智能电网下计及用户侧互动的发电日前调度计划模型

需求响应是智能电网框架下的重要互动资源,在综合考虑供应侧和需求侧作用机理的基础上,将需求响应纳入发电调度,建立智能电网下计及用户侧互动的发电调度模型。考虑了用户用电模式的多样性和选择的意愿性,以基于消费者心理学的分时电价用户响应原理预测的负荷曲线为基础,考虑可中断备用与发电侧备用的协调优化,综合衡量各方利益,选取使发电成本最低的最优分时电价和最优可中断备用容量,并以此制定发电调度方案。IEEE 24节点算例结果表明,所提模型有效降低了发电成本,证明了考虑用户侧互动下将发电侧和需求侧的资源进行综合规划有利于电力系统的安全经济运行。

弱中心化的配电网市场交易机制、模型与技术实现

新一轮电力体制改革的进行推动了双边开放电力市场的发展,新结构下市场成员间的互动行为更加灵活多变。为引导市场成员理性报价,鼓励各成员间开展良性竞争,首先,构建了综合成员利益和系统网损的能量优化模型。其次,提出了弱中心化的新型市场机制,该机制设计了市场交易成员、框架和流程。在市场成员中,配电网系统运营商作为超级用户参与市场的监管工作,并与普通用户共同参与市场出清。普通用户在出清过程中可权衡利弊多次修改自身报价,还原了电力市场自由竞争、分散决策的特性。然后,利用交替方向乘子算法进行市场出清,市场成员间只需传递少量信息即可通过并行计算达到市场均衡,抑制了成本信息不对称引发的恶意报价行为。最后,针对所提交易机制设计了基于区块链技术的以太坊智能合约方案,通过算例和部署在以太坊私有链上的智能合约,验证了所提市场机制的有效性。

基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

考虑风电接入的电源电网协调规划

风电出力存在随机性、波动性、间歇性、可控性差等问题,使得风电并网不仅仅是单纯的电网规划问题,还体现在对系统调峰、调频能力的需求方面。文中针对风电随机性的特点进行了电源规划,确定调节机组配置。在此基础上,将调节机组选址问题与电网规划问题相结合,建立了针对风电并网问题的电源电网协调规划模型。采用IEEE-RTS算例测试系统,验证了所提出电源电网协调规划模型的有效性。

基于电力系统能效评估的蓄能用电技术节能评价及优化

蓄能用电技术的调峰特性使得其应用比较广泛,但对于蓄能用电技术的节能效果却少有量化的分析。提出、推导了电力系统能效评估的节点煤耗率指标,基于交流最优潮流进行了节点煤耗率的求解;基于节点煤耗率理论,提出了蓄能用电技术节能评价的节点用电煤耗指标,利用该指标构建并研究了蓄能用电的节能优化控制模型。IEEE14节点系统算例分析了节点煤耗率指标的时间空间特性以及用于电力系统能效评估的可行性;冰蓄冷系统算例验证了该评价方法和控制策略的可行性,蓄能用电节能优化控制可有效降低系统的整体能耗。

计及不确定时滞的有源配电网无功电压鲁棒控制

受外界环境影响,分布式光伏出力具有波动性、不确定性且难以预测,其高渗透接入会带来局部过电压问题,同时其分散化接入的方式进一步加大了控制的难度。因此,该文提出了一种计及不确定时滞的有源配电网无功电压鲁棒控制方法,该方法充分利用光伏的无功调节能力,解决含多种不确定性因素的配电网局部过电压问题;首先,采用含光伏和负荷出力不确定性的多胞体模型设计H∞电压鲁棒控制器,实现对电压越限的抑制;其次,构建不确定时滞补偿模型来解决通信延迟和闭环控制带来的控制滞后性问题;最后,在Matlab/Simulink中搭建PG&E 69节点仿真模型并进行算例分析,验证所提控制方法可适应有源配电网运行状态变化,提高配电网控制的快速性和有效性。

电动汽车充换电网络优化调度通用模型研究

针对基于电池租赁的换电模式下充换电网络的运营调度问题,首先建立了充换电网络中3种类型服务站的通用模型,用以表征服务站的行为与状态之间相互影响与制约的关系;然后对电动汽车用户的换电行为进行研究,建立换电服务的排队模型以计算服务站的实际服务能力,并据此对采用统计学方法获得的初始换电曲线进行修正;最后,基于分时电价建立充换电网络的运营调度模型,在满足用户换电池需求的前提下,通过联合优化电池组的充电方案、调配方案以及物流方案,使得充换电网络的日运营总费用最小。算例分析表明:物流车辆运费越低,集中型充电站对充换电站的满电池组支持作用体现得越明显,日运营总费用越小;此外电池配比率是影响充换电网络运营调度的关键因素,配比率越高,日运营总费用越小。

