2021年 第38卷 第2期
2021, 38(2): 119-128.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0326
摘要:
泛在电力物联网对于我国电网未来绿色健康发展意义重大。为阐明泛在电力物联网的意义，首先详细分析了泛在电力物联网的概念、建设目标和目前存在的问题。继而研究了其所运用的大数据、云计算、区块链和人工智能等技术及其在电力系统中的应用。最后，总结分析了泛在电力物联网的应用场景，并针对泛在电力物联网的未来发展提出了相关的建议。
泛在电力物联网对于我国电网未来绿色健康发展意义重大。为阐明泛在电力物联网的意义，首先详细分析了泛在电力物联网的概念、建设目标和目前存在的问题。继而研究了其所运用的大数据、云计算、区块链和人工智能等技术及其在电力系统中的应用。最后，总结分析了泛在电力物联网的应用场景，并针对泛在电力物联网的未来发展提出了相关的建议。
2021, 38(2): 129-137.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0256
摘要:
综合能源系统能量的合理协调是确保其经济稳定运行的重要基础，提出了一种基于多代理系统（multi-agent system, MAS）的综合能源系统能量协调方案，构建了由本地层、能源中心层、网络层和系统层共同组成的分层分布式MAS结构模型。设定能源中心层代理及系统层代理作为MAS结构中的目标代理，均具备以经济性最优为目标的能量协调策略；同时基于合同网协议对不同层间代理的通信模式及策略进行定义，用以实现代理间数据的有序交互；最后，采用JAVA语言，在JADE软件平台上编写了所提出的MAS完整框架，通过修改后的IEEE5节点配电系统和7节点天然气系统仿真算例对方法进行验证，结果表明，在不同运行环境下，MAS均可稳定运行并生成综合能源系统能量协调优化策略。
综合能源系统能量的合理协调是确保其经济稳定运行的重要基础，提出了一种基于多代理系统（multi-agent system, MAS）的综合能源系统能量协调方案，构建了由本地层、能源中心层、网络层和系统层共同组成的分层分布式MAS结构模型。设定能源中心层代理及系统层代理作为MAS结构中的目标代理，均具备以经济性最优为目标的能量协调策略；同时基于合同网协议对不同层间代理的通信模式及策略进行定义，用以实现代理间数据的有序交互；最后，采用JAVA语言，在JADE软件平台上编写了所提出的MAS完整框架，通过修改后的IEEE5节点配电系统和7节点天然气系统仿真算例对方法进行验证，结果表明，在不同运行环境下，MAS均可稳定运行并生成综合能源系统能量协调优化策略。
2021, 38(2): 138-146.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0329
摘要:
短期电力负荷具有较强的随机性和波动性，其预测的准确性对于提升供电可靠性、电力系统运行经济性至关重要。针对传统确定性预测不能反映未来负荷波动的弊端，基于“点预测+区间估计”的思路提出了一种短期负荷区间预测方法。首先基于自适应噪声完备经验模态分解方法将负荷序列分解为多个模态分量，并根据不同序列样本熵的计算结果将序列进行重构以降低运算量。在此基础上，针对每一个分量分别构建长短期记忆神经网络预测模型，得到未来负荷点预测值。基于此利用核密度估计方法对预测误差的分布进行估计，进而结合点预测结果实现未来短期负荷的区间预测。通过将此模型与其他模型进行对比，结果表明此模型能够实现更低的点预测误差，同时在区间预测中也表现出更好的综合性能。
短期电力负荷具有较强的随机性和波动性，其预测的准确性对于提升供电可靠性、电力系统运行经济性至关重要。针对传统确定性预测不能反映未来负荷波动的弊端，基于“点预测+区间估计”的思路提出了一种短期负荷区间预测方法。首先基于自适应噪声完备经验模态分解方法将负荷序列分解为多个模态分量，并根据不同序列样本熵的计算结果将序列进行重构以降低运算量。在此基础上，针对每一个分量分别构建长短期记忆神经网络预测模型，得到未来负荷点预测值。基于此利用核密度估计方法对预测误差的分布进行估计，进而结合点预测结果实现未来短期负荷的区间预测。通过将此模型与其他模型进行对比，结果表明此模型能够实现更低的点预测误差，同时在区间预测中也表现出更好的综合性能。
