2021年 第38卷 第4期
2021, 38(4): 355-361.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0335
摘要:
多条耦合直流输电的响应只能通过电磁暂态仿真程序模拟。为了提高仿真精度，机电-电磁混合仿真已用于电力系统运行的研究。为解决目前机电-电磁混合仿真速度太慢的问题，提出了一种电力系统混合仿真分网技术。首先把机电网络分成尽可能多的网络孤岛，把电磁暂态网络通过传输线解耦方式分网，然后基于分群解耦的机电-电磁混合仿真算法形成单时步内解耦的机电-电磁子网群。继而又提出一种新的并行程序结构，利用机电-电磁子网群实现并行仿真，加快仿真速度。最后对含有7条直流输电和4000个节点的电磁网络的国调方式计算案例进行的研究表明，该方法可以在不降低精度的情况下大大提高仿真速度。
多条耦合直流输电的响应只能通过电磁暂态仿真程序模拟。为了提高仿真精度，机电-电磁混合仿真已用于电力系统运行的研究。为解决目前机电-电磁混合仿真速度太慢的问题，提出了一种电力系统混合仿真分网技术。首先把机电网络分成尽可能多的网络孤岛，把电磁暂态网络通过传输线解耦方式分网，然后基于分群解耦的机电-电磁混合仿真算法形成单时步内解耦的机电-电磁子网群。继而又提出一种新的并行程序结构，利用机电-电磁子网群实现并行仿真，加快仿真速度。最后对含有7条直流输电和4000个节点的电磁网络的国调方式计算案例进行的研究表明，该方法可以在不降低精度的情况下大大提高仿真速度。
2021, 38(4): 362-369.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0179
摘要:
为了精确实现电能质量扰动的定位和分类，提出了一种基于改进的Hilbert-Huang变换（Hilbert-Huang transform，HHT）的电能质量扰动辨识新方法。对传统HHT得到的幅频参数运用极值滑窗均值算法进行去极值均值化处理，提高了在Hilbert-Huang谱中判断扰动发生和结束时刻的精确性。通过新方法求出幅频曲线、Hilbert-Huang谱和Hilbert边际谱并从中提取扰动的频率成分、持续时间、电压幅值和Hilbert-Huang谱幅值4个特征量，以实现扰动的分类与辨识。仿真结果表明：改进HHT和决策树的结合不仅适用于单一扰动的定位与分类，对复杂非平稳扰动也能取得较好的效果，具备一定的抗噪能力。
为了精确实现电能质量扰动的定位和分类，提出了一种基于改进的Hilbert-Huang变换（Hilbert-Huang transform，HHT）的电能质量扰动辨识新方法。对传统HHT得到的幅频参数运用极值滑窗均值算法进行去极值均值化处理，提高了在Hilbert-Huang谱中判断扰动发生和结束时刻的精确性。通过新方法求出幅频曲线、Hilbert-Huang谱和Hilbert边际谱并从中提取扰动的频率成分、持续时间、电压幅值和Hilbert-Huang谱幅值4个特征量，以实现扰动的分类与辨识。仿真结果表明：改进HHT和决策树的结合不仅适用于单一扰动的定位与分类，对复杂非平稳扰动也能取得较好的效果，具备一定的抗噪能力。
2021, 38(4): 370-377.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0296
摘要:
随着柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC)技术的应用与发展，对柔直阀控系统的可靠性测试要求不断提高，现有测试系统无法同时满足阀控系统全规模接入、全功能测试、精准建模的需求。针对已有测试系统的不足，基于RTLAB平台进行精准建模，并设计高性能、灵活配置的接口装置，搭建了阀控全接入测试系统，提出了阀控系统关键测试项目及测试方法。该测试系统及测试方法已应用于张北柔性直流输电工程北京换流站阀控系统的出厂测试中，通过测试的阀控系统在工程现场运行稳定可靠。
随着柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC)技术的应用与发展，对柔直阀控系统的可靠性测试要求不断提高，现有测试系统无法同时满足阀控系统全规模接入、全功能测试、精准建模的需求。针对已有测试系统的不足，基于RTLAB平台进行精准建模，并设计高性能、灵活配置的接口装置，搭建了阀控全接入测试系统，提出了阀控系统关键测试项目及测试方法。该测试系统及测试方法已应用于张北柔性直流输电工程北京换流站阀控系统的出厂测试中，通过测试的阀控系统在工程现场运行稳定可靠。
