2022年 第39卷 第2期
2022, 39(2): 127-134.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0263
摘要:
实时准确的电力系统扰动分类有利于避免大规模停电事故的发生。然而同步相量测量单元的数据质量问题严重影响其在扰动分类上的应用。针对此问题，提出了一种基于增强型去噪自编码器与随机森林的扰动分类方法。首先，利用长短期记忆构造一种增强型去噪自编码器，建立不良数据与正常数据间的映射关系。进一步，根据不同量测的验证损失变化趋势，提出了一种自适应权重多任务去噪网络，能够自适应更新各量测对应的损失函数权重以降低重构误差。最后，利用随机森林对特征进行分类，并通过贝叶斯优化对其超参数调优。基于IEEE 39系统，在不同不良数据比例下对该方法测试，验证所提方法的准确性和快速性。最后，通过现场数据验证了所提方法具有较高的泛化性。
实时准确的电力系统扰动分类有利于避免大规模停电事故的发生。然而同步相量测量单元的数据质量问题严重影响其在扰动分类上的应用。针对此问题，提出了一种基于增强型去噪自编码器与随机森林的扰动分类方法。首先，利用长短期记忆构造一种增强型去噪自编码器，建立不良数据与正常数据间的映射关系。进一步，根据不同量测的验证损失变化趋势，提出了一种自适应权重多任务去噪网络，能够自适应更新各量测对应的损失函数权重以降低重构误差。最后，利用随机森林对特征进行分类，并通过贝叶斯优化对其超参数调优。基于IEEE 39系统，在不同不良数据比例下对该方法测试，验证所提方法的准确性和快速性。最后，通过现场数据验证了所提方法具有较高的泛化性。
2022, 39(2): 135-142.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0094
摘要:
机电振荡模式(electromechanical oscillation mode, EOM)是与同步发电机(synchronous generator, SG)机械暂态强相关的低频振荡(low-frequency oscillation, LFO)模式，对SG轴系安全和电网稳定影响较大。减小EOM机电回路相关比ρ能减小EOM与SG的相关度，抑制SG振荡。基于此，提出机电回路相关比对SG出力的灵敏度的模型：将ρ对控制参数的灵敏度展开为对参与因子的灵敏度；考虑参与因子由特征向量组成，补充后者幅值和相位约束，得到特征向量灵敏度的唯一解；考虑SG出力对节点电压和特征值的影响，但未出现在状态矩阵中，引入潮流雅可比矩阵的逆，建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度，提出ρ对SG有功和无功出力灵敏度的解析表达。最后利用算例分析检验了EOM及其特征向量、参与因子、ρ对SG出力的灵敏度的准确性，证实了调节SG有功和无功出力对抑制机电模式的控制效果。
机电振荡模式(electromechanical oscillation mode, EOM)是与同步发电机(synchronous generator, SG)机械暂态强相关的低频振荡(low-frequency oscillation, LFO)模式，对SG轴系安全和电网稳定影响较大。减小EOM机电回路相关比ρ能减小EOM与SG的相关度，抑制SG振荡。基于此，提出机电回路相关比对SG出力的灵敏度的模型：将ρ对控制参数的灵敏度展开为对参与因子的灵敏度；考虑参与因子由特征向量组成，补充后者幅值和相位约束，得到特征向量灵敏度的唯一解；考虑SG出力对节点电压和特征值的影响，但未出现在状态矩阵中，引入潮流雅可比矩阵的逆，建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度，提出ρ对SG有功和无功出力灵敏度的解析表达。最后利用算例分析检验了EOM及其特征向量、参与因子、ρ对SG出力的灵敏度的准确性，证实了调节SG有功和无功出力对抑制机电模式的控制效果。
2022, 39(2): 143-150.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0078
