2022年 第39卷 第1期
2022, 39(1): 1-8.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0082
摘要:
针对传统最大功率跟踪技术容易陷入局部最大功率点的问题，提出多态蚁群-细菌觅食算法（polymorphic ant colony - bacterial foraging algorithm, PACO-BFOA）来实现部分遮蔽条件下光伏系统的最大功率输出。该算法在传统蚁群算法的基础上引入信息素扩散机制、多态蚁群的概念和细菌的趋化行为，使算法的全局开发和局部探索能力得到了增强。并在太阳辐照恒定、突变和缓慢变化3种环境下进行算法仿真对比验证，结果证明所提出的算法在部分遮蔽及变化光照下均能快速、稳定地在线寻得全局最大功率点。
针对传统最大功率跟踪技术容易陷入局部最大功率点的问题，提出多态蚁群-细菌觅食算法（polymorphic ant colony - bacterial foraging algorithm, PACO-BFOA）来实现部分遮蔽条件下光伏系统的最大功率输出。该算法在传统蚁群算法的基础上引入信息素扩散机制、多态蚁群的概念和细菌的趋化行为，使算法的全局开发和局部探索能力得到了增强。并在太阳辐照恒定、突变和缓慢变化3种环境下进行算法仿真对比验证，结果证明所提出的算法在部分遮蔽及变化光照下均能快速、稳定地在线寻得全局最大功率点。
2022, 39(1): 9-18.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0073
摘要:
精准的风电功率预测结果可保障电网在安全稳定运行条件下提高风电并网容量。为提高风电功率预测精度，融合时间序列分解技术、机器学习及启发式算法提出一种风电功率双层组合预测模型。首先，构建经验模态分解技术和长短期记忆神经网络相结合（empirical mode decomposition combined with long short term memory network, EMD-LSTM）的预测模型。同时，构建变分模态分解技术、模拟退火算法及深度置信网络相结合（variational mode decomposition, simulated annealing combined with deep belief network，VMD-SA-DBN）的预测模型。并将已构建的EMD-LSTM及VMD-SA-DBN模型作为组合预测模型上层的基础预测模型。其次，利用极端梯度提升算法构建下层预测模型，并将上层2个基础预测模型的预测结果输入到下层预测模型，以得到最终的预测结果。最后，利用实测数据对此算法的有效性进行验证。证明所提出的双层组合预测模型较单一预测模型具有更高的预测精度。
精准的风电功率预测结果可保障电网在安全稳定运行条件下提高风电并网容量。为提高风电功率预测精度，融合时间序列分解技术、机器学习及启发式算法提出一种风电功率双层组合预测模型。首先，构建经验模态分解技术和长短期记忆神经网络相结合（empirical mode decomposition combined with long short term memory network, EMD-LSTM）的预测模型。同时，构建变分模态分解技术、模拟退火算法及深度置信网络相结合（variational mode decomposition, simulated annealing combined with deep belief network，VMD-SA-DBN）的预测模型。并将已构建的EMD-LSTM及VMD-SA-DBN模型作为组合预测模型上层的基础预测模型。其次，利用极端梯度提升算法构建下层预测模型，并将上层2个基础预测模型的预测结果输入到下层预测模型，以得到最终的预测结果。最后，利用实测数据对此算法的有效性进行验证。证明所提出的双层组合预测模型较单一预测模型具有更高的预测精度。
2022, 39(1): 19-25.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0018
摘要:
针对电力系统中的次同步振荡问题，采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象，构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式，研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明，多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低； 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。
针对电力系统中的次同步振荡问题，采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象，构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式，研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明，多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低； 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。