负荷聚合技术及其应用

用户侧可控负荷调度灵活且对用户舒适度影响较小,经聚合其参与系统调度潜力巨大,已成为国内外关注的热点。文中从负荷聚合目的出发,阐述了负荷聚合的必要性,介绍了4种被动负荷聚合方法,着重对主动负荷聚合对象分类及控制方式、主动负荷聚合建模,以及主动负荷聚合应用场景等方面的研究成果进行了综述,从负荷聚合的不确定性量化、负荷动态聚合建模和负荷聚合模型控制指令分解3个方面探讨了负荷聚合需进一步研究的方向。

基于等效电量函数法的含DG配电网接线方式可靠性分析

在传统等效电量函数法的基础上,引入了DG的出力模型与负荷的持续曲线模型,并以此计算出含DG的负荷的失负荷概率与系统失负荷电量期望值。再与常见的配电网网架结构相结合,将分布式电源(distributed generator,DG)等效为具有等效故障率的常规电源,进而计算线路可靠性指标。算例比较了常见接线方式接入DG后的可靠性指标变化,分析了DG容量与模型参数对等效故障率的影响,探讨了接入DG后不同配电网接线方式可靠性的改善情况,分析了通过选择接线方式或配置合理的DG容量满足可靠性要求的可行性。

人工智能在电力系统宽频振荡中的应用与挑战

随着高比例新能源与高比例电力电子设备接入的“双高”电力系统的形成,其中的振荡问题也日趋复杂,呈现出显著的宽频域、强时变性、强非线性、多模态以及广域传播等特征,目前尚缺乏统一有效的数学模型和分析方法。人工智能由于具有对系统模型的低依赖性,对大量数据之间非线性复杂关系的强大学习能力以及对随机时变环境的快速适应性,有助于解决电力系统宽频振荡问题。该文首先根据宽频振荡在数学模型、分析方法和表现形式方面的特点分析采用人工智能技术解决宽频振荡问题的可行性与优势。然后,分别从宽频振荡的辨识、振荡源定位与抑制方法3个方向分析提炼人工智能技术应用于宽频振荡问题的研究成果,并抽象出对应的典型框架。在此基础上,分别探讨人工智能技术在以上3个研究领域面临的样本完整性、方法可迁移性和鲁棒性、广域互联系统中的算法收敛性等方面挑战。最后,结合人工智能的最新发展与宽频振荡的研究动态,从样本获取、算法可解释性及其与宽频振荡特性相融合等角度指出未来人工智能技术在宽频振荡问题中的一些研究思路。

主动配电网故障恢复的重构与孤岛划分统一模型

随着分布式电源和储能装置大量接入配电网,配电网在发生故障之后可以进行重构和孤岛划分,提高故障恢复的水平。为此,提出了一种同时包含重构与孤岛划分的故障恢复方法。建立包含多类型分布式电源、柔性负荷和储能的多时间段故障动态恢复模型,考虑分布式电源和储能的黑启动能力,并计及故障恢复时间和检修次序。利用二阶锥技术将所建模型转换成混合整数二阶锥规划模型。在PG&E69系统上对该算法的有效性进行验证,结果表明,与传统方法相比,所提故障恢复方法计算速度更快,故障恢复率更高。

美国加州2020年轮流停电事故分析及其对中国电网的启示

2020年8月14日至8月15日美国加利福尼亚州(下文简称加州)发生轮流停电事故,同年8月17日至8月18日和9月5日至9月6日,加州电网进入紧急状态,至少81万居民用户的正常用电受到影响。加州电力系统运营商(CAISO)关于该事件的事故分析报告指出,此次事故由一系列因素共同导致。文中结合CAISO的公开报告,梳理并总结了事故的发展过程,分析了此次事故的成因,最后结合中国电网实际情况,提出了关于提前预防极端天气、重点关注需求响应常态化、合理推进2060年碳中和发展战略、稳步提升跨区域电力调度能力的建议。

基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。

主动配电网分布式混合时间尺度无功/电压控制

利用光伏逆变器进行配电网无功/电压控制(VVC)可以降低系统网损,提高系统运行安全性。随着配电网规模与运行工况的日益庞大与复杂,传统的集中式VVC与分散式VVC在响应灵活性与决策最优性方面的不足愈加凸显。鉴于此,提出了分布式混合时间尺度VVC(DHT-VVC)策略,其通过分布式优化框架对光伏逆变器的"分钟级"调度与"实时"控制2个环节进行同步协调优化,给出全局趋优性控制决策。分析这2个环节在配电网实际运行中的相互影响,将光伏逆变器本地"实时"下垂控制参数转化为"分钟级"调度中的决策变量,构建了调度层与控制层耦合的DHT-VVC模型。利用随机规划理论刻画光伏有功功率与有功负荷在实时控制中的随机性与不确定性,并利用交替方向乘子法求解。最终,通过基于IEEE 123节点系统的算例分析,论证了所提方法的有效性与准确性。