摘要:
合环回路拓扑分析是配电网合环电流计算和调控的关键环节。深度优先或广度优先搜索等传统拓扑分析方法应用于合环回路搜索时效率较低。依据配电网合环回路的拓扑特点，提出一种基于分层前探回溯搜索的合环回路拓扑分析方法。首先，对输配电网的公共信息模型及其XML文件进行解析，获得全网的节点–开关模型；其次，对主网按电压等级分层，给出合环回路的分层搜索规则；再次，提出并应用前探回溯算法进行配网搜索及主网层内搜索，通过前探从源点寻找目标点，通过回溯获得两点间的连通路径，有效减少搜索次数，提高搜索效率；最后，通过主配网拓扑拼接形成合环回路的节点–支路模型。所提拓扑搜索算法及合环拓扑分析方法已通过工程实例的有效性验证，并应用于配电网合环决策系统的开发。
合环回路拓扑分析是配电网合环电流计算和调控的关键环节。深度优先或广度优先搜索等传统拓扑分析方法应用于合环回路搜索时效率较低。依据配电网合环回路的拓扑特点，提出一种基于分层前探回溯搜索的合环回路拓扑分析方法。首先，对输配电网的公共信息模型及其XML文件进行解析，获得全网的节点–开关模型；其次，对主网按电压等级分层，给出合环回路的分层搜索规则；再次，提出并应用前探回溯算法进行配网搜索及主网层内搜索，通过前探从源点寻找目标点，通过回溯获得两点间的连通路径，有效减少搜索次数，提高搜索效率；最后，通过主配网拓扑拼接形成合环回路的节点–支路模型。所提拓扑搜索算法及合环拓扑分析方法已通过工程实例的有效性验证，并应用于配电网合环决策系统的开发。
2022, 39(2): 151-159.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0081
摘要:
模块化多电平高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC)在多种场景得到应用，围绕交流系统短路比和阻抗角对MMC-HVDC系统低频段振荡模态的影响展开研究，首先建立了两端MMC-HVDC的小干扰模型；然后研究了交流系统短路比和阻抗角对其小干扰稳定性的影响，探讨了弱交流系统和低阻抗角可能引发的MMC-HVDC系统在低频段的振荡现象；最后研究了低频段振荡模态的特征，并在此基础上研究了利用控制系统参数的调节方法来抑制可能出现的低频段振荡现象，以期为MMC-HVDC系统的工程运行提供一定的理论指导。
模块化多电平高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC)在多种场景得到应用，围绕交流系统短路比和阻抗角对MMC-HVDC系统低频段振荡模态的影响展开研究，首先建立了两端MMC-HVDC的小干扰模型；然后研究了交流系统短路比和阻抗角对其小干扰稳定性的影响，探讨了弱交流系统和低阻抗角可能引发的MMC-HVDC系统在低频段的振荡现象；最后研究了低频段振荡模态的特征，并在此基础上研究了利用控制系统参数的调节方法来抑制可能出现的低频段振荡现象，以期为MMC-HVDC系统的工程运行提供一定的理论指导。
2022, 39(2): 160-168.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0013
摘要:
并网模式下，当电网频率出现偏差或者调度指令变化时，虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）输出有功功率都会发生波动，然而现有的VSG分析以及控制方式只能应对调度指令变化下的有功功率波动：电网频率发生偏差时，现有的控制策略可能会使VSG输出有功功率出现较大波动。针对上述问题，首先分析了电网频率偏差下，VSG参数对VSG动态特性的影响以及调度指令变化下，功角振荡和虚拟惯量之间的关系。在此基础上，提出一种虚拟惯量控制策略：在调度指令变化时，采用虚拟惯量自适应控制，并给出参数选取原则；在电网频率发生偏差时，采用基于信息熵的虚拟惯量寻优值。最后通过Matlab/Simulink仿真，验证了所提虚拟惯量控制策略在有功调度和电网频率偏差下的优越动态特性。