2022, 39(1): 26-35.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0004
摘要:
针对海上风电场运维过程中风电机组的状态信息利用不足，提出了一种基于风电机组状态信息的海上风电场维护策略。首先，考虑环境因素以及部件之间的相互作用对状态信息的影响，定义动态劣化度用于描述风电机组各部件的劣化程度，采用模糊综合评价法建立了风电机组的状态评估模型。其次，依据各风电机组的实测运行数据，确定风电场待维护机组。再次，针对选定的待维护机组，结合后续维护周期内风速预测结果，构建了以单个维护周期内维护成本最小为目标、以海上有限维护时间与可及性为约束的海上风电场短期预防性维护决策模型，对风电场的风电机组的维护时间以及路径进行优化。最后，结合国内某海上风电场实例数据进行算例研究，验证所提方法的有效性。
针对海上风电场运维过程中风电机组的状态信息利用不足，提出了一种基于风电机组状态信息的海上风电场维护策略。首先，考虑环境因素以及部件之间的相互作用对状态信息的影响，定义动态劣化度用于描述风电机组各部件的劣化程度，采用模糊综合评价法建立了风电机组的状态评估模型。其次，依据各风电机组的实测运行数据，确定风电场待维护机组。再次，针对选定的待维护机组，结合后续维护周期内风速预测结果，构建了以单个维护周期内维护成本最小为目标、以海上有限维护时间与可及性为约束的海上风电场短期预防性维护决策模型，对风电场的风电机组的维护时间以及路径进行优化。最后，结合国内某海上风电场实例数据进行算例研究，验证所提方法的有效性。
2022, 39(1): 36-44.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0028
摘要:
为充分挖掘综合能源系统的可调度潜力，提出了一种考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法。首先，为增强价格信号对需求响应的激励效应，在分时价格的基础上结合模糊数学理论提出了模糊分时能源价格，进而建立了价格型综合需求响应模型；其次，综合考虑电–热–气系统的耦合约束以及天然气网络的管道动态特性，构建了综合能源系统的日前调度模型；最后，针对电–热–气系统的复杂性以及信息的不透明特性，提出了基于正则化交替方向乘子法的调度方法，将优化调度模型分解为电–热–气3个子问题，通过多个协调变量进行信息传递，并在迭代求解各子问题的同时通过添加含协调变量的正则项以加快收敛速度。结合具体算例验证了所提模型和方法的有效性。
为充分挖掘综合能源系统的可调度潜力，提出了一种考虑模糊分时能源价格需求响应的综合能源分布式优化调度方法。首先，为增强价格信号对需求响应的激励效应，在分时价格的基础上结合模糊数学理论提出了模糊分时能源价格，进而建立了价格型综合需求响应模型；其次，综合考虑电–热–气系统的耦合约束以及天然气网络的管道动态特性，构建了综合能源系统的日前调度模型；最后，针对电–热–气系统的复杂性以及信息的不透明特性，提出了基于正则化交替方向乘子法的调度方法，将优化调度模型分解为电–热–气3个子问题，通过多个协调变量进行信息传递，并在迭代求解各子问题的同时通过添加含协调变量的正则项以加快收敛速度。结合具体算例验证了所提模型和方法的有效性。
2022, 39(1): 45-55.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0036
摘要:
为解决产消者在配电网实际优化中存在的灵活性不确定的问题。提出鲁棒虚拟电池模型描述产消者灵活性，并将管理完善的产消者应用于电力天然气系统，提出多种备用资源在分布式多能源系统中的能量-备用协同优化模型。考虑到发电机组提供的备用容量很难满足大规模风电接入和事故导致的调度需求，设计了包含发电机组、储能设备、可中断负荷、产消者的备用计划，并考虑了预测误差和事故情况下备用容量传输能力的限制条件。为保护不同能源系统隐私性，采用改进的分布式交替方向乘子法求解。最后设计24节点电力系统和6节点天然气系统验证所提模型的可行性，尤其验证了高渗透率的产消者能有效提升系统经济性。
为解决产消者在配电网实际优化中存在的灵活性不确定的问题。提出鲁棒虚拟电池模型描述产消者灵活性，并将管理完善的产消者应用于电力天然气系统，提出多种备用资源在分布式多能源系统中的能量-备用协同优化模型。考虑到发电机组提供的备用容量很难满足大规模风电接入和事故导致的调度需求，设计了包含发电机组、储能设备、可中断负荷、产消者的备用计划，并考虑了预测误差和事故情况下备用容量传输能力的限制条件。为保护不同能源系统隐私性，采用改进的分布式交替方向乘子法求解。最后设计24节点电力系统和6节点天然气系统验证所提模型的可行性，尤其验证了高渗透率的产消者能有效提升系统经济性。
2022, 39(1): 56-63.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0040
摘要:
使用基本环矩阵编码的智能优化算法在处理配电网重构问题中，通常使用无序的解空间，解空间中局部峰值较多，使得智能优化算法难以发挥自身优势，耗时严重且难以寻找到最优解。针对以上问题，提出一种有序环网编码方式，并基于改进灰狼算法求解含分布式电源(distributed generation，DG)配电网的重构方法。首先，将基本环矩阵的元素按支路顺序排列，再利用启发式规则初步寻找较优解，并将其与初始狼群中的Alpha狼比较，取其较优解作为新的Alpha狼；然后，引入Gamma狼，用于环绕Alpha狼寻优，使狼群保证种群多样性的同时，提高其局部搜索能力；最后，使用改进灰狼算法求解修改后IEEE 33配电网和Taipower 84配电系统，有效地降低系统网损并且提高了系统内的最低电压。经验证，该方法有效可行、算法简单、快速性高，得到的结果更优。