基于Nataf变换的电网不确定性多点估计法

在当前电力系统的规划与运行中,由于电力元件本身运行状态、数据采集及可再生能源的多点接入等因素,电力系统被引入诸多不确定性。在这些不确定性中,系统潮流的不确定性问题尤为突出。当系统的注入功率产生随机波动时,系统潮流会随之波动。针对不确定性潮流问题,在传统点估计法的基础上提出一种改进的基于Nataf变换和Gauss-Hermite积分技术的多点估计法,通过将不确定性潮流问题转化为多随机变量响应函数后进行求解。首先根据Gauss-Hermite积分技术获取标准正态空间上的多估计点及对应权重系数,经由Nataf逆变换求得原始空间的多估计点,进而通过潮流计算得到节点电压幅值和相角、支路有功功率和无功功率以及对应的统计信息。仿真结果表明,文中算法较传统的点估计法计算精度有明显提高,且精度会随着选取估计点数的增加而提高。

计及综合效益的虚拟同步化微电网二次调频策略

为解决传统微电网调频策略过于依赖微电网中央控制器,响应速度慢,可靠性及经济性差等问题,该文在虚拟同步机控制技术及其调频特性的基础上,提出一种综合考虑电源虚拟同步机发电成本及负荷虚拟同步机用电收益的虚拟同步化微电网二次调频策略。该策略以微电网二次调频的综合效益为目标,通过源、荷、储虚拟同步机相邻控制器间的稀疏通信,采用分布式计算,得到虚拟同步变换器的有功参数最优参考值,从而实现了计及综合运行成本的频率最优调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建了具有不同运行成本单元的虚拟同步化微电网模型,通过仿真及硬件在环实验,验证所提二次调频策略的有效性,与传统经济调频策略相比的优越性以及并网时对主网的频率支撑作用。

电动汽车换电网络协调规划

基于电池租赁的换电模式是应对电动汽车规模化发展的一种可行的商业模式,但是当前对换电网络中各个单元的协调规划问题缺乏相应的理论指导。本文首先对换电网络中各个单元进行独立规划,分析了电池数量、物流能力与配送方案的关系,对换电网络运行方式进行了讨论,并基于换电网络运行方式优化建立起换电网络协调规划模型。模型以电池组缺额最小为换电网络运行方式优化目标,并以换电冗余度为判断准则,以最小化各个单元的调整成本为目标,对换电网络进行协调规划。通过算例分析验证了模型的有效性,对权重系数的分析可以为换电网络各单元之间的博弈提供指导。

配电网故障抢修驻点选址与抢修任务分配优化策略

配电网故障抢修工作是配电网运行的重要环节,选择合适的抢修驻点位置可以有效提高抢修效率,减少停电所造成的损失。为此,建立了一种基于二维空间地理位置坐标的配电网故障抢修驻点选址与抢修任务分配模型,并引入拉格朗日乘子法简化计算。针对所建立的非线性规划模型,采用免疫算法得到全局最优解或近似全局最优解。最后,以实例进行仿真,仿真结果验证了所提出的配电网故障抢修驻点选址与抢修任务分配优化策略的有效性和稳定性。

电动汽车换电网络规划研究综述

换电模式是电动汽车的一种重要能源供给模式,但是目前还没有形成一套成熟的换电网络布局规划体系。通过总结梳理当前换电网络规划的研究现状,从换电网络规划研究对象和内容等方面进行详细介绍,归纳了与换电网络相关的电池数量、配送站、集中型充电站、换电站及电网规划等问题的研究进展,可为未来电动汽车换电网络基础设施规划理论框架的形成提供参考。

基于负荷聚合商业务的需求响应资源整合方法与运营机制

负荷聚合商(LA)可以为具有潜在产品价值的需求响应资源提供参与市场调节的机会,还可以通过专业的技术手段充分发掘负荷资源,提供市场需要的辅助服务产品。总结国外开展LA业务的研究与实践,从整合需求响应资源的角度,概述了LA的定义和作用,对其控制资源进行分类研究,包括单纯可调负荷、储能装置和分布式电源。文中详细论述了LA的2个关键问题:运营机制、调度和控制策略,着重介绍了其与电力系统其他参与者的区别。最后,在综述发达国家LA实际应用的基础上,结合国内的实际情况,提出了推广LA这一商业模式的实施方法和途径。