2021, 38(2): 147-155.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0344
摘要:
针对可再生能源出力和负荷功率的不确定性，提出了日前计划-日内调度的孤岛型微电网鲁棒优化算法，其中日前计划针对可能出现的最恶劣场景，利用列约束生成算法将问题分解为主问题和子问题，交互迭代求解最优经济调度方案；日内调度阶段，利用每一时段的实时测量信息，基于日前计划调度结果对调整成本进行二次优化，通过对传统能源发电的功率调整进行惩罚来追踪日前计划调度结果，并对弃风、弃光功率进行分段惩罚，最大程度地消纳可再生能源。算例表明：该算法能使微电网在输入输出不确定情况下保持良好的鲁棒性和经济性，验证了算法的有效性。
针对可再生能源出力和负荷功率的不确定性，提出了日前计划-日内调度的孤岛型微电网鲁棒优化算法，其中日前计划针对可能出现的最恶劣场景，利用列约束生成算法将问题分解为主问题和子问题，交互迭代求解最优经济调度方案；日内调度阶段，利用每一时段的实时测量信息，基于日前计划调度结果对调整成本进行二次优化，通过对传统能源发电的功率调整进行惩罚来追踪日前计划调度结果，并对弃风、弃光功率进行分段惩罚，最大程度地消纳可再生能源。算例表明：该算法能使微电网在输入输出不确定情况下保持良好的鲁棒性和经济性，验证了算法的有效性。
2021, 38(2): 156-163.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0245
摘要:
当具有恒功率特性的负荷与源侧换流器级联时，会降低直流微网系统的阻尼，带来稳定性问题。针对上述问题，采用TS模糊模型，对含恒功率负荷的非线性直流微网系统进行建模。为有效抵抗直流微网和控制系统参数的不确定性，设计了一种鲁棒非脆弱控制器，在计算参数不确定矩阵的基础上，推导以线性矩阵不等式表示的Lyapunov指数稳定条件。经Matlab/Simulink仿真测试，所设计控制器满足直流微网对于稳定性的要求，能够提高闭环系统的暂态性能，对系统及控制器内部的不确定性拥有较强的鲁棒性。
当具有恒功率特性的负荷与源侧换流器级联时，会降低直流微网系统的阻尼，带来稳定性问题。针对上述问题，采用TS模糊模型，对含恒功率负荷的非线性直流微网系统进行建模。为有效抵抗直流微网和控制系统参数的不确定性，设计了一种鲁棒非脆弱控制器，在计算参数不确定矩阵的基础上，推导以线性矩阵不等式表示的Lyapunov指数稳定条件。经Matlab/Simulink仿真测试，所设计控制器满足直流微网对于稳定性的要求，能够提高闭环系统的暂态性能，对系统及控制器内部的不确定性拥有较强的鲁棒性。
2021, 38(2): 164-170.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0282
摘要:
模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)能够实现无功功率的独立控制和快速调节，MMC柔直换流站可以作为一种厂站级调节资源，提升电力系统无功区域优化水平。为此，针对MMC柔直换流站无功调节能力展开研究。首先，基于典型单端MMC柔直换流站拓扑建立数学模型；其次，分析影响柔直换流站无功能力的设备能力限制和系统运行状态2大类影响因素，提出联结变压器额定容量、联结变压器阀侧耐过电流水平和电压调制比3个约束条件，并推导了无功能力的计算步骤；最后，以张北±500 kV四端柔直电网工程为例，阐述了其在不同有功负荷、直流电压、并网点电压等稳态运行工况下的无功能力和对应的主要约束条件，为柔直工程无功电压控制策略设计和无功安全裕度控制提供了依据。