2021, 38(4): 378-385.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0039
摘要:
大规模可再生能源并网给电力系统带来大量概率不确定源，这会极大地增加电力系统概率潮流分析中对不确定源概率建模的计算负担。Nataf变换能够有效完成对皮尔森相关随机变量的概率建模，其关键在于标准正态分布域的相关系数求解。然而传统的基于辛普森数值积分法和二分法的相关系数求解法，使Nataf变换的过程耗时严重，难以达到实时计算的要求。为此，采用拉格朗日插值法和简化牛顿法实现相关系数的高效计算，以加快概率建模的过程，提高概率潮流分析的效率。基于改进的IEEE 118节点算例，测试了所提相关系数求解法的计算精度与速度，并进一步测试了其误差对整个概率潮流计算结果精度的影响。结果表明，所提方法能够高效而精确地完成Nataf变换中标准正态分布域相关系数的求解，从而在保证概率潮流结果精度前提下，提高概率潮流分析的效率。
大规模可再生能源并网给电力系统带来大量概率不确定源，这会极大地增加电力系统概率潮流分析中对不确定源概率建模的计算负担。Nataf变换能够有效完成对皮尔森相关随机变量的概率建模，其关键在于标准正态分布域的相关系数求解。然而传统的基于辛普森数值积分法和二分法的相关系数求解法，使Nataf变换的过程耗时严重，难以达到实时计算的要求。为此，采用拉格朗日插值法和简化牛顿法实现相关系数的高效计算，以加快概率建模的过程，提高概率潮流分析的效率。基于改进的IEEE 118节点算例，测试了所提相关系数求解法的计算精度与速度，并进一步测试了其误差对整个概率潮流计算结果精度的影响。结果表明，所提方法能够高效而精确地完成Nataf变换中标准正态分布域相关系数的求解，从而在保证概率潮流结果精度前提下，提高概率潮流分析的效率。
2021, 38(4): 386-391.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0173
摘要:
相对于燃煤水蒸汽发电机组，高参数燃煤CO2发电系统在效率、体积及选材方面都是具有潜在优势的新型发电系统。对燃煤CO2发电系统中压缩冷却流程进行优化研究，以压缩机总耗功和系统效率为评价指标，采用EES软件模拟分析。首先分析常规燃煤CO2发电系统中压缩机部分耗功及压缩机出口温度的变化规律，在此基础上依据能量梯级利用原理，提出优化系统。结果表明：压缩机总耗功随着低压压比增大先减小后增大，即低压压缩机存在最佳低压压比，当主蒸汽参数为30MPa/600 ℃时，最佳低压压比为1.66，系统效率为44.1%；低压压缩机出口温度随低压压比增加而增大，而高压压缩机出口温度变化趋势相反；优化压缩冷却流程，得到系统效率提高且随低压压缩机入口温度和压比增大而增加，当低压压缩机入口温度为160 ℃时，系统效率为46.2%，最佳压比为1.325。
相对于燃煤水蒸汽发电机组，高参数燃煤CO2发电系统在效率、体积及选材方面都是具有潜在优势的新型发电系统。对燃煤CO2发电系统中压缩冷却流程进行优化研究，以压缩机总耗功和系统效率为评价指标，采用EES软件模拟分析。首先分析常规燃煤CO2发电系统中压缩机部分耗功及压缩机出口温度的变化规律，在此基础上依据能量梯级利用原理，提出优化系统。结果表明：压缩机总耗功随着低压压比增大先减小后增大，即低压压缩机存在最佳低压压比，当主蒸汽参数为30MPa/600 ℃时，最佳低压压比为1.66，系统效率为44.1%；低压压缩机出口温度随低压压比增加而增大，而高压压缩机出口温度变化趋势相反；优化压缩冷却流程，得到系统效率提高且随低压压缩机入口温度和压比增大而增加，当低压压缩机入口温度为160 ℃时，系统效率为46.2%，最佳压比为1.325。
2021, 38(4): 392-401.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0402
摘要:
分布式光伏的并网和利用是应对当前能源和环境危机的重要方式，高比例分布式光伏接入所导致的电压越限是制约配电网接纳分布式光伏的重要因素之一。以提高配电网对分布式光伏的接纳量为首要目标，考虑多电压等级配电网的配合，提出利用中压主动配电网的调控能力，通过中低压配电网的相互影响缓解低压配电网调压手段缺乏，提升低压配电网接纳分布式光伏能力的方法：首先考虑配电网中分布式光伏和负荷出力的时序性，根据季节和天气构建12种场景，对配电网进行一年的时序全过程模拟。然后建立10 kV中压主动配电网优化运行模型和380 V辐射型低压配电网分布式光伏选址定容模型。仿真结果表明所提方法可以提高低压配电网接纳分布式光伏的能力。除此之外，进一步分析了分布式光伏接入和调压对中压主动配电网电压的影响，以及低压配电网中负荷对接纳分布式光伏和调压方式的影响。
分布式光伏的并网和利用是应对当前能源和环境危机的重要方式，高比例分布式光伏接入所导致的电压越限是制约配电网接纳分布式光伏的重要因素之一。以提高配电网对分布式光伏的接纳量为首要目标，考虑多电压等级配电网的配合，提出利用中压主动配电网的调控能力，通过中低压配电网的相互影响缓解低压配电网调压手段缺乏，提升低压配电网接纳分布式光伏能力的方法：首先考虑配电网中分布式光伏和负荷出力的时序性，根据季节和天气构建12种场景，对配电网进行一年的时序全过程模拟。然后建立10 kV中压主动配电网优化运行模型和380 V辐射型低压配电网分布式光伏选址定容模型。仿真结果表明所提方法可以提高低压配电网接纳分布式光伏的能力。除此之外，进一步分析了分布式光伏接入和调压对中压主动配电网电压的影响，以及低压配电网中负荷对接纳分布式光伏和调压方式的影响。
2021, 38(4): 402-411.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0391
摘要:
微网作为智能电网的重要组成部分，其内部接入的能源种类逐渐丰富，使得系统运行状态多样，微网规划设计难度增大。为了分析微网容量配置的合理性，以降低运行成本为调度优化目标，提出了基于深度Q学习方法的多类型能源优化调度方法，进而对不同规划方案下的微网最优运行策略进行了求解，并对不同方案的经济效益进行了比较。最后，对合肥某商业地区的实际算例进行了分析建模，设计了电能替代、水源热泵三联供、综合能源系统3种能源方案，比较了各能源方案下微网建设的经济性，并给出了该地区微网建设规划的方案建议。
微网作为智能电网的重要组成部分，其内部接入的能源种类逐渐丰富，使得系统运行状态多样，微网规划设计难度增大。为了分析微网容量配置的合理性，以降低运行成本为调度优化目标，提出了基于深度Q学习方法的多类型能源优化调度方法，进而对不同规划方案下的微网最优运行策略进行了求解，并对不同方案的经济效益进行了比较。最后，对合肥某商业地区的实际算例进行了分析建模，设计了电能替代、水源热泵三联供、综合能源系统3种能源方案，比较了各能源方案下微网建设的经济性，并给出了该地区微网建设规划的方案建议。
2021, 38(4): 412-421.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0334
摘要:
柔性负荷参与调度能够削峰填谷、优化负荷曲线，降低系统成本。考虑可平移负荷、可转移负荷和可削减负荷建立了电力柔性负荷模型；根据用户对温度感知的模糊性建立了热力柔性负荷模型；采用混合整数线性规划方法，以经济成本最小和一次能源消耗量最少为目标，对综合能源系统进行配置优化，得到各个设备的最佳容量和各时段出力。算例结果表明，通过调度柔性电负荷和灵活调整室内温度，可促进可再生能源消纳、优化电负荷和热负荷曲线，从而提高风机装机容量、降低燃气轮机容量和蓄热罐容量、提高系统经济性、降低一次能源消耗量、提高可再生能源渗透率。
柔性负荷参与调度能够削峰填谷、优化负荷曲线，降低系统成本。考虑可平移负荷、可转移负荷和可削减负荷建立了电力柔性负荷模型；根据用户对温度感知的模糊性建立了热力柔性负荷模型；采用混合整数线性规划方法，以经济成本最小和一次能源消耗量最少为目标，对综合能源系统进行配置优化，得到各个设备的最佳容量和各时段出力。算例结果表明，通过调度柔性电负荷和灵活调整室内温度，可促进可再生能源消纳、优化电负荷和热负荷曲线，从而提高风机装机容量、降低燃气轮机容量和蓄热罐容量、提高系统经济性、降低一次能源消耗量、提高可再生能源渗透率。
2021, 38(4): 422-433.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0361
