2020年 第37卷 第1期
2020, 37(1): 1-9.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.1063
摘要:
建设泛在电力物联网是实现我国能源生产和消费转型目标的关键步骤。从物联网在电力和能源系统中的利益问题出发，论述了利益驱动的泛在电力物联网的意义，提出了实施的关键技术和应用前景，其中，利益是泛在电力物联网发展的动力，经济价值回收是其可持续发展的关键。首先，分析了电力物联网演化到泛在电力物联网的过程，给出了电力物联网在不同文献中的定义，并提炼出泛在电力物联网的核心思想。在此基础上，阐述了泛在电力物联网在建设中所面临的挑战、需要的关键技术以及期望的目标。然后，结合国家电网公司的泛在电力物联网建设大纲，对泛在电力物联网的发展前景、开展形式和经济价值回收方式进行了探讨。最后，对泛在电力物联网在可再生能源高效利用和提高企业收益方面进行了分析和展望。
建设泛在电力物联网是实现我国能源生产和消费转型目标的关键步骤。从物联网在电力和能源系统中的利益问题出发，论述了利益驱动的泛在电力物联网的意义，提出了实施的关键技术和应用前景，其中，利益是泛在电力物联网发展的动力，经济价值回收是其可持续发展的关键。首先，分析了电力物联网演化到泛在电力物联网的过程，给出了电力物联网在不同文献中的定义，并提炼出泛在电力物联网的核心思想。在此基础上，阐述了泛在电力物联网在建设中所面临的挑战、需要的关键技术以及期望的目标。然后，结合国家电网公司的泛在电力物联网建设大纲，对泛在电力物联网的发展前景、开展形式和经济价值回收方式进行了探讨。最后，对泛在电力物联网在可再生能源高效利用和提高企业收益方面进行了分析和展望。
2020, 37(1): 27-34.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0110
摘要:
针对主动配电网的日前-日内两阶段优化调度问题，首先构建了配电管理系统总揽全局、区域调控终端负责分区的调控框架。采用经济性与安全性协调统一的两阶段调度策略：日前执行经济调度，降低主动配电网(active distribution network，ADN)运行成本；日内阶段正常时各子区域跟踪日前计划进行分区局部修正，存在电压越限时DMS执行系统全局调整以消除越限。建立了日前经济调度、日内分区局部功率修正与系统全局电压调整的数学优化模型，并采用和声搜索算法来求解调度模型。最后通过算例分析，验证了所提调度方法能够适用于日前-日内两个阶段，保障ADN经济安全运行。
针对主动配电网的日前-日内两阶段优化调度问题，首先构建了配电管理系统总揽全局、区域调控终端负责分区的调控框架。采用经济性与安全性协调统一的两阶段调度策略：日前执行经济调度，降低主动配电网(active distribution network，ADN)运行成本；日内阶段正常时各子区域跟踪日前计划进行分区局部修正，存在电压越限时DMS执行系统全局调整以消除越限。建立了日前经济调度、日内分区局部功率修正与系统全局电压调整的数学优化模型，并采用和声搜索算法来求解调度模型。最后通过算例分析，验证了所提调度方法能够适用于日前-日内两个阶段，保障ADN经济安全运行。
2020, 37(1): 35-41.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0263
摘要:
随着大量分布式光伏并入配电网，重要负荷节点电压越限的紧急情况更容易发生，这对当前潮流状态下电压控制的快速性提出了更高的要求。考虑电压集中控制方式控制过程复杂且传统的分区方法耗时较长等问题，首先以节点间的综合电压灵敏度为基础计算节点电气距离，根据电气距离构建节点相似度矩阵，并采用快速搜索与发现密度峰值聚类算法对配电网进行快速分区；然后考虑本地光伏独立调压能力的不足，提出了一种先无功后有功的电压分区协调控制策略；最后通过IEEE33配电网算例的仿真结果验证了该分区方法的快速性和电压分区协调控制策略的有效性。
随着大量分布式光伏并入配电网，重要负荷节点电压越限的紧急情况更容易发生，这对当前潮流状态下电压控制的快速性提出了更高的要求。考虑电压集中控制方式控制过程复杂且传统的分区方法耗时较长等问题，首先以节点间的综合电压灵敏度为基础计算节点电气距离，根据电气距离构建节点相似度矩阵，并采用快速搜索与发现密度峰值聚类算法对配电网进行快速分区；然后考虑本地光伏独立调压能力的不足，提出了一种先无功后有功的电压分区协调控制策略；最后通过IEEE33配电网算例的仿真结果验证了该分区方法的快速性和电压分区协调控制策略的有效性。
2020, 37(1): 10-18.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0031
摘要:
天气因素对电动汽车接入家庭(vehicle-to-home, V2H)微电网经济调度有显著的影响，仅从供给或需求侧量化其影响无法反映源荷间的实际联动关系。从分析典型V2H微电网结构入手，在供给侧和需求侧，分别搭建了受天气影响的光伏与储能装置出力模型和电动汽车负荷与家庭负荷模型；由此，建立了以局域用户电能支出成本为目标的V2H微电网经济调度模型，并采用粒子群算法对4种典型天气情形下的经济调度策略进行求解。仿真实验表明，为克服天气对V2H微电网经济效益的显著影响，选择合理的储能单元是必要手段，其单元容量、充放电次数等性能参数对优化调度结果有直接影响；同时考虑供给侧和需求侧的微电网经济调度模型较传统单一侧调度更能反映实际系统联动情况，验证了所提模型的合理性与有效性。
