分析系统内不同节点之间频率的相关性,构建随时间变化的系统频率时空因果相关集合;此外,基于系统内各节点频率响应过程的摇摆方程,建立系统惯性常数-频率状态空间模型;然后,基于无迹卡尔曼滤波器和固定滞后平滑器,提出高比例新能源电力系统惯量估计方法;最后,在改进的IEEE 39节点系统中验证了所提方法的有效性和适用性。结果表明,所提方法可以在不同新能源渗透率和频率扰动场景下保证惯量估计效果的一致性,具有工程应用潜力。

电动汽车动力锂离子电池可靠性关键技术综述

随着动力锂离子电池在电动汽车行业发挥关键性作用,保证其工作可靠性已成为当下研究热点。文中综述锂离子电池材料和制造工艺;详细归纳总结电池状态估算方法以及剩余寿命预测方法,并讨论各种方法的优缺点;从电池管理系统层面,先后梳理均衡管理系统和热管理系统相关知识;从电动汽车混合储能系统层面阐述实际工况下性能退化机理及相关技术。最后总结电动汽车动力锂离子电池与可靠性相关的四个方面关键技术的现状,并展望未来发展可能。

储能电池建模与状态估计研究进展

储能电池具有能够平滑可再生能源输出,提高电力系统灵活性和应对电力需求峰谷等优势,有助于推动可再生能源发展,从而应对环境污染和能源紧缺的双重压力。目前市场主流的储能电池为锂离子电池,具有高比能特性,同时新型储能电池也在蓬勃发展,其中全钒液流电池具有高安全性的优势,液态金属电池具有超长循环寿命,在电力储能领域具有重要应用前景。储能电池的建模和状态估计对提高储能电池系统性能,确保其安全性以及优化维护效率至关重要,因此文中对锂离子电池、全钒液流电池和液态金属电池的建模和状态估计进行综述。首先,介绍了储能电池状态估计的整体框架,对基于实验的方法、基于模型的方法和基于数据驱动的方法进行整体介绍,并对荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)和剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)进行概括;然后,从原理出发,分别总结了不同储能电池体系的内部工作过程、模型构建、状态估计与电池管理过程;最后,对不同储能电池体系的主要工作特性进行横向对比和总结,旨在为储能电池选择和发展提供启示。

电-水耦合系统双线性加权最小二乘状态估计

多能流状态估计是能源互联网的重要研究领域。目前,关于电-水耦合系统状态估计的研究刚起步,还存在对水网工况适应性差、对电-水耦合信息利用不充分等问题。为此,提出一种考虑管道摩阻系数修正的水网双线性最小二乘(weighted least square,WLS)状态估计方法,并进一步基于水泵虚拟测量构造电-水耦合信息双向传递,提出适用于电-水耦合系统分立运行、协同运行和联合运行的双线性WLS状态估计方法。用11节点水网及其与IEEE-14节点、IEEE-118节点电网耦合形成的2个电-水耦合系统验证了所提双线性WLS估计的有效性。算例结果证明了水网状态估计中修正管道摩阻系数的必要性与双线性WLS估计方法在计算效率与小流量水网适应性方面的优越性,以及协同估计与联合估计在提升电网/水网状态估计精度、数据一致性与可观性方面的有效性。

基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护

“双碳”背景下,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,已成为国家重大需求。但是,新能源电源等值内电势不稳定,与传统同步机电源特性存在本质差异,换流器控制导致故障电流幅值受限、相位受控,现有工频量保护性能下降,威胁电网安全稳定。该文提出基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护原理,在考虑线路分布电容的基础上建立精确的线路模型,利用瞬时值的状态估计冗余特性提升了保护的速动性和可靠性,通过比较所建模型与实际模型匹配程度判别故障。仿真表明,所提保护方法能快速可靠判别各种类型的区内、外故障,保护判别时间不超过2ms,并具有较好的耐过渡电阻和抗干扰能力。