并网模式下，当电网频率出现偏差或者调度指令变化时，虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）输出有功功率都会发生波动，然而现有的VSG分析以及控制方式只能应对调度指令变化下的有功功率波动：电网频率发生偏差时，现有的控制策略可能会使VSG输出有功功率出现较大波动。针对上述问题，首先分析了电网频率偏差下，VSG参数对VSG动态特性的影响以及调度指令变化下，功角振荡和虚拟惯量之间的关系。在此基础上，提出一种虚拟惯量控制策略：在调度指令变化时，采用虚拟惯量自适应控制，并给出参数选取原则；在电网频率发生偏差时，采用基于信息熵的虚拟惯量寻优值。最后通过Matlab/Simulink仿真，验证了所提虚拟惯量控制策略在有功调度和电网频率偏差下的优越动态特性。
2022, 39(2): 169-181.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0058
摘要:
为解决电–热综合能源系统（integrated energy system，IES）中热电供需矛盾导致的弃风及环境污染问题，提出了含光热电站及热泵的IES低碳调度优化模型。首先，在能源侧利用热泵的供热灵活性，打破热电联产（combined heat and power, CHP）机组“以热定电”的运行限制；考虑光热电站与CHP机组联合运行，进一步提升CHP机组运行的灵活性。其次，对IES中各设备容量进行优化配置，针对风电、光伏及光热出力的不确定性，采用信息间隙决策理论进行处理，提出风险规避鲁棒模型。最后，通过9节点测试系统验证所提模型的有效性，并划分不同场景验证光热电站及热泵对IES的优化效用。
为解决电–热综合能源系统（integrated energy system，IES）中热电供需矛盾导致的弃风及环境污染问题，提出了含光热电站及热泵的IES低碳调度优化模型。首先，在能源侧利用热泵的供热灵活性，打破热电联产（combined heat and power, CHP）机组“以热定电”的运行限制；考虑光热电站与CHP机组联合运行，进一步提升CHP机组运行的灵活性。其次，对IES中各设备容量进行优化配置，针对风电、光伏及光热出力的不确定性，采用信息间隙决策理论进行处理，提出风险规避鲁棒模型。最后，通过9节点测试系统验证所提模型的有效性，并划分不同场景验证光热电站及热泵对IES的优化效用。
2022, 39(2): 182-192.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0039
摘要:
为解决分布式电源（distributed generation，DG）出力及负荷的时变性给实际配电网调度所造成的不利影响，使配电网的优化规划方案更加切实可行，提出了一种基于配电网重构和DG选址定容结合的多目标粒子群动态优化模型，该模型以配电网有功损耗、电压偏差及经济成本为优化目标，考虑负荷及DG出力的时变性，对配电网络重构和DG调度进行综合优化求解。通过基于随机森林模型（random forest，RF）及长短期记忆神经网络(long short-term memory，LSTM)模型的混合预测模型对配电网负荷及DG出力进行预测。采用经帕累托最优理论改进的粒子群算法得到配电网重构及DG调控的帕累托最优解集并利用模糊隶属度函数法来确定帕累托最优解集中的最佳配电网调度方案。基于IEEE 33标准测试系统设计多个算例进行仿真分析，结果表明，所提考虑负荷及DG出力时序性的配电网重构和DG调度联合优化模型可显著改善配电网络运行的经济性和稳定性。
