多中压交流端口链式电池储能功率变换系统

基于级联H桥型功率变换的链式电池储能系统(cascaded H-bridge energy storage system,CHB-ESS)适用于无变压器中高压直挂式大容量应用场合,具有电池“分割管控”、高效、可靠、模块化、易扩展等优势。而现有的CHB-ESS为单中压交流端口的设计,只能挂接在单个交流配电网。随着分布式发电及快速充电桩等大规模接入,需要在配电网中大量ESS分散式接入,导致建设成本高,占地面积大等问题。为拓展ESS在配电网中的应用场景,文中基于CHB-ESS,提出具有多中压交流端口的ESS拓扑,该结构实现了多条中压交流馈线与同一ESS的柔性互联,具有储能共享、能量多向流动、网间功率互济以及馈线间潮流可控等功能。文中围绕所提出的ESS结构,分析其工作原理、能量平衡机制,提出中压交流端口功率解耦控制、能量均衡控制以及电池单元SOC均衡控制策略,最后,通过仿真和小功率样机实验验证所提出拓扑及控制策略的可行性及有效性。

多时间尺度的电力系统鲁棒调度研究

风电预测误差是提高风电消纳比例、解决弃风问题的主要障碍。提出了考虑风电预测误差的多时间尺度电力系统鲁棒调度模型,该模型根据日前风电短期预测数据,在考虑风电可能的预测误差前提下制定机组启停计划,并根据风电超短期预测数据不断调整机组出力,使得电力系统可以在不额外增加备用的前提下应对风电预测误差。将所提出模型应用于IEEE 39节点算例中,并由蒙特卡罗法生成多组随机风电预测误差序列,验证了该模型的有效性及可行性。

虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理与改进故障穿越控制研究

针对虚拟同步机在电网低、过电压故障下所面临的无功电压支撑不足、特性差等问题,建立考虑电流限幅特性的虚拟同步机等效电路模型,并基于拓扑同伦原理,给出不同无功电压控制在等效电路相量图上的几何表征方法。利用该方法,揭示几种常见无功电压控制下的虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理,并由此提出一种改进的故障穿越控制策略,有效改善电网低电压、过电压故障下的暂态电压控制能力和支撑特性,进而缓解故障期间的暂态功角稳定问题。基于PSCAD/EMTDC仿真对所提机理和故障穿越控制方法进行详细验证,最后,在3机9节点系统中对其在近、远区电网故障下的支撑特性进行仿真验证。

主动配电网源–荷–储分布式协调优化运行(一):基于一致性理论的分布式协调控制系统建模

针对可再生能源高渗透率主动配电网调度运行中出现的网络拓扑多变、通信信息量大、集中计算困难等问题，提出一种基于多智能体的配电网源一荷一储完全分布式协调控制建模方法。首先，分析了配电网集中控制协调优化存在的问题，并提出集中一分区分布式、集中一单元分布式、完全分布式3种分布式协调控制建模方案。在此基础上，结合配电网的网络结构与通信方式，选择基于一致性理论的完全分布式方案构建配电网多智能体分布式协调控制系统。最终，以主动配电网内可再生能源及主动负荷运行效益最大化为目标建立协调运行模型，并结合模型定义一致性变量以便后续采用一致性协调算法进行完全分布式求解。

考虑能流-物流耦合的港口综合能源系统规划关键技术及挑战

能流系统和物流系统深度耦合是未来港口综合能源系统(port integrated energy system,PIES)的关键特征之一,开展考虑能流-物流耦合的PIES规划对港口绿色低碳转型具有重要意义。该文首先从传统港口、绿色港口、近零碳港口3个典型阶段展现PIES的形态结构演变,阐述其发展现状和趋势;其次,分析港口物流系统的用能时空可调性,探究PIES能流-物流耦合机理;在此基础上,分析并构建考虑能流-物流耦合的PIES规划一般性模型,提炼并对比跨(港)区级、港区级和码头级3个层级的PIES规划模型特点和建模要素,梳理并评述不同层级PIES规划关键技术的研究现状;最后,着眼于当前考虑能流-物流耦合后PIES规划中的突出问题,对其未来可能发展方向及挑战进行展望。

基于市场控制的空调负荷参与平抑微网联络线功率波动的方法

基于市场均衡机制提出了一种用于平抑微网联络线功率波动的空调负荷协调控制方法。首先,推导了空调聚合功率的控制目标,揭示了基准负荷估计在空调控制中的重要性,提出了基于室温状态反馈的空调基准负荷修正方法,提高了控制方法的鲁棒性。然后,利用基于市场控制的思想,提出了一种将控制目标分配至各空调的分布式控制方法。该方法能够满足用户差异化的舒适度要求,并较好地保证用户信息的私密性和设备受控的安全性;对于控制中心,该方法能够简化下行控制,且无需测量不可控负荷的功率,有效降低了实施成本。最后,论文仿真分析了本方法在不同控制系统设置、不同风电功率占比以及发生通信延迟和丢包时的效果。

