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2020年第3期精彩导读

《全球能源互联网》2020年第3期已正式出版,本期刊载了智能电网、先进输电、能源经济和多能源系统4个栏目的12篇论文,下面就带您了解一下本期的精彩内容。

智能电网

1

弹性配电网分布式可再生能源电源最优配置模型

卞艺衡,别朝红,黄格超,周勤勇

【摘要】为提升配电网弹性以及促进能源转型下高渗透率可再生能源的接入,提出了分布式可再生能源电源的优化配置模型。在规划阶段配置可再生能源机组,当故障发生后,可再生能源机组与可控机组形成主从控制模式的微网为非故障区域负荷供电。针对故障不确定性,采用鲁棒优化方法减小电网在最严重故障下的负荷切除损失;针对可再生能源出力不确定性,通过构建典型出力场景提升综合优化效果。将鲁棒优化问题建立为防御-攻击-防御(defender-attacker defender, DAD)三层优化框架,在第一层决策者制定分布式可再生能源电源的配置方案,第二层攻击者制定最严重的攻击策略,第三层进行灾后的潮流优化、配网重构等恢复措施。采用嵌套列约束生成算法(nested column-and-constraint generation, NCCG)对模型进行求解,并通过配网37节点系统验证了模型的有效性。

关键词:弹性配电网;可再生能源;分布式电源;鲁棒优化;网络重构

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2

基于预测控制的储能系统多时间尺度动态响应优化研究

吴传申,刘宇,高山,邹子卿,黄学良

【摘要】风电固有的随机性使其难以在长时间尺度上被准确预测,且预测误差随预测时间的延长而增大,导致用于抑制风电随机性的储能控制策略往往与实际需求偏差较大。为了有效应对风电的动态随机性,应用由不同响应能力及容量的储能单元组成的混合储能系统,提出一种基于多时间级分层思想与模型预测控制(model predictive control, MPC)理论相结合的混合储能分层MPC优化策略,实现对风电和储能的精准控制。在对风电进行周期预测的基础上构建储能分层动态响应优化模型,上层优化利用大功率慢速响应储能单元在长时间尺度上对风电进行能量转移,下层优化利用小功率快速响应储能单元在短时间尺度上平滑风电波动,且上层优化结果作为下层优化的状态变量。通过分层MPC,不同时间级的风电周期预测信息不断滚动更新,各层间的储能优化控制也可得到有效协调。针对微网中的风储联合发电系统,通过改变分层MPC的滚动时域及步长,得到适用于算例的最优参数。仿真结果验证了该策略可以动态响应风电变化,并有效改善风储系统输出的峰谷特性和波动性。

关键词:风电;储能系统;多时间尺度;模型预测控制;动态响应优化

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3

考虑分布式电源不确定性与相关性的配电网状态估计

李静,李幸芝,韩蓓,李国杰,王志磊

【摘要】可再生能源发电技术的发展以及在电网中日益普及的分布式电源(DG)给电力系统带来了更多不确定性,使电力系统状态估计量测数据不足的问题更加突出。当前多采用对DG进行伪量测建模的方法来提高系统量测冗余度,针对同时考虑DG之间的不确定性和相关性的伪量测建模研究相对薄弱的现状,提出了一种基于Pair-Copula风电功率相关性模型和高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)等效不确定性模型的DG伪量测建模方法,该方法可以考虑复杂的DG出力相关性和不确定性,提高伪量测的准确性从而提高配电网状态估计的精确度。通过对经修改的IEEE-14节点算例系统进行仿真计算,说明所提方法能够合理刻画状态估计问题中分布式电源的出力不确定性与相关性,计算结果验证了所提方法的有效性。

关键词:状态估计;配电网;Pair-Copula模型;高斯混合模型;加权最小二乘法

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先进输电

4

双馈风电场经柔性直流并网系统的宽频带振荡机理分析与风险评估

王潇,刘辉,邓晓洋,吴林林,李蕴红,苏田宇

【摘要】风电场经柔性直流并网存在几赫兹至几百赫兹频率范围的振荡风险。首先,为复现宽频域振荡特征,基于频率扫描的测量方法,建立双馈风电场孤岛接入柔性直流的振荡分析模型。然后,采用网络阻尼稳定性判据并结合时域仿真,剖析互联系统在次/超同步频率范围和中高频范围的振荡机理。之后,考虑风机、柔性直流控制参数以及风速和并网风机台数的变化,分别针对次/超同步频段、中频段、高频段的振荡情况分析系统阻抗特性,利用阻抗聚合法量化评估各个影响因素与系统潜在振荡风险的关系,给出不同影响因素的变化对系统振荡频率的影响。最后,总结了双馈风电场经柔性直流并网系统在不同频段范围发生振荡的关键影响因素,为宽频域振荡控制提供指导思路。

