2021年 第38卷 第6期
2021, 38(6): 591-600.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0060
摘要:
为减小光伏发电的不稳定性，制定符合多目标需求的电力调度方案，以低碳性、经济性为原则，将碳交易机制引入电力系统调度，建立了太阳辐照度和光伏发电出力的概率分布模型调度方案，对光伏发电出力采用k-means聚类法，进行场景缩减，提高预测精准性，并在此基础上构建了考虑大规模光伏电源接入后的多目标优化调度模型，目标函数包括火电运行成本、碳交易成本以及污染物排放量，兼顾调度的经济性、低碳环保性。运用熵权法对不同目标赋予权重，转化成单目标函数。在算例分析中，建立了4种不同优化目的的调度方案，并进行定性和定量对比分析，验证该调度模型具有良好的经济性、环保性与可靠性。
为减小光伏发电的不稳定性，制定符合多目标需求的电力调度方案，以低碳性、经济性为原则，将碳交易机制引入电力系统调度，建立了太阳辐照度和光伏发电出力的概率分布模型调度方案，对光伏发电出力采用k-means聚类法，进行场景缩减，提高预测精准性，并在此基础上构建了考虑大规模光伏电源接入后的多目标优化调度模型，目标函数包括火电运行成本、碳交易成本以及污染物排放量，兼顾调度的经济性、低碳环保性。运用熵权法对不同目标赋予权重，转化成单目标函数。在算例分析中，建立了4种不同优化目的的调度方案，并进行定性和定量对比分析，验证该调度模型具有良好的经济性、环保性与可靠性。
2021, 38(6): 601-609.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0047
摘要:
为对风电场往年生产情况作出分析以便合理安排运维计划，最大限度提高风电场经济效益，考虑风电场运行状况的多层次性和多因素性，提出一种结合层次分析法和模糊数学理论的风电场运行性能多维评价模型。首先，分析风电场运行的影响因素，建立风电场运行性能多层次评价指标体系，包括设备运行因素、生产维护因素、电力消耗因素、电量因素等4个一级指标及12个二级指标，并利用层次分析法构建权重向量模型；其次，针对阈值附近指标评价难辨别的问题，采用改进云参数生成正态隶属云以确定各评价指标相对评价集的隶属度, 然后，通过权重向量和模糊关系模型进行模糊运算，得到风电场运行性能的多维综合评价结果。最后，以国内某风电场的实际运行数据为算例验证了所提评价模型的合理性和有效性。
为对风电场往年生产情况作出分析以便合理安排运维计划，最大限度提高风电场经济效益，考虑风电场运行状况的多层次性和多因素性，提出一种结合层次分析法和模糊数学理论的风电场运行性能多维评价模型。首先，分析风电场运行的影响因素，建立风电场运行性能多层次评价指标体系，包括设备运行因素、生产维护因素、电力消耗因素、电量因素等4个一级指标及12个二级指标，并利用层次分析法构建权重向量模型；其次，针对阈值附近指标评价难辨别的问题，采用改进云参数生成正态隶属云以确定各评价指标相对评价集的隶属度, 然后，通过权重向量和模糊关系模型进行模糊运算，得到风电场运行性能的多维综合评价结果。最后，以国内某风电场的实际运行数据为算例验证了所提评价模型的合理性和有效性。
2021, 38(6): 610-619.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0033
摘要:
随着分布式发电机(distributed generator, DG)大规模并入配电网，负荷与DG出力的随机性和波动性给配电网的运行带来了很大挑战。基于柔性软开关(soft open point, SOP)在潮流控制、无功补偿方面的优势，建立以主动配电网运行成本最低为目标函数的两阶段SOP鲁棒优化运行模型。第一阶段，生成每个时间段的SOP运行策略和开关的动作情况，以最小化运行成本；第二阶段，在预定义的不确定性集中寻找配电网运行的最恶劣场景及相应场景下的最小运行成本，并通过调整鲁棒调节参数，灵活地改变运行方案的保守程度；然后利用列约束生成算法和对偶理论，将原问题分解为主问题和子问题进行交互迭代求解；最后，以改进的IEEE33节点系统为例，验证了所提方法的有效性和安全性。
