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2021年  第38卷  第5期

智能电网
多微网最优潮流功率调度及协同优化控制策略
周林, 吕智林
2021, 38(5): 473-482. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0146
摘要:
针对多微网运行中存在的一些问题,提出了多微网功率调度及优化控制策略。在该方法下,多微网被分为微网控制部分和最优潮流能量调度部分。其中,微电网控制部分包括功率优化模块以及控制模块。在功率优化模块中,提出了动态有功参考值这一概念,利用稀疏通信网络与相邻单元协作,使用一致性算法执行本地计算以求得分布式电源(distributed generator, DG)等成本微增率,获得动态有功参考值,DG输出有功则对动态有功参考值进行跟随,使发电成本最小化,同时消除频率偏差,所以此方法无需对频率进行额外的控制。除此之外,控制模块中加入了电压控制器,针对电压不一致问题,加入补偿因子,维持电压在额定值,保证电能质量。最优潮流负责子微网之间的功率调度,当子微网的容量不足时可进行功率互济。最后在MATLAB/SIMULINK中建立交流多微网,仿真结果表明,所提方法有效地提高了系统的经济性和稳定性。
基于改进云模型和Eclat算法的输电线路极端灾害风险评估
杜平, 张小军, 许永新, 王永强, 王立福, 董新胜
2021, 38(5): 483-491. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0436
摘要:
针对当前用于输电线路风险评估的云模型中量化等级依靠人为主观划分的不足,提出一种基于改进云模型和Eclat算法的输电线路极端灾害风险评估方法。首先,基于灾害特征信息选取灾害特征因子和典型极端灾害技术要素;通过FCM算法获取一维数据聚类中心,将聚类中心与传统主观云模型数字特征进行结合得到改进后的组合标准云;考虑灾害造成的停运时间、输电线路抗灾能力以及灾害风险的累积效应对数据进行动态修正后,在标准云中进行量化等级划分;最后,应用Eclat算法挖掘量化后的灾害特征因子与风险技术要素间的关联规则,得到风险评估预测模型。实例结果表明,改进后的模型正确率得到提高,获取到的关联规则能够对线路灾害风险进行预测评估。
基于DBN和K-means聚类的配变重过载预警方法
童光华, 董亮, 任永平, 于金平, 冉新涛
2021, 38(5): 492-501. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0423
摘要:
针对配电变压器台区容量配置不合理、重过载现象频繁发生等带来的小样本精确预测问题,提出了一种新的配电变压器重过载预警方法。首先建立满足大数据样本学习要求的扩充样本池;采集配电变压器负荷数据、社会发展统计数据、气象数据等,选取造成重过载的输入特征变量,聚合形成精选的特征数据样本;进而构建重过载预警深度信念网络学习模型,通过分析重过载配变发展态势,短、中期预测预警,选取年负荷曲线进行K-means聚类分析,形成重过载预警清单,实现配电变压器安全隐患的预判。可解决配电变压器采样系统投运时间短训练样本数据不充足问题,实现对重过载配电变压器的风险防范和容量的优化调整。通过算例验证了模型预测的有效性。
不确定因素下考虑经济与福利均衡的电源结构优化
陶叶炜, 叶琪, 吴昊, 丁毅宏, 高志野, 戴康, 宋文达
2021, 38(5): 502-510. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0209
摘要:
为规避电源建设的盲目性,适应大规模可再生电源发展的愿景,提升能源利用效率,以传统电源规划模型为基础,考虑多种不确定性,引入社会福利测算理论,提出了考虑经济与福利均衡的风光火电源优化配置方案。以已投产运行的天中±800 kV直流工程的供端配套电源为例对此方案进行优化,并构建了相应的优化模型。将此低碳背景下电源结构优化模型应用于该输电外送通道,进行算例分析,以验证优化模型的实践性和有效性。结果表明所提规划模型在有效计及不确定因素对目标函数的影响同时,能实现可再生能源的最优利用。未来宏观政策上应积极推动清洁能源高效有序发展,不断优化新能源建设规模与布局,其次,努力提升能源优化配置带来的社会福利,实现能源领域经济与福利的有效均衡。
电力市场
基于电力生产景气指数的我国发电行业分析与预测
张峰, 李彦斌, 李赟, 杨思航
2021, 38(5): 511-520. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0413