天气因素对电动汽车接入家庭(vehicle-to-home, V2H)微电网经济调度有显著的影响，仅从供给或需求侧量化其影响无法反映源荷间的实际联动关系。从分析典型V2H微电网结构入手，在供给侧和需求侧，分别搭建了受天气影响的光伏与储能装置出力模型和电动汽车负荷与家庭负荷模型；由此，建立了以局域用户电能支出成本为目标的V2H微电网经济调度模型，并采用粒子群算法对4种典型天气情形下的经济调度策略进行求解。仿真实验表明，为克服天气对V2H微电网经济效益的显著影响，选择合理的储能单元是必要手段，其单元容量、充放电次数等性能参数对优化调度结果有直接影响；同时考虑供给侧和需求侧的微电网经济调度模型较传统单一侧调度更能反映实际系统联动情况，验证了所提模型的合理性与有效性。
2020, 37(1): 19-26.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0121
摘要:
为实现广域分布式能源系统的高度自治性和鲁棒性，提出了一种用于互联微电网(interconnected microgrids, IMG)的分布式鲁棒经济调度(distributed robust economic dispatch, DRED)。首先，应用多智能体理论搭建IMG的分层分布式调度框架；其次，为了解决分布式鲁棒优化问题，将原问题分解为多层问题，在上两层进行可行性测试和联络线功率优化。在此研究结果的基础上，运用库存理论对可再生能源和负荷的不确定性进行了研究；最后，以一个实际的IMG系统为例，通过对分散和集中式鲁棒方案的比较，验证了该策略的收敛性和可行性。该模型在计算复杂度上也优于传统的DRED模型，利用概率信息实现了某一置信水平下的最优调度。
为实现广域分布式能源系统的高度自治性和鲁棒性，提出了一种用于互联微电网(interconnected microgrids, IMG)的分布式鲁棒经济调度(distributed robust economic dispatch, DRED)。首先，应用多智能体理论搭建IMG的分层分布式调度框架；其次，为了解决分布式鲁棒优化问题，将原问题分解为多层问题，在上两层进行可行性测试和联络线功率优化。在此研究结果的基础上，运用库存理论对可再生能源和负荷的不确定性进行了研究；最后，以一个实际的IMG系统为例，通过对分散和集中式鲁棒方案的比较，验证了该策略的收敛性和可行性。该模型在计算复杂度上也优于传统的DRED模型，利用概率信息实现了某一置信水平下的最优调度。
2020, 37(1): 42-50.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0072
摘要:
可再生分布式电源高比例接入，其出力随机性叠加负荷波动性，极大地增加了配电网无功电压调控难度。结合风电、光伏等可再生分布式电源的动态无功调节特性，提出配电网动态分区实时无功优化方法。基于配电网辐射状结构特性，根据支路末端节点性质逆向初步合并，以最大模块度函数为衡量指标进行初始分区，并根据实时运行状态和无功储备约束调整分区，形成可满足动态无功调节的最佳分区方案，然后执行分区实时无功电压调控。最后，以IEEE33节点系统为例通过MATLAB编程进行仿真分析，结果表明：日内实时控制与动态分区相结合，有效提高系统无功电压控制快速性和精确性。
可再生分布式电源高比例接入，其出力随机性叠加负荷波动性，极大地增加了配电网无功电压调控难度。结合风电、光伏等可再生分布式电源的动态无功调节特性，提出配电网动态分区实时无功优化方法。基于配电网辐射状结构特性，根据支路末端节点性质逆向初步合并，以最大模块度函数为衡量指标进行初始分区，并根据实时运行状态和无功储备约束调整分区，形成可满足动态无功调节的最佳分区方案，然后执行分区实时无功电压调控。最后，以IEEE33节点系统为例通过MATLAB编程进行仿真分析，结果表明：日内实时控制与动态分区相结合，有效提高系统无功电压控制快速性和精确性。
2020, 37(1): 66-73.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2018.1332
摘要:
风电的大规模渗透，使分布式发电系统的自动发电控制(automatic generation control, AGC)必须应对自然环境不确定性所带来的影响，构建了风电机组参与频率调节的区域互联电网AGC模型；然后，对风机虚拟惯性的控制特性进行了分析，将其应用于短时负荷波动的快速响应；在此基础上，提出一种对带有二阶微分的比例积分微分控制器(proportional integral differential plus second order derivative, PIDD2)进行预测优化的控制策略。通过建立含PIDD2控制器的AGC模型，采用预测算法计算该系统的最优预测序列，并据此调整PIDD2控制器的参考信号，从而获取最优的AGC效果。仿真结果表明：在大规模风电渗透的AGC系统中，所提方法能有效解决传统固定参数PID控制器对系统动态变化所表现的不适应性问题。