随着分布式发电机(distributed generator, DG)大规模并入配电网，负荷与DG出力的随机性和波动性给配电网的运行带来了很大挑战。基于柔性软开关(soft open point, SOP)在潮流控制、无功补偿方面的优势，建立以主动配电网运行成本最低为目标函数的两阶段SOP鲁棒优化运行模型。第一阶段，生成每个时间段的SOP运行策略和开关的动作情况，以最小化运行成本；第二阶段，在预定义的不确定性集中寻找配电网运行的最恶劣场景及相应场景下的最小运行成本，并通过调整鲁棒调节参数，灵活地改变运行方案的保守程度；然后利用列约束生成算法和对偶理论，将原问题分解为主问题和子问题进行交互迭代求解；最后，以改进的IEEE33节点系统为例，验证了所提方法的有效性和安全性。
2021, 38(6): 620-627.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0043
摘要:
为了解决传统峰谷时段划分方法因只选取单一典型日而无法在较长时间范围内适用的问题，提出一种基于长短期记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）和改进型K-means聚类算法的居民峰谷时段划分模型: 首先对居民用户一整年的负荷数据进行有效性检查和归一化处理，保证数据的准确可靠；接着将处理后的负荷数据按照不同季节及不同日期类型进行相应的分类，保证分类的数据具有较强的相似性；然后将数据按分类分别加入LSTM进行训练，获得用户在不同分类下的负荷特征数据；最后利用改进型K-means聚类算法对训练得到的负荷特征数据进行聚类分析，并依据相应的权重矩阵及划分原则获得最终的时段划分结果。结果表明，相对于经典及当地的时段划分，所提方法的时段划分轮廓系数平均值更大，方差更小，更能反映居民用户实际的用电特点及用电规律，有利于挖掘用户侧需求响应潜力，获得更优的削峰填谷效果。
为了解决传统峰谷时段划分方法因只选取单一典型日而无法在较长时间范围内适用的问题，提出一种基于长短期记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）和改进型K-means聚类算法的居民峰谷时段划分模型: 首先对居民用户一整年的负荷数据进行有效性检查和归一化处理，保证数据的准确可靠；接着将处理后的负荷数据按照不同季节及不同日期类型进行相应的分类，保证分类的数据具有较强的相似性；然后将数据按分类分别加入LSTM进行训练，获得用户在不同分类下的负荷特征数据；最后利用改进型K-means聚类算法对训练得到的负荷特征数据进行聚类分析，并依据相应的权重矩阵及划分原则获得最终的时段划分结果。结果表明，相对于经典及当地的时段划分，所提方法的时段划分轮廓系数平均值更大，方差更小，更能反映居民用户实际的用电特点及用电规律，有利于挖掘用户侧需求响应潜力，获得更优的削峰填谷效果。
2021, 38(6): 628-635.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0427
摘要:
以电动汽车(electric vehicles，EV)和充电站(charging stations，CS)为纽带，城市电力网(power network，PN)和交通网(traffic network，TN)之间发生了复杂的耦合关联，形成了“车−站−路−网”系统。考虑到系统的运行状况与EV充电负荷和交通出行在时间和空间2个维度上的分布都有关系，提出了采用时空分布充电价格引导EV充电和出行行为，来改善“车−站−路−网”系统运行的方法。为此，建立了组成系统的各类实体的数学模型；采用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)描述了驾驶员行为决策过程的个体差异性。在此基础上，以PN网损最小和TN拥挤程度最小为目标，构建了时空分布充电电价优化模型。仿真结果表明，采用时空分布充电电价能减小PN损耗和电压偏移、缓解TN拥堵状况和均衡CS间的充电负荷，达到了优化“车−站−路−网”系统运行的目标。
