2021年 第38卷 第3期
2021, 38(3): 237-247.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0260
摘要:
针对具有虚拟同步控制的双馈感应发电机机对系统低频振荡产生影响的问题，基于虚拟同步双馈风机的内电势运动方程，通过建立两机系统的线性化模型，分析了虚拟同步双馈风机对同步机作用的路径和物理过程，并采用阻尼转矩法阐明了虚拟同步双馈风机对同步机低频振荡的影响机理，最后进行了仿真验证。仿真结果表明：虚拟同步双馈风机内电势的相位受同步机内电势相位和幅值的变化而变化，继而直接影响同步机有功功率，或通过影响同步机端电压幅值变化的支路间接影响同步机有功功率，它们是虚拟同步双馈风机影响同步机阻尼的主要途径，此外，增大虚拟惯性时间常数和阻尼系数可以改善同步机低频振荡的阻尼，而增大电压控制带宽则会使同步机低频振荡的阻尼恶化。
针对具有虚拟同步控制的双馈感应发电机机对系统低频振荡产生影响的问题，基于虚拟同步双馈风机的内电势运动方程，通过建立两机系统的线性化模型，分析了虚拟同步双馈风机对同步机作用的路径和物理过程，并采用阻尼转矩法阐明了虚拟同步双馈风机对同步机低频振荡的影响机理，最后进行了仿真验证。仿真结果表明：虚拟同步双馈风机内电势的相位受同步机内电势相位和幅值的变化而变化，继而直接影响同步机有功功率，或通过影响同步机端电压幅值变化的支路间接影响同步机有功功率，它们是虚拟同步双馈风机影响同步机阻尼的主要途径，此外，增大虚拟惯性时间常数和阻尼系数可以改善同步机低频振荡的阻尼，而增大电压控制带宽则会使同步机低频振荡的阻尼恶化。
2021, 38(3): 248-257.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0435
摘要:
为了解决多种新能源互补运行时的消纳困难，以及降低新能源夜间波动造成电压频繁越限的问题，提出了一种基于预测控制的多种新能源互补电力系统动态调度模型。首先分析了光伏发电和风力发电的时间性，以及用户生活和生产用电短期内环比波动较小的特征，利用改进自适应阈值隶属度的小波滤波方法对光伏、风力发电历史数据进行去噪，以实现数据真实性还原；然后将去噪后的数据输入到改进的差分整合移动平均自回归模型中，对未来一段时间的发电量和用电量进行预测；将预测发电量、用电量作为分解原函数和扩增函数，改进同步型交替方向乘子法（synchronous alternating direction method of multipliers，SADMM）；最后，通过将各时段预测的新能源发电量作为下一次迭代计算值的固定值，对SADMM进行迭代值修正，达到动态经济调度的目的。实验结果表明，该模型有效降低了91%的电压越限告警，并且经济性较传统方法提高了5%。
为了解决多种新能源互补运行时的消纳困难，以及降低新能源夜间波动造成电压频繁越限的问题，提出了一种基于预测控制的多种新能源互补电力系统动态调度模型。首先分析了光伏发电和风力发电的时间性，以及用户生活和生产用电短期内环比波动较小的特征，利用改进自适应阈值隶属度的小波滤波方法对光伏、风力发电历史数据进行去噪，以实现数据真实性还原；然后将去噪后的数据输入到改进的差分整合移动平均自回归模型中，对未来一段时间的发电量和用电量进行预测；将预测发电量、用电量作为分解原函数和扩增函数，改进同步型交替方向乘子法（synchronous alternating direction method of multipliers，SADMM）；最后，通过将各时段预测的新能源发电量作为下一次迭代计算值的固定值，对SADMM进行迭代值修正，达到动态经济调度的目的。实验结果表明，该模型有效降低了91%的电压越限告警，并且经济性较传统方法提高了5%。
2021, 38(3): 258-267.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0309
摘要:
弱电网下变电站级微网联络线距离长，系统容量大，并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败，为此提出一种运行模式平滑切换控制策略。一方面分析了柴油发电机组运行控制特性，对其电压输入回路进行了改进，使其适用于多并网点微网系统；另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性，采用经电压闭锁的功率步长控制，有效减小了切换过程中的电压波动；采用自动同期与多次同期控制相结合的方式提高了孤岛转并网切换的及时性与成功率。该策略已应用于某微网项目中，成功实现了多次并网/孤岛平滑切换，验证了所提策略的有效性。