为解决分布式电源（distributed generation，DG）出力及负荷的时变性给实际配电网调度所造成的不利影响，使配电网的优化规划方案更加切实可行，提出了一种基于配电网重构和DG选址定容结合的多目标粒子群动态优化模型，该模型以配电网有功损耗、电压偏差及经济成本为优化目标，考虑负荷及DG出力的时变性，对配电网络重构和DG调度进行综合优化求解。通过基于随机森林模型（random forest，RF）及长短期记忆神经网络(long short-term memory，LSTM)模型的混合预测模型对配电网负荷及DG出力进行预测。采用经帕累托最优理论改进的粒子群算法得到配电网重构及DG调控的帕累托最优解集并利用模糊隶属度函数法来确定帕累托最优解集中的最佳配电网调度方案。基于IEEE 33标准测试系统设计多个算例进行仿真分析，结果表明，所提考虑负荷及DG出力时序性的配电网重构和DG调度联合优化模型可显著改善配电网络运行的经济性和稳定性。
2022, 39(2): 193-202.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0030
摘要:
面向气−电耦合配网，提出一种基于信息间隙决策理论（information gap decision theory，IGDT）的多能协同优化调度方法。首先，采用二阶锥优化(second-order conic program, SOCP)松弛描述配电网与天然气管网的能量流特征，利用电/气/冷/热多能互补及协同转化作为运行灵活性提升的重要手段，以经济性最优为原则，建立气−电耦合配网调度的确定性优化模型。在此基础上，提出基于IGDT的多能协同滚动调度方法，生成时变的动态风险边界。最后，在基于IEEE 33节点配电网和比利时20节点天然气网络的多能耦合系统中对所提方法进行了测试验证。算例结果表明，所提调度方法可以充分发挥气−电耦合配网的多能互补优势，并克服了传统滚动调度方法对于可再生能源预测精度的依赖，有效提升了系统对不确定性风险的承受能力，进而在鲁棒性与运行经济性之间取得合理权衡。
面向气−电耦合配网，提出一种基于信息间隙决策理论（information gap decision theory，IGDT）的多能协同优化调度方法。首先，采用二阶锥优化(second-order conic program, SOCP)松弛描述配电网与天然气管网的能量流特征，利用电/气/冷/热多能互补及协同转化作为运行灵活性提升的重要手段，以经济性最优为原则，建立气−电耦合配网调度的确定性优化模型。在此基础上，提出基于IGDT的多能协同滚动调度方法，生成时变的动态风险边界。最后，在基于IEEE 33节点配电网和比利时20节点天然气网络的多能耦合系统中对所提方法进行了测试验证。算例结果表明，所提调度方法可以充分发挥气−电耦合配网的多能互补优势，并克服了传统滚动调度方法对于可再生能源预测精度的依赖，有效提升了系统对不确定性风险的承受能力，进而在鲁棒性与运行经济性之间取得合理权衡。
2022, 39(2): 203-211.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0388
摘要:
随着我国可再生能源持续快速发展和电力市场进一步深化改革，可再生能源参与电力现货市场是必然趋势，也是可再生能源消纳的柔性灵活方式。文中梳理了我国可再生能源的发展现状，从市场机制问题和电网运行安全问题两方面探讨分析可再生能源参与电力现货市场的关键问题，提出在市场机制方面，可再生能源参与电力现货市场的必要性可以通过公平性测试和竞争性测试来确定，在电网安全运行方面，可再生能源参与电力现货市场的可行性可以通过电量平衡、电力平衡和系统调峰爬坡能力来分析。通过对某地区未来可再生能源参与电力现货市场案例分析，提出应建设深度调峰辅助服务市场，通过市场来激励火电机组参与深度调峰，提供充分灵活调节能力保障可再生能源消纳和电网的安全运行。
随着我国可再生能源持续快速发展和电力市场进一步深化改革，可再生能源参与电力现货市场是必然趋势，也是可再生能源消纳的柔性灵活方式。文中梳理了我国可再生能源的发展现状，从市场机制问题和电网运行安全问题两方面探讨分析可再生能源参与电力现货市场的关键问题，提出在市场机制方面，可再生能源参与电力现货市场的必要性可以通过公平性测试和竞争性测试来确定，在电网安全运行方面，可再生能源参与电力现货市场的可行性可以通过电量平衡、电力平衡和系统调峰爬坡能力来分析。通过对某地区未来可再生能源参与电力现货市场案例分析，提出应建设深度调峰辅助服务市场，通过市场来激励火电机组参与深度调峰，提供充分灵活调节能力保障可再生能源消纳和电网的安全运行。