关键词:双馈风电场;柔性直流输电;振荡;阻抗分析

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5

柔直换流阀子模块控制器 EMC 能力提升研究

闻福岳,卢昭禹,曹均正,朱欢,韩磊,杜宇鹏

【摘要】柔性直流输电换流阀所用的核心器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关速度很快,IGBT开关过程中会产生强烈的电磁骚扰,加上雷击等瞬态骚扰,导致阀厅形成非常规的强电磁骚扰环境。子模块控制器作为子模块的控制和保护单元,属于低压信号设备,位于高压端子模块本体上,负责接收阀基控制器的开关指令和子模块本体的控制保护,因此电磁兼容(EMC)性能面临着严峻考验。为提升换流阀子模块控制器的EMC能力,对换流阀子模块周围电磁环境进行了仿真分析,并根据分析结果和相关标准,设定了控制器相关EMC试验参数,对控制器进行了针对性的电磁骚扰试验考核。系统分析并优化电路和试验方法,顺利通过浪涌抗扰度试验和射频场感应的传导骚扰抗扰度试验,并在实际工程应用中得到了验证。

关键词:柔性直流输电;子模块;电磁兼容

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6

30 mm 重冰区 ±1100 kV 特高压直流线路设计

林锐,翁兰溪,何园丁,陈允清,赵晶

【摘要】昌吉—古泉特高压工程是世界上首个±1100 kV特高压直流输电工程。线路于陕西省境内翻越秦岭高海拔重冰区,最高海拔达到2500 m,设计覆冰厚度达到30 mm,该区段线路设计方案的可靠性及合理性成为整个工程设计的难点和关键之一。结合昌吉—古泉± 1100 kV特高压直流输电工程成功的设计经验,对30 mm重覆冰区段的导地线选型、绝缘子选择及配置、塔头空气间隙、防雷保护、金具及绝缘子串、杆塔型式、杆塔荷载等关键设计方案进行了论证和分析。30 mm重冰区关键设计技术的研究成果可为后续特高压直流重冰区线路工程设计提供参考。

关键词:±1100 kV特高压;重冰区;直流;线路设计

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能源经济

7

基于联盟链技术的跨国电力交易框架设计

高志远,高艺,卢文冰,王璐

【摘要】网对网式的国与国之间的电力协商交易模式无法全面支撑各类跨国电力交易,严重依赖运营机构信用和成员互信的跨国电力市场也不容易形成,区块链技术有可能提供一种介于以上两种方式之间的跨国电力交易模式。从跨国电力交易的实际需求出发,分析了区块链技术的适用性,建立了一个包含半分布式网络拓扑结构、多主体交易区块链数据结构和多管理节点共识机制的基于联盟链的跨国电力交易框架,并设计了详细的跨国电力集中交易过程,分析了模型与数据共享、安全约束出清等关键支撑技术。研究表明,区块链技术对于跨国电力集中交易有很高的适用性,所提出的解决方案提供了具有通用性的跨国集中交易支撑框架。

关键词:区块链;联盟链;电力市场;跨国电力交易

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8

中长期合同竞价市场下自主确定检修计划对系统运行影响的探讨

林弋莎,鲁宗相,乔颖,马明

【摘要】电力市场环境下是否应由发电公司自主确定机组的检修计划仍存争议。相比计划经济体制下以系统可靠性为单一优化目标的检修计划,由发电公司安排各自的检修计划只保证对系统运行的可行性而不保证最优性,可能给系统运行带来风险。重点研究了中长期合同竞价市场环境下发电公司自主安排检修计划对系统运行的影响。借助综合机组竞价和检修策略的博弈论方法模拟检修行为,评估系统运行的可靠性和经济性。相比垂直管理模式下的检修方案,中长期合同竞价市场下的机组检修行为可能恶化系统运行的可靠性和经济性。另外,需要警惕发电公司故意延长检修时长抬高电网购电价格的问题,并关注竞争电量和竞价上限不合理设置时小容量机组检修导致的高市场出清电价的可能性。