风电的大规模渗透，使分布式发电系统的自动发电控制(automatic generation control, AGC)必须应对自然环境不确定性所带来的影响，构建了风电机组参与频率调节的区域互联电网AGC模型；然后，对风机虚拟惯性的控制特性进行了分析，将其应用于短时负荷波动的快速响应；在此基础上，提出一种对带有二阶微分的比例积分微分控制器(proportional integral differential plus second order derivative, PIDD2)进行预测优化的控制策略。通过建立含PIDD2控制器的AGC模型，采用预测算法计算该系统的最优预测序列，并据此调整PIDD2控制器的参考信号，从而获取最优的AGC效果。仿真结果表明：在大规模风电渗透的AGC系统中，所提方法能有效解决传统固定参数PID控制器对系统动态变化所表现的不适应性问题。
2020, 37(1): 74-82.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2018.1410
摘要:
提出了一种含混合储能的独立微电网多时间尺度协调控制策略。该控制策略采用“日前优化+日内滚动+实时控制”的方式，对各发电机组的启停和出力计划、负荷投切计划和储能系统的控制进行决策，并且不断修正。该策略可以有效地减轻预测误差带来的影响，从而提高含混合储能的独立微电网运行的稳定性与经济性。
提出了一种含混合储能的独立微电网多时间尺度协调控制策略。该控制策略采用“日前优化+日内滚动+实时控制”的方式，对各发电机组的启停和出力计划、负荷投切计划和储能系统的控制进行决策，并且不断修正。该策略可以有效地减轻预测误差带来的影响，从而提高含混合储能的独立微电网运行的稳定性与经济性。
2020, 37(1): 98-103.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0114
摘要:
针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象，采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器，为了解决直流侧电压平衡问题，在输入电压和输出负载不对称时，提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡，建立了每相平均功率与负序电压之间的关系，在dq坐标系中对负序电压进行了计算，避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流，无需对电流进行正负序分离，只需采用单电流内环控制。另外，在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。
针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象，采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器，为了解决直流侧电压平衡问题，在输入电压和输出负载不对称时，提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡，建立了每相平均功率与负序电压之间的关系，在dq坐标系中对负序电压进行了计算，避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流，无需对电流进行正负序分离，只需采用单电流内环控制。另外，在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。
2020, 37(1): 104-110.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0135
摘要:
模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）进行电磁暂态仿真时，面临着控制元件数量庞大、数据信号维数转换复杂等建模方面的问题。针对上述问题，提出了采用载波相移脉宽调制的MMC控制系统的高效建模方法。通过调用子程序实现经典控制器封装，解决了高维信号交互以及控制元件数量庞大的问题。通过控制模块自身重复调用等效子程序代替了建模过程中需要不断复制控制元件的过程，大大减少了仿真占用的计算资源。通过数组的形式进行多维数据交互，进一步简化了MMC建模过程。经PSCAD/EMTDC的仿真测试，提出的封装控制模型在降低建模规模的同时，具备与控制元件搭成的控制模型相同的精度。
模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）进行电磁暂态仿真时，面临着控制元件数量庞大、数据信号维数转换复杂等建模方面的问题。针对上述问题，提出了采用载波相移脉宽调制的MMC控制系统的高效建模方法。通过调用子程序实现经典控制器封装，解决了高维信号交互以及控制元件数量庞大的问题。通过控制模块自身重复调用等效子程序代替了建模过程中需要不断复制控制元件的过程，大大减少了仿真占用的计算资源。通过数组的形式进行多维数据交互，进一步简化了MMC建模过程。经PSCAD/EMTDC的仿真测试，提出的封装控制模型在降低建模规模的同时，具备与控制元件搭成的控制模型相同的精度。