2022, 39(2): 212-218.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0108
摘要:
为了提高风电功率的预测精度，针对风电数据间歇性与时序性的特点，提出了一种基于注意力机制的卷积神经网络–长短期记忆（convolutional neural networks-long short-term memory, CNN-LSTM）网络预测模型。首先利用CNN提取风电数据动态变化的多维特征，然后将特征向量构造成时序形式并作为LSTM网络的输入，最后使用注意力机制进行优化，通过赋予LSTM网络隐含层不同的权重，增强重要信息的作用，完成风电功率预测。采用国内某风电场的风电数据进行实验，结果表明该模型比支持向量机、LSTM模型、CNN-LSTM模型具有更好的预测精度。
为了提高风电功率的预测精度，针对风电数据间歇性与时序性的特点，提出了一种基于注意力机制的卷积神经网络–长短期记忆（convolutional neural networks-long short-term memory, CNN-LSTM）网络预测模型。首先利用CNN提取风电数据动态变化的多维特征，然后将特征向量构造成时序形式并作为LSTM网络的输入，最后使用注意力机制进行优化，通过赋予LSTM网络隐含层不同的权重，增强重要信息的作用，完成风电功率预测。采用国内某风电场的风电数据进行实验，结果表明该模型比支持向量机、LSTM模型、CNN-LSTM模型具有更好的预测精度。
2022, 39(2): 219-227.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0065
摘要:
下垂控制作为实现微网协调控制与储能单元（energy storage unit，ESU）荷电状态（state of charge，SOC）均衡的典型方法，受到ESU自身的SOC、容量、极限功率限制，以及母线电压质量、不匹配线路阻抗的影响。综合上述因素，提出了一种基于自适应下垂控制的直流微网能量管理策略，ESU之间根据自身SOC与容量进行功率分配，有效地避免了ESU的过充过放，同时引入电压补偿环节与功率补偿环节，分别消除了下垂控制引起的电压偏差与线路阻抗造成的功率偏差；设置功率调整环节避免出现ESU功率分配超限。最后，通过仿真验证了所提能量管理策略的有效性。
下垂控制作为实现微网协调控制与储能单元（energy storage unit，ESU）荷电状态（state of charge，SOC）均衡的典型方法，受到ESU自身的SOC、容量、极限功率限制，以及母线电压质量、不匹配线路阻抗的影响。综合上述因素，提出了一种基于自适应下垂控制的直流微网能量管理策略，ESU之间根据自身SOC与容量进行功率分配，有效地避免了ESU的过充过放，同时引入电压补偿环节与功率补偿环节，分别消除了下垂控制引起的电压偏差与线路阻抗造成的功率偏差；设置功率调整环节避免出现ESU功率分配超限。最后，通过仿真验证了所提能量管理策略的有效性。
2022, 39(2): 228-235.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0089
摘要:
为实现风电平滑并网，在满足风电波动要求的基础上，以减少风电平滑输出时间延时和降低混合储能容量为目的，设计了一个基于递归模糊神经网络与规则控制相结合的风电平滑并网策略。首先，通过递归模糊神经网络对风电原始出力进行平抑，获得符合国家1 min/10 min风电波动要求的并网功率。其次，依据混合储能系统各自的约束条件(如功率、荷电状态等)建立基于规则控制的功率分配算法，实现了功率在混合储能系统之间的合理分配。最后，以新疆地区的风电历史数据为依据，在Matlab/Simulink中进行仿真，结果表明该平滑策略是合理和有效的。