使用基本环矩阵编码的智能优化算法在处理配电网重构问题中，通常使用无序的解空间，解空间中局部峰值较多，使得智能优化算法难以发挥自身优势，耗时严重且难以寻找到最优解。针对以上问题，提出一种有序环网编码方式，并基于改进灰狼算法求解含分布式电源(distributed generation，DG)配电网的重构方法。首先，将基本环矩阵的元素按支路顺序排列，再利用启发式规则初步寻找较优解，并将其与初始狼群中的Alpha狼比较，取其较优解作为新的Alpha狼；然后，引入Gamma狼，用于环绕Alpha狼寻优，使狼群保证种群多样性的同时，提高其局部搜索能力；最后，使用改进灰狼算法求解修改后IEEE 33配电网和Taipower 84配电系统，有效地降低系统网损并且提高了系统内的最低电压。经验证，该方法有效可行、算法简单、快速性高，得到的结果更优。
2022, 39(1): 64-71.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0062
摘要:
随着电力市场的不断深入发展，新能源建设开发不断加快，研究考虑新能源合理消纳的电力市场交易模式具有重要意义。为实现以最小的全社会成本完成最大化清洁能源消费占比，提出新能源“最优消纳区间”的概念，并建立区域能源聚合商与电网的主从博弈模型。博弈主体以最小购电成本为目标通过交替方向乘子算法计算出中标电量与出清电价，而博弈从体通过改进遗传算法进行最优能源调度并重新上报电价，以追求最高售电收益。双方经过多轮博弈最终达到Stackelberg均衡。结果表明“最优消纳区间”能够在保障新能源消纳权重的前提下，提升社会的整体经济效益，而双层优化的主从博弈模型可进一步增加博弈双方的利益，并实现“最优消纳区间”内新能源消纳率1.07%~1.32%的提升。
随着电力市场的不断深入发展，新能源建设开发不断加快，研究考虑新能源合理消纳的电力市场交易模式具有重要意义。为实现以最小的全社会成本完成最大化清洁能源消费占比，提出新能源“最优消纳区间”的概念，并建立区域能源聚合商与电网的主从博弈模型。博弈主体以最小购电成本为目标通过交替方向乘子算法计算出中标电量与出清电价，而博弈从体通过改进遗传算法进行最优能源调度并重新上报电价，以追求最高售电收益。双方经过多轮博弈最终达到Stackelberg均衡。结果表明“最优消纳区间”能够在保障新能源消纳权重的前提下，提升社会的整体经济效益，而双层优化的主从博弈模型可进一步增加博弈双方的利益，并实现“最优消纳区间”内新能源消纳率1.07%~1.32%的提升。
2022, 39(1): 72-79.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0070
摘要:
用电负荷数据的波动性和周期性会影响电力负荷预测的准确性，针对此问题，文中提出了一种基于正交小波长短期记忆神经网络(orthogonal wavelet transform-long short-term memory, OWT-LSTM）的用电负荷预测方法。该方法对用电负荷序列进行正交小波分解，消除负荷数据的波动性，然后利用LSTM及其变种神经网络对正交小波分解后的各尺度负荷序列进行建模训练，通过各序列预测结果进行预测重构，获得最终的负荷预测结果。通过用户用电负荷数据集验证表明，该方法的预测性能优于其他模型，具有较高的预测精确性和稳定性。
用电负荷数据的波动性和周期性会影响电力负荷预测的准确性，针对此问题，文中提出了一种基于正交小波长短期记忆神经网络(orthogonal wavelet transform-long short-term memory, OWT-LSTM）的用电负荷预测方法。该方法对用电负荷序列进行正交小波分解，消除负荷数据的波动性，然后利用LSTM及其变种神经网络对正交小波分解后的各尺度负荷序列进行建模训练，通过各序列预测结果进行预测重构，获得最终的负荷预测结果。通过用户用电负荷数据集验证表明，该方法的预测性能优于其他模型，具有较高的预测精确性和稳定性。
2022, 39(1): 80-87.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0432
摘要:
随着我国电力现货市场的逐步推进，电力市场中的交易结算环节对电力市场用户电量数据的准确度提出了更高的要求。首先，为解决由于计量装置等问题造成的分时电量数据缺失与异常，采取非参数核密度估计(kernel density estimation，KDE)的方法，对窗宽进行优化选取，根据电力市场用户的历史电量数据提取其日分时电量特征曲线。其次，将提取的特征曲线结合历史电量所蕴含的信息得到用户电量数据的可行域矩阵，并将其应用于异常数据的辨识中。再次，根据异常数据区间用电量大小对特征曲线进行缩放处理后的数据作为连续缺点数据修正值。最后，利用某省电力市场用户的计量电量数据，对所提方法的有效性和准确性进行了验证。结果表明所提方法能够有效地处理异常数据，和其他方法相比较，该文方法在连续多点电量数据异常的修正过程中准确度最高，具有实际应用价值。