弱电网下变电站级微网联络线距离长，系统容量大，并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败，为此提出一种运行模式平滑切换控制策略。一方面分析了柴油发电机组运行控制特性，对其电压输入回路进行了改进，使其适用于多并网点微网系统；另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性，采用经电压闭锁的功率步长控制，有效减小了切换过程中的电压波动；采用自动同期与多次同期控制相结合的方式提高了孤岛转并网切换的及时性与成功率。该策略已应用于某微网项目中，成功实现了多次并网/孤岛平滑切换，验证了所提策略的有效性。
2021, 38(3): 268-276.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0390
摘要:
通过挖掘光伏序列的混沌特性，提出一种基于混沌特征改进的鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)相关向量机(relevance vector machine, RVM)预测方法，确定RVM参数与光伏发电输出功率混沌特征间的物理联系。首先，利用伪近邻法和复自相关法计算光伏序列的混沌参数，重构相空间，确定RVM高斯核的径向范围；然后，利用WOA对RVM参数进行寻优，提高核函数泛化能力和收敛速度，完善超短期预测方法；最后，运用实际光伏发电输出功率数据，仿真分析5个典型日的预测效果。结果表明，所提方法在不同天气情况下具有良好的预测准确度和适应性。
通过挖掘光伏序列的混沌特性，提出一种基于混沌特征改进的鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)相关向量机(relevance vector machine, RVM)预测方法，确定RVM参数与光伏发电输出功率混沌特征间的物理联系。首先，利用伪近邻法和复自相关法计算光伏序列的混沌参数，重构相空间，确定RVM高斯核的径向范围；然后，利用WOA对RVM参数进行寻优，提高核函数泛化能力和收敛速度，完善超短期预测方法；最后，运用实际光伏发电输出功率数据，仿真分析5个典型日的预测效果。结果表明，所提方法在不同天气情况下具有良好的预测准确度和适应性。
2021, 38(3): 277-285.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0005
摘要:
综合能源系统的混合能量流求解是后续能量综合管理与调控的基础环节。为避免传统统一求解能量流时可能存在的模型维度高、收敛性差等问题，同时充分考虑能量枢纽（energy hub，EH）在不同运行模式下对系统能流分布的影响，提出了一种计及EH不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法：基于EH建模以及建立电、气、热各能源子系统的能流独立求解模型，划分典型运行模式，利用EH单元输入输出的钳制约束对各能源子系统的能流独立计算结果进行迭代校正，实现EH在不同运行模式下的能流流程化求解。算例结果表明，此算例适用于不同运行模式的混合能量流计算，且具有较好的收敛性与合理性。
综合能源系统的混合能量流求解是后续能量综合管理与调控的基础环节。为避免传统统一求解能量流时可能存在的模型维度高、收敛性差等问题，同时充分考虑能量枢纽（energy hub，EH）在不同运行模式下对系统能流分布的影响，提出了一种计及EH不同运行模式的综合能源系统混合能量流求解方法：基于EH建模以及建立电、气、热各能源子系统的能流独立求解模型，划分典型运行模式，利用EH单元输入输出的钳制约束对各能源子系统的能流独立计算结果进行迭代校正，实现EH在不同运行模式下的能流流程化求解。算例结果表明，此算例适用于不同运行模式的混合能量流计算，且具有较好的收敛性与合理性。
2021, 38(3): 286-296.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0439
摘要:
风电、光伏等间歇性电源的大规模并网使得对电力系统灵活性的需求急剧增加。为构建含高比例可再生能源电力系统，挖掘储能、水电、火电等灵活性机组与负荷响应等灵活性资源的调节能力，提出一种考虑需求响应的电力系统灵活性资源优化配置方法，使规划方案在满足灵活性需求条件下实现经济性最优。所提配置方法综合考虑了规划层、运行层和灵活层，以最小化成本为目标多次迭代求解电源规划模型、短期运行模拟模型和超短期运行模拟模型。并结合峰谷平分时电价和可中断负荷两种需求响应手段，进一步增加了系统运行的经济性和灵活性。在求解方法上将多层次迭代与松弛技术相结合，提高了计算的鲁棒性。以某实际区域电网为算例，验证所提配置方法的有效性。
风电、光伏等间歇性电源的大规模并网使得对电力系统灵活性的需求急剧增加。为构建含高比例可再生能源电力系统，挖掘储能、水电、火电等灵活性机组与负荷响应等灵活性资源的调节能力，提出一种考虑需求响应的电力系统灵活性资源优化配置方法，使规划方案在满足灵活性需求条件下实现经济性最优。所提配置方法综合考虑了规划层、运行层和灵活层，以最小化成本为目标多次迭代求解电源规划模型、短期运行模拟模型和超短期运行模拟模型。并结合峰谷平分时电价和可中断负荷两种需求响应手段，进一步增加了系统运行的经济性和灵活性。在求解方法上将多层次迭代与松弛技术相结合，提高了计算的鲁棒性。以某实际区域电网为算例，验证所提配置方法的有效性。
2021, 38(3): 297-306.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0347
摘要:
综合能源服务作为电网企业增值服务重点开发的领域，研究其在计及不确定性因素情况下的投资决策方法，能够有效提升电网的投资效益。从综合能源投资者角度出发，提出一种基于区间线性规划和可逼近理想解排序法 (technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)的园区型综合能源系统投资决策方法。首先，采用区间数的方式对负荷和能源价格的不确定性进行描述，构建基于区间数的综合能源系统不确定性规划模型，求解得到年综合成本和年碳排放成本；然后，综合考虑园区的经济性指标和环保性指标，选取TOPSIS法对多个投资规划方案进行排序，统筹筛选出综合经济性和环保性的最优方案。案例分析结果表明所提方法可有效辅助综合能源公司做出合理投资决策。
综合能源服务作为电网企业增值服务重点开发的领域，研究其在计及不确定性因素情况下的投资决策方法，能够有效提升电网的投资效益。从综合能源投资者角度出发，提出一种基于区间线性规划和可逼近理想解排序法 (technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)的园区型综合能源系统投资决策方法。首先，采用区间数的方式对负荷和能源价格的不确定性进行描述，构建基于区间数的综合能源系统不确定性规划模型，求解得到年综合成本和年碳排放成本；然后，综合考虑园区的经济性指标和环保性指标，选取TOPSIS法对多个投资规划方案进行排序，统筹筛选出综合经济性和环保性的最优方案。案例分析结果表明所提方法可有效辅助综合能源公司做出合理投资决策。
2021, 38(3): 307-315.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0331
摘要:
为了进行电网自然灾害风险预警，减少自然灾害对电网的影响，研究了基于区块链(block chain，BC)技术的电网灾害预警决策系统。首先，根据电网与自然灾害之间的耦合作用关系，挖掘电网智能设备采集数据及自然气象等信息资源，搭建了区块链支持的电网灾害预警决策系统的总体架构。然后，以电网冰灾为例，根据气象预报和微地形等信息，利用模型预测控制(model prediction control，MPC)算法修正了电网输电线路覆冰模型，建立了由线路覆冰过重、舞动以及绝缘子闪络引发的线路故障概率模型。最后，通过MPC算法求解输电线路覆冰预警模型，实现了线路故障预警。以某市西北部和中部几条220kV线路为例进行覆冰预测分析，验证了提出的基于区块链的电网灾害预警决策系统对覆冰厚度进行预测的可行性和有效性。
为了进行电网自然灾害风险预警，减少自然灾害对电网的影响，研究了基于区块链(block chain，BC)技术的电网灾害预警决策系统。首先，根据电网与自然灾害之间的耦合作用关系，挖掘电网智能设备采集数据及自然气象等信息资源，搭建了区块链支持的电网灾害预警决策系统的总体架构。然后，以电网冰灾为例，根据气象预报和微地形等信息，利用模型预测控制(model prediction control，MPC)算法修正了电网输电线路覆冰模型，建立了由线路覆冰过重、舞动以及绝缘子闪络引发的线路故障概率模型。最后，通过MPC算法求解输电线路覆冰预警模型，实现了线路故障预警。以某市西北部和中部几条220kV线路为例进行覆冰预测分析，验证了提出的基于区块链的电网灾害预警决策系统对覆冰厚度进行预测的可行性和有效性。