考虑温度变化的新能源汽车动力电池荷电状态估计

针对温度变化应用场景下新能源汽车动力电池荷电状态(SOC)估计不精确问题,提出了一种基于神经网络和无迹卡尔曼滤波修正的电池SOC估计方法。首先,考虑温度变化影响建立动态参数的Thevenin等效电路模型。分析温度变化条件下的电池开路电压变化特性,确定电池SOC与开路电压之间的对应关系。同时,分析温度变化条件下的电池容量变化特性,采用神经网络训练电池容量随温度变化的神经网络温度因子。进一步,通过带遗忘因子的递推最小二乘法辨识模型动态参数。在此基础上,利用神经网络温度因子和无迹卡尔曼滤波实时修正以实现温度变化条件下的精确SOC估计。实验结果表明:相比于传统的电池SOC估计方法,考虑温度变化的电池SOC估计方法可以显著提高SOC估计精度,在-15℃低温环境下,所提方法使SOC估计精度提高了2.77%。

Review of Key Problems Related to Integrated Energy Distribution Systems

Integrated energy distribution system(IEDS)is one of the integrated energy and power system forms,which involves electricity/gas/cold/heat and other various energy forms.The energy coupling relationship is close and complex.IEDS is the focus of regional energy internet research and development at home and abroad.Compared with the traditional power distribution system,IEDS through the multi-energy coupling link comprehensive utilization,effectively improve the distribution system economy,safety,reliability,flexibility and toughness,but also to ease the regional energy system environmental pressure.IEDS is an important direction for the future development of energy systems,and its related research and practice on China’s energy system development also has important practical and strategic significance.This paper summarizes the related researches of the IEDS and explores the energy operation characteristics and coupling mechanisms.What’s more,the integrated model of IEDS is summarized.On these bases,this paper discusses and prospects some key issues such as joint planning,optimization control and security analysis,state estimation and situational awareness and generalized demand side management.

碳管理体系助力宁夏地区电网能源规划和城乡建设——基于国网宁夏电力的研究

我国“双碳”目标的确立对能源规划和清洁能源使用提出新要求,对电力行业而言,既是机遇,也是挑战。电网作为电力系统的枢纽,需要制定合理的碳管理策略,促进电力市场健康、有序发展,助力国家和地方低碳社会建设。文章在总结宁夏地区供能端、输送端和需求端能源规划现状的基础上,有针对性地提出优化策略;并以国网宁夏电力有限公司为例,进一步探索电网企业碳管理体系支撑下高效的低碳发展路径,从电网企业、能源规划及城乡建设三个维度提供可借鉴的经验。研究结果有利于推动电网行业的能源规划优化,助力城乡建设,推进国家和地方碳普惠建设,有效改善人居环境,为可持续绿色城市规划和乡村振兴提供新路径。

面向电力铁塔倾角检测的电磁式微风能量采集器研究

电力铁塔倾斜检测是保障高压输电线路安全和稳定运行的重要手段,目前状态检测设备存在功耗高、依赖化学电池供电等问题。该研究设计了一种集成自供能铁塔倾角无线传感系统,通过电磁能量采集器收集高空铁塔风能,由低功耗能源管理电路进行能源存储与负载供电。该系统的性能经电磁仿真和实验验证,采集器可在2 m/s的风速下启动,在8 m/s的风速下,装置空载情况的电压为1.25 V,输出功率为8.2 mW。得到了用BQ25570芯片搭建低功耗能源管理电路,通过升压后输出3.3 V电压对倾角传感器进行供能测试。根据实验结果,此装置可以为铁塔倾角传感器或其他小型电气设备供电,这将为自供能物联网无线传感网络节点提供技术支持。