以电动汽车(electric vehicles，EV)和充电站(charging stations，CS)为纽带，城市电力网(power network，PN)和交通网(traffic network，TN)之间发生了复杂的耦合关联，形成了“车−站−路−网”系统。考虑到系统的运行状况与EV充电负荷和交通出行在时间和空间2个维度上的分布都有关系，提出了采用时空分布充电价格引导EV充电和出行行为，来改善“车−站−路−网”系统运行的方法。为此，建立了组成系统的各类实体的数学模型；采用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)描述了驾驶员行为决策过程的个体差异性。在此基础上，以PN网损最小和TN拥挤程度最小为目标，构建了时空分布充电电价优化模型。仿真结果表明，采用时空分布充电电价能减小PN损耗和电压偏移、缓解TN拥堵状况和均衡CS间的充电负荷，达到了优化“车−站−路−网”系统运行的目标。
2021, 38(6): 636-644.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0026
摘要:
为提高新能源场站的调节能力，提出新能源场站储能系统的鲁棒优化配置模型。该模型引入鲁棒理论，针对新能源发电的随机性建立不确定合集，应用极端情况外的运行概率值来量化系统鲁棒性，科学地平衡系统的经济性与保守性，弥补传统鲁棒优化配置结果过于保守的不足。针对模型特点提出一种改进的鲸鱼算法进行求解。基于算例验证所提模型的有效性，并对发电不确定性影响下新能源场站储能配置的经济性与鲁棒性做定量分析。为解决高比例新能源接入电网的安全生产问题、支撑清洁电网的发展提供参考。
为提高新能源场站的调节能力，提出新能源场站储能系统的鲁棒优化配置模型。该模型引入鲁棒理论，针对新能源发电的随机性建立不确定合集，应用极端情况外的运行概率值来量化系统鲁棒性，科学地平衡系统的经济性与保守性，弥补传统鲁棒优化配置结果过于保守的不足。针对模型特点提出一种改进的鲸鱼算法进行求解。基于算例验证所提模型的有效性，并对发电不确定性影响下新能源场站储能配置的经济性与鲁棒性做定量分析。为解决高比例新能源接入电网的安全生产问题、支撑清洁电网的发展提供参考。
2021, 38(6): 645-655.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0093
摘要:
现阶段直流输电线路的故障测距方法主要为行波法，此方法存在波头捕获困难，波速难以确定等问题。因此提出基于迭代软阈值压缩感知理论的直流输电双极短路故障测距方法：在输电线路中根据预设定位精度定义“虚拟节点”, 根据两个“虚拟节点”之间的等效阻抗和两端的模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）列出输电线路的节点导纳矩阵，结合输电线路上测点测得的故障电压高频分量值，列写节点电压欠定方程；将故障点的对地注入电流等效为离故障点最近的一或两个“虚拟节点”的注入电流；通过压缩感知算法求解出电流稀疏向量，其中全局最优或局部最优的点即可认定为故障点。仿真结果表明，提出的方法能够准确定位故障点，结果稳定。
现阶段直流输电线路的故障测距方法主要为行波法，此方法存在波头捕获困难，波速难以确定等问题。因此提出基于迭代软阈值压缩感知理论的直流输电双极短路故障测距方法：在输电线路中根据预设定位精度定义“虚拟节点”, 根据两个“虚拟节点”之间的等效阻抗和两端的模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）列出输电线路的节点导纳矩阵，结合输电线路上测点测得的故障电压高频分量值，列写节点电压欠定方程；将故障点的对地注入电流等效为离故障点最近的一或两个“虚拟节点”的注入电流；通过压缩感知算法求解出电流稀疏向量，其中全局最优或局部最优的点即可认定为故障点。仿真结果表明，提出的方法能够准确定位故障点，结果稳定。