随着我国电力现货市场的逐步推进，电力市场中的交易结算环节对电力市场用户电量数据的准确度提出了更高的要求。首先，为解决由于计量装置等问题造成的分时电量数据缺失与异常，采取非参数核密度估计(kernel density estimation，KDE)的方法，对窗宽进行优化选取，根据电力市场用户的历史电量数据提取其日分时电量特征曲线。其次，将提取的特征曲线结合历史电量所蕴含的信息得到用户电量数据的可行域矩阵，并将其应用于异常数据的辨识中。再次，根据异常数据区间用电量大小对特征曲线进行缩放处理后的数据作为连续缺点数据修正值。最后，利用某省电力市场用户的计量电量数据，对所提方法的有效性和准确性进行了验证。结果表明所提方法能够有效地处理异常数据，和其他方法相比较，该文方法在连续多点电量数据异常的修正过程中准确度最高，具有实际应用价值。
2022, 39(1): 88-94.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2020.0431
摘要:
针对不同的配电网运行情况，考虑微电网群的运行策略以及子微网的协作运行对配电网的影响，建立了配电网储能配置的选址和定容两阶段优化模型。其中，第一阶段的选址模型在日运行时间尺度上，以配电网系统运行成本最小为目标，利用GAMS软件求解储能的位置、个数以及充放电策略；第二阶段的容量优化模型以年作为时间尺度，以配电网中储能投资运行维护年成本最小为目标，利用嵌套储能寿命计算的粒子群算法在MATLAB软件中求解。算例证明在不同的运行场景下，考虑微电网群和系统经济运行的配电网储能优化配置方法可以有效减少配电网的运行成本和储能的投资维护成本，提高系统经济性。
针对不同的配电网运行情况，考虑微电网群的运行策略以及子微网的协作运行对配电网的影响，建立了配电网储能配置的选址和定容两阶段优化模型。其中，第一阶段的选址模型在日运行时间尺度上，以配电网系统运行成本最小为目标，利用GAMS软件求解储能的位置、个数以及充放电策略；第二阶段的容量优化模型以年作为时间尺度，以配电网中储能投资运行维护年成本最小为目标，利用嵌套储能寿命计算的粒子群算法在MATLAB软件中求解。算例证明在不同的运行场景下，考虑微电网群和系统经济运行的配电网储能优化配置方法可以有效减少配电网的运行成本和储能的投资维护成本，提高系统经济性。
2022, 39(1): 95-103.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0009
摘要:
电池储能具有响应速度快、控制精度高、容量配置灵活的优点，近年来在电网调频中得到广泛关注。但传统控制方式易造成电池过充或过放，给电网运行及电池使用带来负面影响。针对该问题，提出一种考虑荷电状态 (state of charge，SOC)约束的储能参与电网一次调频综合控制策略。首先，构建储能电池参与电网一次调频的自动发电控制(automatic generation control, AGC)模型，提出根据电池SOC约束进行储能容量配置的方案。其次，通过对储能虚拟惯性控制及虚拟下垂控制的特征分析，根据电网频率偏差动态变化进行分配比例系数的设计，实现2种方式参与度的平滑改变。再次，以适应于电池SOC状态的参数自适应调节为目标，进行储能充放电控制系数的调整，以改善调频性能及电池SOC的变化特征。最后，通过多种方法的仿真对比，验证了所提方法的可行性和有效性。
电池储能具有响应速度快、控制精度高、容量配置灵活的优点，近年来在电网调频中得到广泛关注。但传统控制方式易造成电池过充或过放，给电网运行及电池使用带来负面影响。针对该问题，提出一种考虑荷电状态 (state of charge，SOC)约束的储能参与电网一次调频综合控制策略。首先，构建储能电池参与电网一次调频的自动发电控制(automatic generation control, AGC)模型，提出根据电池SOC约束进行储能容量配置的方案。其次，通过对储能虚拟惯性控制及虚拟下垂控制的特征分析，根据电网频率偏差动态变化进行分配比例系数的设计，实现2种方式参与度的平滑改变。再次，以适应于电池SOC状态的参数自适应调节为目标，进行储能充放电控制系数的调整，以改善调频性能及电池SOC的变化特征。最后，通过多种方法的仿真对比，验证了所提方法的可行性和有效性。
2022, 39(1): 104-112.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0055
摘要:
高压直流（high voltage DC，HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体，直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器，提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构，分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响，并对限流断路器的重合闸时序进行了选择，形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中，验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低，故障恢复时间较短的优势。