模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)能够实现无功功率的独立控制和快速调节，MMC柔直换流站可以作为一种厂站级调节资源，提升电力系统无功区域优化水平。为此，针对MMC柔直换流站无功调节能力展开研究。首先，基于典型单端MMC柔直换流站拓扑建立数学模型；其次，分析影响柔直换流站无功能力的设备能力限制和系统运行状态2大类影响因素，提出联结变压器额定容量、联结变压器阀侧耐过电流水平和电压调制比3个约束条件，并推导了无功能力的计算步骤；最后，以张北±500 kV四端柔直电网工程为例，阐述了其在不同有功负荷、直流电压、并网点电压等稳态运行工况下的无功能力和对应的主要约束条件，为柔直工程无功电压控制策略设计和无功安全裕度控制提供了依据。
2021, 38(2): 171-177.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0234
摘要:
夏季受高温天气的影响，由降温设备所引起的气象负荷日趋变大。针对气象负荷获取困难以及负荷预测精度不高的问题，提出一种新的气象负荷预测方法。首先，为获得准确的气象负荷数据，采用生长曲线来描述基础负荷的增长特性，通过剔除基础负荷来获得气象负荷数据；其次，考虑到夏季高温天气的气温累积效应，需要对高温天气的日最高温度进行修正，提出一种基于气象负荷的温度修正方法及相应模型；最后，建立粒子群优化的极限学习机负荷预测模型，分别对总负荷和气象负荷进行预测。算例分析结果表明，基于生长曲线与气温累积效应提升了负荷预测效果，验证了所提算法和模型的有效性。
夏季受高温天气的影响，由降温设备所引起的气象负荷日趋变大。针对气象负荷获取困难以及负荷预测精度不高的问题，提出一种新的气象负荷预测方法。首先，为获得准确的气象负荷数据，采用生长曲线来描述基础负荷的增长特性，通过剔除基础负荷来获得气象负荷数据；其次，考虑到夏季高温天气的气温累积效应，需要对高温天气的日最高温度进行修正，提出一种基于气象负荷的温度修正方法及相应模型；最后，建立粒子群优化的极限学习机负荷预测模型，分别对总负荷和气象负荷进行预测。算例分析结果表明，基于生长曲线与气温累积效应提升了负荷预测效果，验证了所提算法和模型的有效性。
2021, 38(2): 178-186.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0233
摘要:
针对微电网下电力系统通信易受到拒绝服务攻击(denial of service attack，DoS)、局部信息不开放以及通信带宽受限等问题，提出了一种基于DoS攻击的分布式事件触发的无模型预测补偿能量优化管理控制方法。首先，为了优化微电网能量供给并使得获利最大，给出考虑微电网功率损失的维持供需平衡的最小成本函数；其次，将微电网中的每个部分看作一个智能体并考虑了通信带宽受限问题，提出了一种分布式事件触发一致性算法；随后，提出一种基于输入输出数据的无模型预测控制算法，利用跟踪攻击前时刻的供需不匹配功率来预测补偿当前时刻及其后多个时刻的智能体功率数据缺失；最后，通过仿真实例验证所提出的基于分布式事件触发一致性预测补偿的微电网能量管理方法的有效性。
针对微电网下电力系统通信易受到拒绝服务攻击(denial of service attack，DoS)、局部信息不开放以及通信带宽受限等问题，提出了一种基于DoS攻击的分布式事件触发的无模型预测补偿能量优化管理控制方法。首先，为了优化微电网能量供给并使得获利最大，给出考虑微电网功率损失的维持供需平衡的最小成本函数；其次，将微电网中的每个部分看作一个智能体并考虑了通信带宽受限问题，提出了一种分布式事件触发一致性算法；随后，提出一种基于输入输出数据的无模型预测控制算法，利用跟踪攻击前时刻的供需不匹配功率来预测补偿当前时刻及其后多个时刻的智能体功率数据缺失；最后，通过仿真实例验证所提出的基于分布式事件触发一致性预测补偿的微电网能量管理方法的有效性。
2021, 38(2): 187-192.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0307
摘要:
低电压穿越能力是各国风电场并网规程对风电机组提出的最具挑战性的要求之一。风电机组在低电压穿越期间的性能和过电流的大小除了和故障的类型有关外，还和故障发生时电网电压的相位有关。为了研究和测试风电机组在最严峻的故障情况下的低电压穿越性能，研制了一种采用交流无触点开关的基于阻抗形式的电网电压不对称跌落发生器，应用电阻-电容-二极管吸收电路吸收绝缘栅双极型晶体管两端的过电压，采用改进的反正切函数准确计算电网电压相位角，采用单片机作为控制器。实验结果表明该装置能够比较准确地在电网设定相位模拟电网不对称电压跌落故障，且该装置结构简单，实现方便，制作成本相对较低，实用性较强。