2021, 38(6): 656-663.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0012
摘要:
配电网拓扑结构规划中除经济性外还需考虑配电网拓扑结构可靠性。针对配电网拓扑结构研究中存在特征指标单一、难以对配电网拓扑特征均匀性进行科学评估从而影响规划可靠性的问题，提出一种综合考虑配电线路荷载率和网损率的基于均匀分布系数的配电网拓扑结构均匀规划方法。提出以荷载率拓扑熵和网损率拓扑熵来衡量配电网的网络拓扑结构，并将二者的加权和定义为均匀分布系数指标，用以表征配电网网络拓扑结构的均匀性。在此基础上，建立了以配电网经济成本最小和均匀分布系数最大为目标的配电网多目标规划模型，以提高配电网规划的经济性和可靠性。通过仿真分析验证了所提方案的合理性和优越性。
配电网拓扑结构规划中除经济性外还需考虑配电网拓扑结构可靠性。针对配电网拓扑结构研究中存在特征指标单一、难以对配电网拓扑特征均匀性进行科学评估从而影响规划可靠性的问题，提出一种综合考虑配电线路荷载率和网损率的基于均匀分布系数的配电网拓扑结构均匀规划方法。提出以荷载率拓扑熵和网损率拓扑熵来衡量配电网的网络拓扑结构，并将二者的加权和定义为均匀分布系数指标，用以表征配电网网络拓扑结构的均匀性。在此基础上，建立了以配电网经济成本最小和均匀分布系数最大为目标的配电网多目标规划模型，以提高配电网规划的经济性和可靠性。通过仿真分析验证了所提方案的合理性和优越性。
2021, 38(6): 664-673.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0416
摘要:
建筑电力能耗的准确预测不仅对配电网运行的经济性和安全性具有重要作用，而且对建筑节能方案的制定也有参考意义。由于楼宇负荷受多种因素的影响，预测精度难以大幅提高。为了提高楼宇负荷预测的准确度，提出了基于传感器网络与高斯过程回归的楼宇负荷预测方法。首先，通过基于超宽频雷达的人员存在检测传感器网络对室内的建筑占有率进行检测，并将建筑占有率作为负荷预测模型的特征之一。其次，构建高斯过程回归模型，利用其拟合出负荷与相关影响因素的非线性函数，并基于采样的近似推断算法推断出模型的超参数最大后验估计值，进而提高短期负荷预测准确度。最后，通过对比不同协方差函数的高斯过程回归模型的预测效果，甄别出最优协方差函数，进一步提高预测精度。通过算例分析可知：采用所提方法比未考虑建筑占有率的传统高斯过程回归方法的平均绝对百分比误差降低了9.68%，验证了所提方法的有效性和准确性。
建筑电力能耗的准确预测不仅对配电网运行的经济性和安全性具有重要作用，而且对建筑节能方案的制定也有参考意义。由于楼宇负荷受多种因素的影响，预测精度难以大幅提高。为了提高楼宇负荷预测的准确度，提出了基于传感器网络与高斯过程回归的楼宇负荷预测方法。首先，通过基于超宽频雷达的人员存在检测传感器网络对室内的建筑占有率进行检测，并将建筑占有率作为负荷预测模型的特征之一。其次，构建高斯过程回归模型，利用其拟合出负荷与相关影响因素的非线性函数，并基于采样的近似推断算法推断出模型的超参数最大后验估计值，进而提高短期负荷预测准确度。最后，通过对比不同协方差函数的高斯过程回归模型的预测效果，甄别出最优协方差函数，进一步提高预测精度。通过算例分析可知：采用所提方法比未考虑建筑占有率的传统高斯过程回归方法的平均绝对百分比误差降低了9.68%，验证了所提方法的有效性和准确性。
2021, 38(6): 674-680.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0021
摘要:
目前对微电网稳定性分析的研究主要集中于采用下垂控制的微网，对主从控制的微电网尚缺乏深入的研究；此外，现广泛采用的基于状态空间模型和阻抗模型的分析方法需要获取每个分布式电源的详细参数，在实际工程应用中难以实施。为解决上述问题，提出了基于矢量拟合的主从控制微电网稳定性分析方法：将各分布式电源视为黑盒模型测量其频率响应；基于系统拓扑计算系统聚合阻抗；采用矢量拟合技术获取聚合阻抗传递函数进而分析系统稳定性。在MATLAB/Simulink平台建立了微电网仿真模型，通过在并网和孤岛模式下的仿真验证了所提方法的有效性，分析了线路阻抗、负荷等参数变化对微电网稳定性的影响。所提方法无需获取电源内部详细参数，具有较高的工程实用性。