摘要:
随着我国可再生能源发电的蓬勃发展,传统发电行业受到了巨大冲击,行业发展的不确定性快速增加。借助景气分析方法,从电力生产侧的视角出发,科学选取了影响电力生产发展的相关指标,编制了全国电力生产景气指数,对我国发电行业近年来景气波动状况进行了实证研究。结果表明,我国发电行业的景气波动周期大约为2年,我国电力生产景气在2020年将保持上升,并在2021年有所回落。我国应继续控制电源装机容量的增长速度,加快实现不同电源结构间的优化配置。
能源互联网
考虑装置属性与用户特性的电压暂降抑制装置偏好
肖先勇, 刘欣雨, 汪颖
2021, 38(5): 521-528. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0414
摘要:
电压暂降抑制装置偏好为用户优质供电投资决策提供了基础。针对目前抑制装置治理效果评估时考虑因素单一的不足,采用效用理论描述抑制装置属性(equipment attribute,EA),同时,将电压暂降严重程度、暂降引起的负荷损失以及经济损失风险作为用户特性(user characteristics,UC),全面地描述了用户需求。最后利用巢式Logit模型分析了装置属性和用户特性对抑制装置偏好的影响。算例表明,所提方法能有效预测用户治理装置选择,反映了不同用户特性对选择抑制装置选择的影响。所提方法能够定量分析用户偏好,对优质供电投资决策具有指导意义。
电力物联网中基于深度学习的无蜂窝接入点选择算法
王宏刚, 孙明月, 简燕红, 米娜
2021, 38(5): 529-534. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0365
摘要:
针对传统电力物联网中的设备间干扰和高能耗问题,提出一种基于深度神经网络(deep neural network,DNN)的无蜂窝接入点(access point,AP)选择算法。首先,考虑无蜂窝网络下,将中央处理单元连接的多个协作AP随机分布在大规模电力设备周围,从而拉近AP与设备间的距离以降低能耗;然后,基于深度神经网络算法对AP进行有效筛选,通过训练静态随机设备的大尺度衰落系数将AP组合进行标签分类,使得平均频谱效率(spectrum effectiveness,SE)达到最大;最后,利用测试集进行测验,仿真结果表明,算法准确率能够达到95%,且相比于传统全AP传输和基于信道特征排序的算法,所提出的算法能够进一步提升无蜂窝网络多设备的平均SE,并具有更低能耗。
储能
氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用
李建林, 李光辉, 马速良, 宋洁
2021, 38(5): 535-545. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0023
摘要:
氢能是21世纪最具发展潜力的能源之一,氢能的利用发展不仅可以解决可再生电力能源消纳和储存的问题,还可助力保障国家能源安全和推动碳中和目标的实现。由于氢特殊的物理性质,如密度小、能量密度大等,其安全高效的储运及应用技术是氢能产业大规模发展的关键。针对氢能储运关键技术现状在电力工业中的应用,介绍了氢能利用发展的背景及意义,整理并解读了我国氢储运及电力应用的相关政策,梳理并对比了现有主流氢能储运技术,其中包括高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运、金属氢化物储运的原理及经济性分析,分析氢能的电力应用,包括氢燃料电池发电及氢燃气轮机发电技术。对我国氢能储运技术及氢能发电技术的安全高效发展提出了4条建议,为我国氢能产业布局及降低氢能全生命周期应用成本提供借鉴和参考。
基于无源控制理论的准Z源超导磁储能系统
王进武, 雷勇, 刘晖, 何平
2021, 38(5): 546-553. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0404
摘要:
超导磁储能(superconductivity magnetic energy storage,SMES)系统通过变流器来实现电网与超导磁体的功率交换。但传统的储能变流器存在输出电压范围有限以及桥臂上下开关易受干扰造成直通而损坏的问题。为实现超导磁储能系统的安全稳定运行,提出了基于双向准Z源变流器(quasi-Z source converter,QZSC)的超导磁储能系统,并针对QZSC-SMES系统的非线性、强耦合特点,在QZSC-SMES系统的交流侧变流器和直流侧斩波器采用基于欧拉−拉格朗日(Euler-Lagrange,E-L)模型的无源控制策略。仿真结果验证了所提QZSC-SMES拓扑及其控制策略的有效性:系统可以快速准确跟踪有功无功指令,相比传统PI控制,系统具有更低的并网谐波含量、更好的动态性能和更强的鲁棒性。