低电压穿越能力是各国风电场并网规程对风电机组提出的最具挑战性的要求之一。风电机组在低电压穿越期间的性能和过电流的大小除了和故障的类型有关外，还和故障发生时电网电压的相位有关。为了研究和测试风电机组在最严峻的故障情况下的低电压穿越性能，研制了一种采用交流无触点开关的基于阻抗形式的电网电压不对称跌落发生器，应用电阻-电容-二极管吸收电路吸收绝缘栅双极型晶体管两端的过电压，采用改进的反正切函数准确计算电网电压相位角，采用单片机作为控制器。实验结果表明该装置能够比较准确地在电网设定相位模拟电网不对称电压跌落故障，且该装置结构简单，实现方便，制作成本相对较低，实用性较强。
2021, 38(2): 193-204.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0305
摘要:
储能配置是综合负荷聚合商(integrated load aggregator，ILA)参与综合能源系统，保证自身发展的重要手段之一。然而，在与ILA相关的研究结果中，鲜有关于ILA侧最优储能配置的报道。为此在建立电−气联合市场机制的基础上，引入信息间隙决策理论(information gap decision theory，IGDT)方法，对此进行研究。首先，构建电−气联合市场机制，以ILA年费用最小化为目标，建立市场机制下ILA储能优化配置模型。其次，针对电−气市场中的实时电价和气价的不确定性，引入IGDT，得到2种不同风险态度的ILA储能优化配置模型。最后，通过算例分析，得到不同风险态度下ILA的储能容量配置及对应的购售电/气策略；并分析不同日前电价和气价对储能配置的影响，以及不同储能配置方案对ILA经济性的影响。
储能配置是综合负荷聚合商(integrated load aggregator，ILA)参与综合能源系统，保证自身发展的重要手段之一。然而，在与ILA相关的研究结果中，鲜有关于ILA侧最优储能配置的报道。为此在建立电−气联合市场机制的基础上，引入信息间隙决策理论(information gap decision theory，IGDT)方法，对此进行研究。首先，构建电−气联合市场机制，以ILA年费用最小化为目标，建立市场机制下ILA储能优化配置模型。其次，针对电−气市场中的实时电价和气价的不确定性，引入IGDT，得到2种不同风险态度的ILA储能优化配置模型。最后，通过算例分析，得到不同风险态度下ILA的储能容量配置及对应的购售电/气策略；并分析不同日前电价和气价对储能配置的影响，以及不同储能配置方案对ILA经济性的影响。
2021, 38(2): 205-212.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0303
摘要:
针对储能电池在参与电网二次调频过程中的寿命损耗问题，提出一种计及电池寿命的混合储能参与调频的控制策略。在含有磷酸铁锂电池和铅炭电池的混合储能系统中，考虑放电深度、循环使用次数等因素，建立电池寿命模型；在功率分配环节，利用一阶低通滤波器对区域控制需求信号进行高低频的划分；综合考虑混合储能损耗、调频需求及评价指标等约束，以滤波时间常数为优化变量，进而建立以经济效益最大为目标的混合储能系统调频模型。利用Matlab/Simulink对含有混合储能的区域电网二次调频模型进行仿真验证，结果表明该模型不仅能有效改善调频性能，而且对降低电池损耗及后期更换成本具有重要意义。
针对储能电池在参与电网二次调频过程中的寿命损耗问题，提出一种计及电池寿命的混合储能参与调频的控制策略。在含有磷酸铁锂电池和铅炭电池的混合储能系统中，考虑放电深度、循环使用次数等因素，建立电池寿命模型；在功率分配环节，利用一阶低通滤波器对区域控制需求信号进行高低频的划分；综合考虑混合储能损耗、调频需求及评价指标等约束，以滤波时间常数为优化变量，进而建立以经济效益最大为目标的混合储能系统调频模型。利用Matlab/Simulink对含有混合储能的区域电网二次调频模型进行仿真验证，结果表明该模型不仅能有效改善调频性能，而且对降低电池损耗及后期更换成本具有重要意义。