功率半导体器件频域热流模型及特性

功率半导体器件的热应力是导致其失效的主要原因之一,因此近年来针对器件的热建模越来越受到关注。由于工况的复杂性,功率半导体器件承受的暂态电热行为通常呈现多时间尺度特性。为了解决这一问题,学者们做出了许多努力,而频域建模相对而言是一个较为简单且实用的方法。但是,目前大多数方法只针对器件的温度频域特性进行研究,而忽略了热流特性,导致器件热模型与外部散热条件相连时温度预测的不准确。文中从频域建模出发,分析功率半导体器件的热流在频域下呈现的低通滤波特性,并提出一种多阶三频率的低通滤波器的热流频域建模方法。该方法还原功率半导体器件全频段的热流特性,提升器件热应力描述的准确性,解决了器件模型与外部散热条件相连的难题,并通过有限元仿真和实验进行验证。

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。

售电侧放开环境下的电力市场压力测试分析

鉴于常规风险评估对极端事件发生的可能性估计不充分,近年来压力测试在金融危机等极端环境风险度量中表现出的优良特性,使其在现代银行风险评估中扮演着越来越重要的角色,成为Va R等传统工具的重要补充。将金融领域压力测试方法应用于电力领域,以《关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发[2015]9号)》及其配套框架为边界条件,针对我国未来电力市场中潜在的经济性风险以及安全性风险,开展了包含敏感性分析与情景分析在内的压力测试。通过敏感性压力测试筛选出关键风险指标,在此基础上,通过情景分析研究关键压力因子对各承压变量的综合影响,以及极端情况下的具体影响程度。算例分析表明,压力测试方法能够直观反映未来电力市场中风险的暴露程度,能够作为电力体制改革中风险过程控制的有效工具。

基于等效电路法的大容量蓄电池系统建模与仿真

储能系统为可再生能源(如风电、光伏等)大规模接入电网提供了一种有效的方法。通过电池单体的串/并联可实现电池系统容量的扩大。该文针对由电池单体串并联组成的大容量蓄电池系统(large capacity battery system,LCBS),考虑到电池单体的参数非线性及容量不一致性等特点,结合串/并联电路工作特性,提出一种适宜于电气设计与仿真的LCBS等效电路建模方法,并在Matlab/Simulink中对串联、并联及串/并联型的锂离子LCBS进行了建模与仿真。通过仿真结果与实验数据的对比表明,在不同带载情况下,所提出LCBS模型能准确预测其放电工作特性,进而验证了所提出模型的准确性。

光伏储能协调控制的信息物理融合建模研究

信息物理融合系统(cyber-physical system CPS)紧密融合了物理、通信和信息网络,其与电力系统的结合被认为是发展智能电网的技术基础。文章从确保物理、信息模型的一一对应出发,探讨了建立单个、集成多个物理信息融合(cyber-physical,CP)模型的方法。在光伏、储能电池的场景上,分别建立了其CP模型,并在此基础上研究了光储协调控制的集成CP模型。通过动态链接库桥接物理、信息模型的仿真工具,对所建立的光伏CP模型以及光伏储能协调控制CP模型进行了仿真,仿真结果验证了物理信息融合建模方法的有效性以及CP模型在优化控制应用上的有效性。

高压直挂大容量储能系统的电池堆分割方法

高压直挂电池储能系统每相所需电池单体数量巨大,这些电池单体可被等效看作一个大容量电池堆,级联的H桥功率单元将此电池堆分割成一定数量的电池簇接入其直流侧,不同分割簇数对应每相级联功率模块数,是系统的最重要参数,对系统性能影响显著,应综合考虑系统效率及安全性对分割簇数进行优化设计。系统效率及安全性与电池参数密切相关,但基于电池单体详细物理参数建立系统效率和安全性评估模型的实施难度大,因此,该文提出一种基于电池单体容量参数分布情况建立系统效率和安全性评估模型的方法,避免大量的电池参数辨识及海量数据的处理工作,为系统功率模块数优化设计提供了理论指导。

基于PPU的小型船舶电站经济型控制方案研究

对两机组小型船舶电站现行控制方案进行优化。在由PLC与两台同步保护装置(PPU)组成网络控制的现行方案基础上,精简掉PLC,充分利用PPU的逻辑控制功能,通过两台PPU作为控制核心实现两机组电站的自动运行。实践证明,其控制设备及控制技术精简的同时性能依然卓越。