2020, 37(1): 51-58.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0004
摘要:
长期以来核电机组在电力系统中都以带基荷的方式运行，随着国家清洁能源政策的推行和第三代压水堆技术的迅速发展及投运，在福建等高核电比例的省份核电参与调峰已成为必然趋势。综述了压水堆核电机组参与电力系统调峰的可行性，分析了不同机组应采用的典型运行模式及日负荷跟踪模式，综合安全性、经济性及低碳环保等要求，给出了不同自然环境及不同能源结构下的联合调峰组合建议，并对目前核电参与电力系统调峰中存在的问题及未来发展方向进行了分析。
长期以来核电机组在电力系统中都以带基荷的方式运行，随着国家清洁能源政策的推行和第三代压水堆技术的迅速发展及投运，在福建等高核电比例的省份核电参与调峰已成为必然趋势。综述了压水堆核电机组参与电力系统调峰的可行性，分析了不同机组应采用的典型运行模式及日负荷跟踪模式，综合安全性、经济性及低碳环保等要求，给出了不同自然环境及不同能源结构下的联合调峰组合建议，并对目前核电参与电力系统调峰中存在的问题及未来发展方向进行了分析。
2020, 37(1): 59-65.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2018.1452
摘要:
针对现阶段新能源电站参与交易后与火电的实时协调控制问题，提出计及多类型市场交易的新能源实时有功控制策略，能够有效提高新能源电站的调控精度和电量公平性。首先提出电站的综合考核指标，建立关于现货申请批复指令的目标函数；其次分析新能源与常规电源协调控制的优化约束，在识别常规机组状态的基础上求解负备用值，优化新能源的出力上限值；最后提出新能源参与跨区现货交易期间，考虑现货交易和中长期计划的两阶段数学模型，提高多种电量成分交易下电网的调控精度和运行经济性。
针对现阶段新能源电站参与交易后与火电的实时协调控制问题，提出计及多类型市场交易的新能源实时有功控制策略，能够有效提高新能源电站的调控精度和电量公平性。首先提出电站的综合考核指标，建立关于现货申请批复指令的目标函数；其次分析新能源与常规电源协调控制的优化约束，在识别常规机组状态的基础上求解负备用值，优化新能源的出力上限值；最后提出新能源参与跨区现货交易期间，考虑现货交易和中长期计划的两阶段数学模型，提高多种电量成分交易下电网的调控精度和运行经济性。
2020, 37(1): 83-89.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0237
摘要:
随着燃气轮机和电转气技术的发展，电-气配网耦合日益加深。另一方面，需求侧响应能削峰填谷，提升系统性能。因此，针对计及需求侧响应的电-气配网协同规划展开研究。首先，在对需求侧响应进行数学分析与建模基础上，以投资成本、维护成本、交易成本和补偿成本之和最小为优化目标，建立配电线路、配气管道、耦合设备规划的混合整数非线性模型。然后，通过分段增量线性化和辅助变量法，将模型化为混合整数线性问题并利用CPLEX求解。最后，将所提方法应用于12节点配电网与10节点配气网的两阶段协同规划，结果表明需求侧响应可降低设备容量需求，减少购能费用，提升规划方案的经济性。
随着燃气轮机和电转气技术的发展，电-气配网耦合日益加深。另一方面，需求侧响应能削峰填谷，提升系统性能。因此，针对计及需求侧响应的电-气配网协同规划展开研究。首先，在对需求侧响应进行数学分析与建模基础上，以投资成本、维护成本、交易成本和补偿成本之和最小为优化目标，建立配电线路、配气管道、耦合设备规划的混合整数非线性模型。然后，通过分段增量线性化和辅助变量法，将模型化为混合整数线性问题并利用CPLEX求解。最后，将所提方法应用于12节点配电网与10节点配气网的两阶段协同规划，结果表明需求侧响应可降低设备容量需求，减少购能费用，提升规划方案的经济性。
2020, 37(1): 90-97.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.0232
摘要:
建立电压源型换流器的高压直流输电系统三阶分段仿射系统模型。针对传统的模型预测控制需要滚动优化的缺点，应用显式模型预测控制的方法，通过多参数二次规划来对状态空间进行凸划分，将原本大量的在线控制计算过程转移到离线阶段进行预计算。为降低其离线计算的复杂度，引入分离函数和误判点的概念，通过严格分离饱和分区的方法，减少需要预计算和划分的分区数量，也间接加快了在线计算时状态量搜索对应分区的速度。通过仿真分析验证了嵌入分离函数后，在负载突增和系统参数变化等环境下显式模型预测控制的控制性能。
建立电压源型换流器的高压直流输电系统三阶分段仿射系统模型。针对传统的模型预测控制需要滚动优化的缺点，应用显式模型预测控制的方法，通过多参数二次规划来对状态空间进行凸划分，将原本大量的在线控制计算过程转移到离线阶段进行预计算。为降低其离线计算的复杂度，引入分离函数和误判点的概念，通过严格分离饱和分区的方法，减少需要预计算和划分的分区数量，也间接加快了在线计算时状态量搜索对应分区的速度。通过仿真分析验证了嵌入分离函数后，在负载突增和系统参数变化等环境下显式模型预测控制的控制性能。