新能源电力系统
基于物理约束的风电场主动支撑策略研究
常东旭, 吴宁, 刘辛裔, 李红刚, 卢晓光
2021, 38(5): 554-560. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0354
摘要:
为解决风电大规模接入电网可能导致电网惯性降低以及风机单机参与电网调频导致电网频率二次跌落的问题,提出了场站式风场调频控制模式。首先,在策略设计过程中,提出了不进行风机侧储能的设计原则,避免电网调频造成弃风,设计了场站控制高速通信硬件平台,推导了风机调频物理约束边界条件,建立了场站调频控制目标函数;其次,制定了基于约束条件的风机场站调频功率恢复策略,完成了不弃风条件下场站调频控制器的开发。实验数据及指标分析结果显示,场站控制器主动支撑电网的指标满足要求,风电场提供有功功率明显降低电网频率二次跌落风险。
考虑换流器功率传输裕度的直流配电网优化重构研究
柴睿, 王磊, 韩肖清, 王金浩, 李胜文, 张馨方
2021, 38(5): 561-571. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0025
摘要:
直流配电网中可变负荷功率波动大,当换流器功率传输裕度(可通过自适应下垂系数表征)较小时,换流器传输功率易达限值,失去对潮流变化的响应能力。为解决上述问题,将换流器自适应下垂系数、网络损耗、节点电压偏移作为直流配电网网架结构优化的寻优目标,经隶属函数模糊化处理得到目标函数,并采用牛顿迭代法对计及换流器准确损耗模型的直流配电网进行潮流计算,最终由二进制粒子群算法迭代求得上述指标综合最优的直流配电网网架结构。在修改后的IEEE33节点直流配电网中验证了其正确性和有效性。
计及改进加权潮流熵的城市负荷恢复研究
周健, 杨凌辉, 时珊珊, 魏新迟, 王敏, 凡宗胤
2021, 38(5): 572-581. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0029
摘要:
随着空调以及电动汽车在我国城市电力负荷中所占比例不断增大,在城市电网故障后的恢复过程中,此类负荷产生的影响会越来越大,因此建立了考虑环境温度和停电时长影响的温控类冷负荷启动变化曲线,并根据不同的停电时间、环境温度以及停电时长对负荷恢复过程进行了多场景模拟;在负荷恢复策略中,通过网络凝聚度和节点负荷量对负荷节点的重要性进行评价,考虑负荷恢复的优先级;为了提升负荷恢复过程中潮流分布的合理性,尽量减少恢复过程中重载线路出现的概率,提出改进的加权潮流熵并将其作为负荷恢复的目标函数之一。通过IEEE30节点系统的算例,验证了所提模型和策略可以实现城市电网故障后负荷的安全高效恢复,从而使得电力系统恢复预案的制定更适应城市电网的负荷变化。
基于可释放动能的双馈风机虚拟惯性控制策略影响分析
高蒙楠, 秦文萍, 王丽彬, 王科, 张宇, 朱志龙
2021, 38(5): 582-590. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0037
摘要:
针对现有双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)附加虚拟惯性控制策略后存在兼顾频率稳定及暂态功角稳定方面的不足,首先利用DFIG的电压和磁链方程,推导出电磁功率表达式,基于同步发电机功角概念推导出与其类似的DFIG等效功角,并分析了DFIG的调频能力与其等效功角稳定性的关系。其次,鉴于DFIG在不同风速下含有不同程度的可释放动能(kinetic energy,KE),提出了一种基于可释放动能的惯性控制策略:根据转子转速调整DFIG惯性控制策略中频率变化率和下垂回路的回路增益,使运行在较高转速下的DFIG释放更多的动能,根据释放的动能来决定风电机组对系统惯性响应可提供的贡献。该策略在提高系统调频能力的基础上能兼顾改善暂态功角稳定性,并避免了转子转速过低,从而保证了DFIG在惯性控制过程中的稳定运行。最后,基于实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)的仿真软件RSCAD搭建了DFIG单机并网仿真系统,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。