含风电制氢装置的综合能源系统优化运行

随着全球环境污染问题的加剧以及能源结构调整,氢能作为一种高度清洁的可再生能源成为世界各国研究热点,合理利用氢能是解决能源危机和环境问题的有效途径。考虑风电制氢装置在综合能源系统中的应用,研究了含电制氢装置的不同控制方式,提出了含电制氢装置的综合能源系统优化模型。通过多种能源之间的相互转化,同时满足电力、氢气以及热负荷需求。算例仿真结果验证了所提模型的有效性,分析了风电制氢装置对于降低系统运行成本、提高清洁能源消纳量的重要作用,对比了不同氢气负荷需求下系统的运行情况,仿真结果说明合理安排氢气负荷有利于进一步促进系统绿色、经济运行。

基于最大信息系数相关性分析和改进多层级门控LSTM的短期电价预测方法

为准确预测电力市场中的短期电价,将最大信息系数(maximal information coefficient,MIC)相关性分析与改进多层级门控长短期记忆网络(multi-hierachy gated long shortterm memory,MHG-LSTM)相结合,提出一种新型短期电价预测方法。该方法首先对备选序列与预测电价序列做MIC相关性分析,在此基础上筛选备选序列并经小波变换合成神经网络输入序列,有效增加了输入中与预测电价相关的信息密度;其次,对传统LSTM进行创新性改进,提出用两级遗忘门和输入门替换传统的一级门控机构的MHG-LSTM模型,提高了神经网络选择和提取高频电价序列特征的能力。在PJM市场日前电价数据集上对所提方法进行仿真实验,实验结果表明,该方法的预测误差仅为4.506%,相比已有预测方法有效提升了短期电价的预测精度,且具有很强的普适性,可应用于电力市场短期电价预测,为市场参与者和监管机构提供有力决策依据。

内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。

基于径向基函数随机响应面法的综合能源系统概率能流计算

该文提出一种基于径向基函数随机响应面法的综合能源系统概率能流计算方法。首先,推导热网节点温度方程,验证并分析混沌多项式随机响应面法和稀疏混沌多项式随机响应面法计算热网节点温度时的局限性;然后,建立径向基函数随机响应面模型并利用线性多项式扩充模型,同时改进其配点方式。在此基础上,提出适用于综合能源系统概率能流计算的径向基函数随机响应面法并给出详细计算流程;最后,采用标准算例和实际算例进行有效性验证和性能评估。算例结果表明,该文所提方法在对含热网的综合能源系统进行概率能流计算时具有良好的计算精度和效率。

聚合大规模空调负荷的信息物理建模与控制方法

提出一种聚合大规模空调负荷实现虚拟调峰的3层控制系统结构。在负荷层,首先提出一种基于半马尔科夫过程的空调负荷概率控制方法,能够保证空调的闭锁时间和保持集群状态的多样性。随后利用混杂系统模型建立了空调负荷物理过程与控制过程的耦合关系,实现了空调负荷的自治控制;在聚合商层,基于市场均衡机制提出一种将空调负荷聚合为虚拟调峰机组的协调控制方法,该方法能有效保护用户数据隐私并显著降低通信代价。同时,虚拟调峰机组能够向调度提供类似于常规机组的报价曲线和调节容量,从而参与电网层的优化调度。最后,建立含5万个空调负荷的仿真算例,详细验证了该方法在调峰指令跟踪精度、调峰费用以及对用户舒适度的影响等方面的效果。

模块化多电平型内嵌式直流潮流控制器及其控制策略

由于柔性直流系统易于多点馈入、多端成网从而解决控制灵活性及供电可靠性等问题,网状柔性直流输电系统正获得越来越多的关注与研究。解决网状直流系统中由于线路数大于等于可控节点个数时潮流不可控的问题,需增加直流潮流控制器以实现线路优化运行,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。为满足高压柔直输电网的潮流控制需求,针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),文中提出一种新型内嵌于MMC换流器的直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),采用模块化多电平结构,具有宽范围、模块化等优势。首先基于MMC型e-DCPFC的拓扑结构,分析工作原理并建立其数学模型,提出系统控制策略。最后,通过仿真与小功率样机,验证e-DCPFC潮流控制的可行性及有效性。

温控负荷参与快速频率调整的双层控制方法

为了解决高比例可再生能源电力系统中快速自动发电控制（automatic generation control,AGC）资源的稀缺化问题,提出一种温控负荷参与快速频率调整的双层控制方法。首先,在下层控制中,由社区集中器和聚合商对温控负荷逐级聚合,并采用基于市场机制的分布式控制方法,从而降低大规模温控负荷的控制成本;然后,在上层控制中,为了提高温控负荷集群的响应速度,提出由虚拟AGC机组对各聚合商进行分组协调控制的方案,推导虚拟AGC机组调节容量的估算方法。最后,基于美国PJM调频市场政策,通过仿真对不同温度条件下虚拟AGC机组的调节容量、用户舒适度、响应效果、可获收益等指标进行分析,并与现有的基于单一聚合商的方案进行比较。仿真结果表明,该方法能够有效提高虚拟AGC机组的响应性能和可获收益。