高压直流（high voltage DC，HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体，直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器，提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构，分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响，并对限流断路器的重合闸时序进行了选择，形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中，验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低，故障恢复时间较短的优势。
2022, 39(1): 113-120.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0061
摘要:
隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器，具有温度特性好、灵敏度高等优点，在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素，文中针对直流配电网电流测量场景，建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型，继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法，提出了磁传感器最优结构参数，并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明，当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时，外磁场影响最小，通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。
隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器，具有温度特性好、灵敏度高等优点，在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素，文中针对直流配电网电流测量场景，建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型，继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法，提出了磁传感器最优结构参数，并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明，当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时，外磁场影响最小，通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。
2022, 39(1): 121-126.
doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0019
摘要:
微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点，为了提高微电源逆变器的快速准确响应，提出将模型预测控制(model predictive control，MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求，设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案，通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程，推导出相应的数学预测模型，在并网运行时，控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流；在孤岛运行时，控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明，2种控制方案都实现了有效跟踪，并且相比于传统PI控制，系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性，使逆变系统达到了良好的控制效果。
微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点，为了提高微电源逆变器的快速准确响应，提出将模型预测控制(model predictive control，MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求，设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案，通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程，推导出相应的数学预测模型，在并网运行时，控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流；在孤岛运行时，控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明，2种控制方案都实现了有效跟踪，并且相比于传统PI控制，系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性，使逆变系统达到了良好的控制效果。