摘要:
在智能电网背景下，智能终端及智能家电大规模普及导致家庭用电量大幅增加，为应对电力负荷高峰逐年攀升，缓解电力供应趋紧的压力，合理利用用户侧大量可控负荷资源参与需求响应对电网的运行和发展有重要意义。提出基于智能家庭能量管理系统的融合分时电价的居民可控负荷优先级控制策略，对家庭中多类可控负荷（空调、热水器、电动汽车、洗衣机、洗碗机）进行控制，在“填谷”控制中考虑分时电价的影响。通过仿真验证对多场景下居民负荷用电进行对比分析，结果证明，所提控制策略可改善电网负荷曲线，实现削峰填谷，在满足用户用电舒适度的同时，进一步为用户节约用电成本，验证了所提方法的有效性。
在智能电网背景下，智能终端及智能家电大规模普及导致家庭用电量大幅增加，为应对电力负荷高峰逐年攀升，缓解电力供应趋紧的压力，合理利用用户侧大量可控负荷资源参与需求响应对电网的运行和发展有重要意义。提出基于智能家庭能量管理系统的融合分时电价的居民可控负荷优先级控制策略，对家庭中多类可控负荷（空调、热水器、电动汽车、洗衣机、洗碗机）进行控制，在“填谷”控制中考虑分时电价的影响。通过仿真验证对多场景下居民负荷用电进行对比分析，结果证明，所提控制策略可改善电网负荷曲线，实现削峰填谷，在满足用户用电舒适度的同时，进一步为用户节约用电成本，验证了所提方法的有效性。
2021, 38(4): 434-441.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0398
摘要:
可再生能源配额和绿色证书制度的落实会对跨省区电力市场及绿色证书交易之间存在的复杂关系产生重要影响。为了定量研究该影响关系，首先搭建了配额制下的跨省区电力交易市场架构；其次，考虑省间发电成本差异性及微观经济学相关理论，建立了火电交易市场与绿电交易市场联合的均衡模型；最后，算例仿真重点分析了不同配额比例下电力市场的均衡结果。结果表明随着配额比例的不断增加，可再生能源交易电量先增加后减少；绿色证书价格先上升后下降；各省总成本关于配额的增加呈现倒“U”型分布；各省参与配额制下的跨省区绿色证书交易较未参与时能够有效降低总成本。构建的模型能够以市场的方式发现可再生能源真实的正外部性价值，引导政府科学设置配额比例，促进可再生能源的跨区消纳。
可再生能源配额和绿色证书制度的落实会对跨省区电力市场及绿色证书交易之间存在的复杂关系产生重要影响。为了定量研究该影响关系，首先搭建了配额制下的跨省区电力交易市场架构；其次，考虑省间发电成本差异性及微观经济学相关理论，建立了火电交易市场与绿电交易市场联合的均衡模型；最后，算例仿真重点分析了不同配额比例下电力市场的均衡结果。结果表明随着配额比例的不断增加，可再生能源交易电量先增加后减少；绿色证书价格先上升后下降；各省总成本关于配额的增加呈现倒“U”型分布；各省参与配额制下的跨省区绿色证书交易较未参与时能够有效降低总成本。构建的模型能够以市场的方式发现可再生能源真实的正外部性价值，引导政府科学设置配额比例，促进可再生能源的跨区消纳。
2021, 38(4): 442-448.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0345
摘要:
为弥补将锂电池应用于风力发电系统的储能投资是否可行的分析中存在的不足，通过贴现现金流量法与实物期权理论的对比，建立了基于实物期权投资决策框架，提出了满足几何布朗运动假设的布莱克-舒克斯储能项目实物期权定价模型，并利用MATLAB软件中Financial Toolbox工具箱中的价格衍生工具对模型的不确定因素进行了灵敏度分析。案例分析表明将实物期权应用在具有不确定因素的风力发电侧储能项目中，可以预测未来收益，为投资者提供灵活的投资方案，避免投资失误。
为弥补将锂电池应用于风力发电系统的储能投资是否可行的分析中存在的不足，通过贴现现金流量法与实物期权理论的对比，建立了基于实物期权投资决策框架，提出了满足几何布朗运动假设的布莱克-舒克斯储能项目实物期权定价模型，并利用MATLAB软件中Financial Toolbox工具箱中的价格衍生工具对模型的不确定因素进行了灵敏度分析。案例分析表明将实物期权应用在具有不确定因素的风力发电侧储能项目中，可以预测未来收益，为投资者提供灵活的投资方案，避免投资失误。