2021, 38(3): 316-324.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0403
摘要:
随着动力电池退役量的持续增长，动力电池退役后的梯次利用市场规模和应用场景的种类不断扩大，使得我国的梯次回收利用体系需要完善。针对退役动力电池在梯次回收利用的使用现状，首先梳理了国内退役动力电池梯次利用的国家和地方政策以及标准，解析了政策和标准的意义，接着调研了国内动力电池梯次回收利用的典型示范企业、动力电池梯次利用的试点企业，分析了示范企业和试点企业的效果及作用，最后根据政策和标准的意义以及示范和试点企业的现状对退役动力电池的梯次回收利用进行了展望。
随着动力电池退役量的持续增长，动力电池退役后的梯次利用市场规模和应用场景的种类不断扩大，使得我国的梯次回收利用体系需要完善。针对退役动力电池在梯次回收利用的使用现状，首先梳理了国内退役动力电池梯次利用的国家和地方政策以及标准，解析了政策和标准的意义，接着调研了国内动力电池梯次回收利用的典型示范企业、动力电池梯次利用的试点企业，分析了示范企业和试点企业的效果及作用，最后根据政策和标准的意义以及示范和试点企业的现状对退役动力电池的梯次回收利用进行了展望。
2021, 38(3): 325-331.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0321
摘要:
准确有效的预测电力负荷对电网的安全稳定运行具有重要的参考价值。通过对Prophet框架和XGBboost (eXtreme gradient boosting)机器学习模型的深度分析，提出了基于Prophet与XGBoost的混合电力负荷预测模型，针对大量的历史电负荷数据、日期信息、气象数据，分别构建Prophet电力负荷预测模型和XGBboost机器学习预测模型，通过误差倒数法将Prophet和XGBoost结合得到混合预测模型。应用所提方法对西南地区某地市历史电负荷数据进行验证，结果证明，Prophet-XGBoost混合模型比支持向量机回归模型(SVR, support vector regression)、Prophet模型和XGBoost模型拥有更高的预测精度，且与SVR模型相比运行时间更短。
准确有效的预测电力负荷对电网的安全稳定运行具有重要的参考价值。通过对Prophet框架和XGBboost (eXtreme gradient boosting)机器学习模型的深度分析，提出了基于Prophet与XGBoost的混合电力负荷预测模型，针对大量的历史电负荷数据、日期信息、气象数据，分别构建Prophet电力负荷预测模型和XGBboost机器学习预测模型，通过误差倒数法将Prophet和XGBoost结合得到混合预测模型。应用所提方法对西南地区某地市历史电负荷数据进行验证，结果证明，Prophet-XGBoost混合模型比支持向量机回归模型(SVR, support vector regression)、Prophet模型和XGBoost模型拥有更高的预测精度，且与SVR模型相比运行时间更短。
2021, 38(3): 332-338.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0408
摘要:
鉴于近年来极端天气不断出现，以往的雷电统计规律和趋势与当前的实际情况之间有较大的差异，对线路防雷评估带来较大的误差。通过对华中区域数十条500 kV线路走廊10 km范围内近年的落雷数据进行分析，从含后续回击的主放电、不含后续回击的主放电以及后续回击3种类型分析该区域雷电放电的相关规律，发现含后续回击的主放电次数最少。对不同极性的落雷进行分析，发现负极性放电的比例随放电类型统计方式的不同有很大的不同，正极性放电总数中不含后续回击的主放电占比为79.33%。提出了熵权法，考虑主放电及后续回击参数对线路跳闸的影响，对实际线路的加权计算表明实际线路中雷击跳闸主要是含后续回击的主放电及后续回击引起的，验证了方法的正确性。