关键词:中长期合同竞价市场;机组检修;博弈论;系统运行

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多能源系统

9

微能源系统中多能传输、存储与转换过程的影响机制

苟星,陈群,孙勇,马欢,贺克伦,李振元

【摘要】将用户侧电、热、气等多种形式能源集成构建微能源系统,能够综合考虑多能流的转换、存储与传输过程中的互补特性,有利于提升系统的整体能源利用效率。然而,系统中不同形式能量的物理属性和传输特性差异较大,现有模型在研究多能流的传输和转换过程时,难以完整考虑热量传输约束及其对能量转换的影响。针对微能源系统中的综合能量管理问题,构建了热力系统中换热器的非线性传热模型,并考虑了热量传输对能量转换效率的影响。同时,结合光伏电池、储能电池、热泵、燃气锅炉、太阳能集热器及相变储热装置建立了微能源系统中能量传输与转换的整体模型,并以系统投资与运行总成本最小为目标构建了优化模型,提出了一种以混合整数线性优化为基础的分层迭代优化策略,通过对系统进行优化设计,研究了热量传输、转换与存储过程间的相互影响。对比发现:未考虑热量传输对热泵和太阳能集热器效率的影响时,太阳能集热器总出力为考虑热量输传输影响的80.2%,储热装置最佳容量仅为考虑热量输传输影响的48.9%。

关键词:微能源系统;多能输运;能量转换;能量存储;传热约束

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10

考虑室内体感舒适度的城市楼宇型能量枢纽优化配置与定容应用分析

范成围,陈刚,熊哲浩,靳旦,刘洋,杜新伟,李海波,雷一

【摘要】楼宇用能是城市能耗的重要组成部分。基于楼宇室内人体在各个季节的舒适体感温度,建立建筑和能量枢纽优化模型,据此计算维持楼宇最佳体感温度所需的冷热负荷,并基于外部能源要素价格、内部功率平衡等约束条件,面向用能托管的商业模式,提出楼宇冷热电气能量转换和存储设备的优化配置方法,以实现楼宇能量枢纽综合经济成本最优,并通过实际算例进行了验证。结果表明,充分发挥各类能量转换设备的互补特性,对于降低能量枢纽的综合成本起着关键作用。燃气内燃机满足电、热基荷,电网购电和热泵予以补充的方式具有较高的经济性。气价、峰谷电价差和燃气机热电比是影响整体经济性的重要因素。

关键词:能量枢纽;楼宇;优化配置;体感温度

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11

基于 CVaR 的灵活综合能源系统随机调度优化模型

张萌萌,董军

【摘要】综合能源系统(integrated energy system, IES)可以满足园区冷、热、电等多种能源互补的需求,实现多能耦合,进一步提升能源的利用效率。但伴随光伏和风电等可再生能源发电设备的广泛接入,其不确定性和间歇性使得综合能源系统供给灵活性降低、运行风险增大,不能有效提升可再生能源的使用效率。以系统运行成本、碳排放惩罚成本最小为目标,分析了冷热电联供对系统运行效率的影响,同时引入模糊C均值-聚类综合质量法(FCM-CCQ)对风电及光伏的出力场景进行聚类分析,运用条件风险价值(conditional value at risk, CVaR)理论对系统运行风险进行控制。通过算例分析表明,综合能源系统传统运行模式、热电解耦运行模式、冷热电解耦运行模式的CO2排放依次降低,且系统灵活性得到较大提高,系统运行的经济性得到提升。

关键词:综合能源系统;碳排放;系统灵活性;系统优化调度

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12

含海水淡化负荷的多源多荷系统日前优化调度策略研究

陈培育,宋杰,陈嘉栋,朱庆,张金禄,于光耀

【摘要】以含海水淡化负荷的多源多荷系统日前优化调度问题为研究对象,分析了含海水淡化负荷的多源多荷系统结构,系统中海水淡化设备主要包括两种,即蒸馏法设备(热法设备) 和反渗透法设备(膜法设备),不同种类的海水淡化设备在耗电量、热能消耗、最大运行功率和最大爬坡功率方面有所差异,可以形成资源互补。通过分析系统调度优化目标和约束条件建立了含海水淡化负荷的多源多荷系统日前优化调度模型,根据优化模型特点采用线性单纯形算法进行求解。算例表明通过对含海水淡化负荷的多源多荷系统运行情况进行优化, 可以大幅降低海水淡化企业的生产运行费用,有助于沿海高密度分布式电源的就地消纳, 为开展海水淡化综合能源系统优化运行和电网友好互动示范应用提供参考依据。

关键词:综合能源;海水淡化负荷;调度策略;线性单纯形法;多源多荷系统

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编辑张鹏

审核:白恺


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