新能源电池化及换电标准化电池管理系统研究

基于提出的新能源电池化概念,制定电池化标准目标,实现换电标准化管理系统。采用二阶电路等效电池模型及相应的荷电状态实时估计算法,结合模拟前端芯片ml5238和ml610q486单片机,实现标准化换电电池管理系统的核心,实现一种可以投入商业应用的新型电池管理系统,其处理时间小于100μs,准确率高达99.2%,成本比同类系统降低30%。

电力系统状态估计问题的研究现状和展望

状态估计是现代EMS的重要组成部分，文中从状态估计的准则、加权最小二乘估计器、坏数据的处理、外部网络和可观测性分析及其它问题等方面综合论述状态估计问题的研究现状，对值得研究的问题进行展望。

集成于EMS中的参数估计软件的开发与应用

设计了集成于EMS中的参数估计实用化方案。原理上采用Felix EWu等人提出的用可疑支路潮流补偿分量分析参数问题的基本思想,将参数估计问题分为基于残差灵敏度的可疑支路辨识和基于最小二乘法的参数估计计算两部分。结合EMS的实际运行特点讨论了应用中存在的一些特殊问题, 提出了有效可行的解决方案,同时兼顾了原EMS系统信息与代码的复用性。利用该方案编制了应用程序并进行了实例研究,测试结果验证了该方案的合理性,所开发的软件已在我国省级电网中得到了实际应用,有效提高了状态估计的精度。

最小信息损失状态估计在拓扑错误辨识中的应用

网络拓扑的错误导致状态估计结果不可用,一直是电力系统状态估计应用中的难题。该文将最小信息损失(MIL)状态估计理论应用到拓扑错误辨识中,提出了具有严格数学基础的MIL拓扑检错新方法。该方法综合利用了蕴涵在遥测和遥信中的信息量,在总体信息损失最小的估计目标下,对遥信和遥测实施统一最优估计,并给出拓扑检错结果。文中还分析了MIL法与传统方法的内在联系,指出了传统残差法是MIL法的特例,讨论了新方法的在线实现问题。给出了小算例系统和实际系统的对比试验研究,结果验证了MIL法比传统残差法具有更低的错误率和更强的可扩展性。

计及PMU支路电流相量的状态估计模型

评述了相量量测在电力系统状态估计中的各种应用模型,包括仅采用相量测量装置(PMU)的量测进行线性估计、在非线性估计中加入PMU电压幅值和相角量测,以及把非线性估计和线性估计结合等方案。把PMU量测值直接作为估计值虽然可以降低估计的维数,但不一定有利于估计精度。当前PMU的配置还难以满足可观性要求,故必须将PMU量测与其他量测一起用于状态估计。但在非线性估计中,很难直接利用PMU支路电流量测,特别是其相角量测。文中提出通过量测变换来计及PMU支路电流幅值和相角量测的模型。对各种非线性估计模型的仿真说明该模型的估计精度优于其他方案。

最小信息损失状态估计中潮流和拓扑统一估计的通用理论

传统的电力系统状态估计方法具有严格的数学前提。为了提出更通用的状态估计方法,该文建立了遥信的广义信道模型,给出了遥信的信息损失计算式,发展了最小信息损失状态估计理论。将遥测和遥信在信息空间上统一建模,得到了潮流和拓扑统一估计的通用理论和方法,可以充分利用遥测和遥信等混合数据中所蕴含的信息量,对电网潮流和网络拓扑实施同步估计,并取消了传统状态估计必须保证拓扑正确的数学前提,为拓扑错误辨识提供了严格的数学基础。

基于主导和非主导参数的参数可估计性辨识

通过对参数估计应用难点的分析,介绍了参数的可估计性问题。借助电网线性模型的近似分析,提出了参数估计中的主导参数和非主导参数概念。据此解释了参数估计实践中遇到的一些现象,并得出了关于参数估计软件运行方式等的相关结论。根据非主导参数易受量测噪声影响的特点,提出了通过噪声敏感试验的方法辨识主导及非主导参数的方法。对IEEE算例进行了仿真实验,验证了文中提出的参数估计时应去除非主导参数的观点。