鉴于近年来极端天气不断出现，以往的雷电统计规律和趋势与当前的实际情况之间有较大的差异，对线路防雷评估带来较大的误差。通过对华中区域数十条500 kV线路走廊10 km范围内近年的落雷数据进行分析，从含后续回击的主放电、不含后续回击的主放电以及后续回击3种类型分析该区域雷电放电的相关规律，发现含后续回击的主放电次数最少。对不同极性的落雷进行分析，发现负极性放电的比例随放电类型统计方式的不同有很大的不同，正极性放电总数中不含后续回击的主放电占比为79.33%。提出了熵权法，考虑主放电及后续回击参数对线路跳闸的影响，对实际线路的加权计算表明实际线路中雷击跳闸主要是含后续回击的主放电及后续回击引起的，验证了方法的正确性。
2021, 38(3): 339-345.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0393
摘要:
多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路，实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济。提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略。首先基于交直流混合配电网典型拓扑，分析含PET交直流配网的灵活调控能力；然后根据PET运行过程中的物理约束，分析多端口PET各端口功率流动关系，建立混合配网中PET的能量流动模型；最后以交直流混合配网运行成本最低为目标函数，以系统功率平衡、潮流越限和设备运行上下限的约束为约束条件，建立交直流混合配电网日前经济运行模型，提出了基于CPLEX求解器的模型求解方法。以我国某地区交直流混合配电网示范工程为例，建立了该示范工程的混合配网日前经济运行模型，并进行了求解。算例结果表明，所提运行策略可以有效地降低系统运行成本，提高可再生能源消纳水平。
多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路，实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济。提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略。首先基于交直流混合配电网典型拓扑，分析含PET交直流配网的灵活调控能力；然后根据PET运行过程中的物理约束，分析多端口PET各端口功率流动关系，建立混合配网中PET的能量流动模型；最后以交直流混合配网运行成本最低为目标函数，以系统功率平衡、潮流越限和设备运行上下限的约束为约束条件，建立交直流混合配电网日前经济运行模型，提出了基于CPLEX求解器的模型求解方法。以我国某地区交直流混合配电网示范工程为例，建立了该示范工程的混合配网日前经济运行模型，并进行了求解。算例结果表明，所提运行策略可以有效地降低系统运行成本，提高可再生能源消纳水平。
2021, 38(3): 346-354.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0376
摘要:
为了能在复杂工况下权衡电动汽车和充电站之间的双边利益，首先将实时路网信息、充电站状态信息及电价信息进行综合分析，在构建了基于双边利益权衡的充电方案评价体系的基础上，进一步构建基于时间量化的网络分析过程（Analytic network process，ANP）双边利益模糊评价模型，克服了传统ANP模型求解该类问题时存在的主观性问题；其次，提出一种基于路况信息并考虑双边利益权衡的电动汽车充电路径优化调度策略，实现了不同工况环境下电动汽车充电路径的最优选择；最后通过路网模型对所提方法进行仿真计算。仿真结果表明，此方法构建的基于时间量化的ANP双边利益权衡模糊评价模型能够准确地对不同调度方案进行综合评价排序，提出的基于双边利益权衡的电动汽车调度策略能为电动汽车提供更为灵活的充电路径选择，并在电动汽车出行便利和充电站最大收益两个方面取得较好的权衡。
为了能在复杂工况下权衡电动汽车和充电站之间的双边利益，首先将实时路网信息、充电站状态信息及电价信息进行综合分析，在构建了基于双边利益权衡的充电方案评价体系的基础上，进一步构建基于时间量化的网络分析过程（Analytic network process，ANP）双边利益模糊评价模型，克服了传统ANP模型求解该类问题时存在的主观性问题；其次，提出一种基于路况信息并考虑双边利益权衡的电动汽车充电路径优化调度策略，实现了不同工况环境下电动汽车充电路径的最优选择；最后通过路网模型对所提方法进行仿真计算。仿真结果表明，此方法构建的基于时间量化的ANP双边利益权衡模糊评价模型能够准确地对不同调度方案进行综合评价排序，提出的基于双边利益权衡的电动汽车调度策略能为电动汽车提供更为灵活的充电路径选择，并在电动汽车出行便利和充电站最大收益两个方面取得较好的权衡。