2021, 38(4): 449-454.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0337
摘要:
近年来，电采暖作为一种清洁取暖设备逐渐在居民生活中占据重要地位，但大量电采暖接入对电网的安全运行造成影响。为缓解这个矛盾，针对分布式电采暖运行方式，构建了电采暖设备集群和电采暖设备的等效模型，对现有温度控制策略进行了改进，提出了一种基于电压监测的分布式电采暖实时优化控制策略。仿真结果表明该策略可以明显降低集群负荷的峰值和峰谷差，达到削峰填谷、平稳负荷曲线的目的，避免冬季取暖高峰期的负荷过载，保证了用户的取暖需求，降低了电采暖设备无序启动导致负荷过载对用户取暖带来的影响。
近年来，电采暖作为一种清洁取暖设备逐渐在居民生活中占据重要地位，但大量电采暖接入对电网的安全运行造成影响。为缓解这个矛盾，针对分布式电采暖运行方式，构建了电采暖设备集群和电采暖设备的等效模型，对现有温度控制策略进行了改进，提出了一种基于电压监测的分布式电采暖实时优化控制策略。仿真结果表明该策略可以明显降低集群负荷的峰值和峰谷差，达到削峰填谷、平稳负荷曲线的目的，避免冬季取暖高峰期的负荷过载，保证了用户的取暖需求，降低了电采暖设备无序启动导致负荷过载对用户取暖带来的影响。
2021, 38(4): 455-464.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0392
摘要:
为快速有效地消除断面越限，保障大电网安全稳定运行，提出了基于知识图谱的交直流大电网断面越限处置策略快速生成方法。首先，分析了调度领域知识的特点及知识图谱技术的适用性，明确了面向电网异常与故障处置的调度知识来源，提出了调度领域知识属性图模型构建方法及基本原则。然后，以功率灵敏度为基础，综合考虑重载线路运行风险，推导了输电断面传输功率与节点注入功率之间的综合功率灵敏度计算方法，提出了基于反向等量配对调整法的断面越限处置策略计算方法，设计了基于知识图谱的交直流大电网断面越限处置策略快速生成实现流程。最后，以某实际电网为算例，验证了该方法的正确性和有效性。
为快速有效地消除断面越限，保障大电网安全稳定运行，提出了基于知识图谱的交直流大电网断面越限处置策略快速生成方法。首先，分析了调度领域知识的特点及知识图谱技术的适用性，明确了面向电网异常与故障处置的调度知识来源，提出了调度领域知识属性图模型构建方法及基本原则。然后，以功率灵敏度为基础，综合考虑重载线路运行风险，推导了输电断面传输功率与节点注入功率之间的综合功率灵敏度计算方法，提出了基于反向等量配对调整法的断面越限处置策略计算方法，设计了基于知识图谱的交直流大电网断面越限处置策略快速生成实现流程。最后，以某实际电网为算例，验证了该方法的正确性和有效性。
2021, 38(4): 465-472.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0399
摘要:
风电场通信系统由于数据采集范围广、数据类型较多等复杂因素，在依靠传统以太网通信时存在多信息流相互影响、数据传输实时性差等弊端，无法满足实时通信需求。提出了基于时间敏感网络（time-sensitive networking，TSN）的通信网络部署方案。首先，结合风电系统通信网络及数据分析了TSN技术的工作原理；然后根据TSN原理，推导出基于网络演算的端到端传输时延改进计算模型；其次，通过算例分析了门开时长和调度周期等参数对时延指标的影响；最后，对比分析了TSN与传统以太网时延差别。研究结果表明，通过合理配置参数，TSN具有可预测、低时延的特性，可为风电场高效通信网部署及网络资源优化分配提供了理论依据。
风电场通信系统由于数据采集范围广、数据类型较多等复杂因素，在依靠传统以太网通信时存在多信息流相互影响、数据传输实时性差等弊端，无法满足实时通信需求。提出了基于时间敏感网络（time-sensitive networking，TSN）的通信网络部署方案。首先，结合风电系统通信网络及数据分析了TSN技术的工作原理；然后根据TSN原理，推导出基于网络演算的端到端传输时延改进计算模型；其次，通过算例分析了门开时长和调度周期等参数对时延指标的影响；最后，对比分析了TSN与传统以太网时延差别。研究结果表明，通过合理配置参数，TSN具有可预测、低时延的特性，可为风电场高效通信网部署及网络资源优化分配提供了理论依据。