目前对微电网稳定性分析的研究主要集中于采用下垂控制的微网，对主从控制的微电网尚缺乏深入的研究；此外，现广泛采用的基于状态空间模型和阻抗模型的分析方法需要获取每个分布式电源的详细参数，在实际工程应用中难以实施。为解决上述问题，提出了基于矢量拟合的主从控制微电网稳定性分析方法：将各分布式电源视为黑盒模型测量其频率响应；基于系统拓扑计算系统聚合阻抗；采用矢量拟合技术获取聚合阻抗传递函数进而分析系统稳定性。在MATLAB/Simulink平台建立了微电网仿真模型，通过在并网和孤岛模式下的仿真验证了所提方法的有效性，分析了线路阻抗、负荷等参数变化对微电网稳定性的影响。所提方法无需获取电源内部详细参数，具有较高的工程实用性。
2021, 38(6): 681-694.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0428
摘要:
风电大规模接入配电网给系统安全经济运行带来了极大挑战。为充分表征风电随机性和不确定性对系统运行优化的影响，提出了考虑场景聚类的配电网−天然气联合系统双层随机运行优化模型。首先，通过主成分分析法对海量的高维度风电出力场景进行降维，在降维数据的基础上构建了基于分层聚类算法的风电随机场景选取方法，并提出最优聚类类数的确定标准以有效划分风电场景类数。其次，构建了基于分层场景聚类法的配电网−天然气网耦合系统双层随机运行优化模型，从多个时间尺度提高运行方案对风电波动的适应性。同时，引入拉格朗日因子，并提出KKT（Karush-Kuhn-Tucker）理论的等价方程表示方法，将所提随机运行优化模型转化为单层求解。通过算例，将所提方法与现有运行优化策略对比，验证了所提方法的有效性和优越性。
风电大规模接入配电网给系统安全经济运行带来了极大挑战。为充分表征风电随机性和不确定性对系统运行优化的影响，提出了考虑场景聚类的配电网−天然气联合系统双层随机运行优化模型。首先，通过主成分分析法对海量的高维度风电出力场景进行降维，在降维数据的基础上构建了基于分层聚类算法的风电随机场景选取方法，并提出最优聚类类数的确定标准以有效划分风电场景类数。其次，构建了基于分层场景聚类法的配电网−天然气网耦合系统双层随机运行优化模型，从多个时间尺度提高运行方案对风电波动的适应性。同时，引入拉格朗日因子，并提出KKT（Karush-Kuhn-Tucker）理论的等价方程表示方法，将所提随机运行优化模型转化为单层求解。通过算例，将所提方法与现有运行优化策略对比，验证了所提方法的有效性和优越性。
2021, 38(6): 695-703.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0010
摘要:
针对综合能源系统负荷不确定性对规划和调度造成的高成本低效率问题，提出一种基于多元负荷预测的3层规划调度模型，主要包括预测层、规划层和调度层；基于随机森林回归网络和长短期记忆网络构建了多元负荷的长期和短期预测模型；以综合规划调度成本和调度运行成本最小为目标，采用改进粒子群算法和CPLEX求解器获取最优系统综合成本及配置方案；通过不同场景下的规划调度，分析了设备状态与系统成本。通过对比所构建的3层模型与常规双层模型的规划调度结果,证明了3层规划调度模型的经济性与可靠性。
针对综合能源系统负荷不确定性对规划和调度造成的高成本低效率问题，提出一种基于多元负荷预测的3层规划调度模型，主要包括预测层、规划层和调度层；基于随机森林回归网络和长短期记忆网络构建了多元负荷的长期和短期预测模型；以综合规划调度成本和调度运行成本最小为目标，采用改进粒子群算法和CPLEX求解器获取最优系统综合成本及配置方案；通过不同场景下的规划调度，分析了设备状态与系统成本。通过对比所构建的3层模型与常规双层模型的规划调度结果,证明了3层规划调度模型的经济性与可靠性。