2021, 38(2): 213-220.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0415
摘要:
由于风电和负荷的不匹配导致日净负荷的峰谷差增大, 引发输电堵塞和增加电网调峰压力，通过调控广义储能资源可以降低高风电渗透率下净负荷峰谷差过大、输电网短时阻塞的问题。首先，根据规划年各日净负荷波动曲线之间的相似度将其聚合为不同的场景；其次，以输电网和广义储能的投资成本、刚性负荷波动曲线与各节点广义储能出力曲线之间的相似度为优化目标，选择每种聚合结果中最大的日净负荷曲线作为典型场景，通过优化求解得到日净负荷波动趋势和经济性皆优的输电网和广义储能规划方案；最后，采用修正的Garver-6 节点系统验证了此方法的有效性。
由于风电和负荷的不匹配导致日净负荷的峰谷差增大, 引发输电堵塞和增加电网调峰压力，通过调控广义储能资源可以降低高风电渗透率下净负荷峰谷差过大、输电网短时阻塞的问题。首先，根据规划年各日净负荷波动曲线之间的相似度将其聚合为不同的场景；其次，以输电网和广义储能的投资成本、刚性负荷波动曲线与各节点广义储能出力曲线之间的相似度为优化目标，选择每种聚合结果中最大的日净负荷曲线作为典型场景，通过优化求解得到日净负荷波动趋势和经济性皆优的输电网和广义储能规划方案；最后，采用修正的Garver-6 节点系统验证了此方法的有效性。
2021, 38(2): 221-229.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0283
摘要:
插电式电动汽车(plug-in electric vehicles, PEV)近年来发展迅速，考虑PEV并网后的差异性需求，提出一种计及PEV需求差异的智能电网调度策略：根据需求差异将PEV分为无序充电PEV、可调度充电PEV和可调度充放电PEV，之后提出考虑高低功率调控差异性将可调度PEV分为高功率可调度PEV和低功率可调度PEV。最后，构建以智能电网运行成本最小和电动汽车支付费用最小的多目标优化调度模型。算例结果表明在考虑PEV差异性需求的情况下通过合理调度PEV可以有效提高可再生能源消纳能力、降低智能电网运行成本和PEV车主支付费用。
插电式电动汽车(plug-in electric vehicles, PEV)近年来发展迅速，考虑PEV并网后的差异性需求，提出一种计及PEV需求差异的智能电网调度策略：根据需求差异将PEV分为无序充电PEV、可调度充电PEV和可调度充放电PEV，之后提出考虑高低功率调控差异性将可调度PEV分为高功率可调度PEV和低功率可调度PEV。最后，构建以智能电网运行成本最小和电动汽车支付费用最小的多目标优化调度模型。算例结果表明在考虑PEV差异性需求的情况下通过合理调度PEV可以有效提高可再生能源消纳能力、降低智能电网运行成本和PEV车主支付费用。
2021, 38(2): 230-236.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0374
摘要:
充电桩的选址不合理问题，已成为限制电动汽车推广的重要因素。首先通过分析充电桩覆盖范围、需求点空间位置以及各地建设费用等因素对充电桩布局优化的影响，建立以充电范围全覆盖且数量最少、成本费用最低为目标函数的集合覆盖模型。然后，结合贪心算法和熵权法给出该模型的求解过程。最后，以青岛市黄岛区为实际算例，验证了该模型的可行性，得出该模型能够兼顾充电桩利用率和成本费用的结论，对充电桩的建设选址具有一定参考价值。
充电桩的选址不合理问题，已成为限制电动汽车推广的重要因素。首先通过分析充电桩覆盖范围、需求点空间位置以及各地建设费用等因素对充电桩布局优化的影响，建立以充电范围全覆盖且数量最少、成本费用最低为目标函数的集合覆盖模型。然后，结合贪心算法和熵权法给出该模型的求解过程。最后，以青岛市黄岛区为实际算例，验证了该模型的可行性，得出该模型能够兼顾充电桩利用率和成本费用的结论，对充电桩的建设选址具有一定参考价值。