为实现风电平滑并网，在满足风电波动要求的基础上，以减少风电平滑输出时间延时和降低混合储能容量为目的，设计了一个基于递归模糊神经网络与规则控制相结合的风电平滑并网策略。首先，通过递归模糊神经网络对风电原始出力进行平抑，获得符合国家1 min/10 min风电波动要求的并网功率。其次，依据混合储能系统各自的约束条件(如功率、荷电状态等)建立基于规则控制的功率分配算法，实现了功率在混合储能系统之间的合理分配。最后，以新疆地区的风电历史数据为依据，在Matlab/Simulink中进行仿真，结果表明该平滑策略是合理和有效的。
2022, 39(2): 236-245.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0050
摘要:
能源危机是目前全球各国面临的共同难题，各国专家学者均积极研究能源可持续利用。因此，可再生能源逐渐受到研究者们的青睐，新能源并网比例不断增加。但是由此引发的新能源消纳问题是一大挑战。为解决这一问题，在由热电联产机组、燃气轮机、电锅炉、电转气设备及储能设备组成的微能源网中，在考虑电负荷需求响应的同时，在微能源网中引入电动汽车，以系统运行成本最小为目标函数，建立微能源网日前调度混合整数线性模型。热电联产实现了能源的分级利用，提高系统对电与热的利用率；电转气设备可以把网络中过剩的新能源出力转换为天然气并储存在天然气网络和储气设备中；储能设备在一定程度上打破了电热耦合制约，增加了各能源之间的调度灵活性；考虑需求响应后，微能源网调度灵活性提高，可以实时根据电价变化与负荷变化进行调度，起到“削峰填谷”的作用。最后通过算例仿真分析验证了模型的有效性。
能源危机是目前全球各国面临的共同难题，各国专家学者均积极研究能源可持续利用。因此，可再生能源逐渐受到研究者们的青睐，新能源并网比例不断增加。但是由此引发的新能源消纳问题是一大挑战。为解决这一问题，在由热电联产机组、燃气轮机、电锅炉、电转气设备及储能设备组成的微能源网中，在考虑电负荷需求响应的同时，在微能源网中引入电动汽车，以系统运行成本最小为目标函数，建立微能源网日前调度混合整数线性模型。热电联产实现了能源的分级利用，提高系统对电与热的利用率；电转气设备可以把网络中过剩的新能源出力转换为天然气并储存在天然气网络和储气设备中；储能设备在一定程度上打破了电热耦合制约，增加了各能源之间的调度灵活性；考虑需求响应后，微能源网调度灵活性提高，可以实时根据电价变化与负荷变化进行调度，起到“削峰填谷”的作用。最后通过算例仿真分析验证了模型的有效性。
2022, 39(2): 246-252.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0100
摘要:
随着风电、光伏等新能源大规模接入电网，地理位置相接近的风电场之间、光伏电站之间、以及风电场和光伏电站之间显现出较强的相关性。现有电力系统规划时，通常按照各个风电场、光伏电站的装机容量相加进行电网规划的校核计算，然而由于风电光伏之间存在互补性，同时达到最大出力的概率很小，因此会造成电网资源的浪费，使得经济性下降。为此，提出了计及风电–光伏场群出力特性的概率潮流分析模型，并采用结合半不变量和Gram-Charlier级数展开的方法对其进行求解。在IEEE 39节点的系统中，通过与蒙特卡罗法的模拟结果进行对比，验证所提模型和算法在概率潮流中应用的有效性和准确性，同时通过分析得出结论：对于联络线路，不考虑风–光相关性的潮流总是大于考虑了风光相关性的潮流。
随着风电、光伏等新能源大规模接入电网，地理位置相接近的风电场之间、光伏电站之间、以及风电场和光伏电站之间显现出较强的相关性。现有电力系统规划时，通常按照各个风电场、光伏电站的装机容量相加进行电网规划的校核计算，然而由于风电光伏之间存在互补性，同时达到最大出力的概率很小，因此会造成电网资源的浪费，使得经济性下降。为此，提出了计及风电–光伏场群出力特性的概率潮流分析模型，并采用结合半不变量和Gram-Charlier级数展开的方法对其进行求解。在IEEE 39节点的系统中，通过与蒙特卡罗法的模拟结果进行对比，验证所提模型和算法在概率潮流中应用的有效性和准确性，同时通过分析得出结论：对于联络线路，不考虑风–光相关性的潮流总是大于考虑了风光相关性的潮流。
