半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2020年第44卷第14期文章目次
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    • >观点
    • 欧美电力市场操纵行为监管原则分析及其对中国的启示

      2020, 44(14):1-8. DOI: 10.7500/AEPS20191117002

      摘要 (194) HTML (64) PDF 995.21 K (435) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国电力现货市场建设的不断推进,市场交易体系和交易品种日趋复杂。未来各类交易品种交织关联,将导致电力市场操纵行为日益复杂和隐蔽。各类操纵行为可能会扭曲市场交易结果,影响市场对资源优化配置的有效引导,继而影响电力市场改革的有效性和可持续性,是电力市场建设发展过程中需要重视和严密监管的问题。对此,文中针对性地研究分析了欧美电力市场中存在的操纵行为,通过介绍操纵行为的定义、分类及原理,结合案例总结了电力市场操纵方法的一般规律和对应的市场监管原则。在此基础上,结合中国电力市场的发展现状,提出了针对中国电力市场监管体系的启示和建议。

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    • >学术研究
    • 事故备用分散转移的实现方式

      2020, 44(14):9-18. DOI: 10.7500/AEPS20191027003

      摘要 (89) HTML (24) PDF 1.33 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着大量可再生能源并网和直流投运,导致系统惯性降低、事故备用短缺、低频风险增大。为了解决该问题,提出了事故备用分散转移(DTCR)的实现方式,能够支持发电侧事故备用向用电侧分散转移。首先,给出了DTCR的系统设计和实现思路。然后,提出了一种支持DTCR的毫秒级电器级负荷频率控制方法,其核心是三阶段响应策略:瞬时保守响应(ICR)、可靠延时响应(RLR)和最优动态控制(ODC)。为了兼顾ICR的瞬时性和准确性,提出了一种考虑电器优先级和功率差异的本地侧零通信主动响应形式。为了增强ICR的试错能力,提出了保守响应量的整定公式,能够利用最少负荷资源避免频率低于危险阈值,同时最小化误动作带来的频率冲击。最后,通过修改的IEEE 39节点系统仿真验证了该方法的有效性。DTCR方案有助于缓解事故备用负担和提升系统安全性。

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    • 二次侧注入扰动的变流器次超同步频段广义阻抗测量方法

      2020, 44(14):19-25. DOI: 10.7500/AEPS20200109008

      摘要 (104) HTML (45) PDF 979.23 K (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于广义阻抗的稳定判据充分考虑了次超同步频段电网和变流器的耦合作用,并可将系统稳定性分析转化为对单输入单输出系统的分析。从二次侧注入扰动不仅可以测量变流器的广义阻抗,相比一次侧注入扰动,还具有成本低、操作简单的优势。为此,提出了二次侧注入扰动的变流器次超同步频段任意功率因数下广义阻抗测量方法。首先,推导了任意功率因数下的系统广义阻抗和考虑二次侧扰动信号注入的原-对偶复电路;然后,从电路的角度解释了所提广义阻抗测量原理;最后,根据测量原理给出了该频段二次侧注入扰动的变流器广义阻抗测量方法。所提方法是现有广义阻抗测量方法的推广,通过仿真分析可验证所提方法的有效性。

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    • 电池储能单元群参与电力系统二次调频的功率分配策略

      2020, 44(14):26-34. DOI: 10.7500/AEPS20200116008

      摘要 (88) HTML (26) PDF 1.08 M (277) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模电池储能电站响应频繁的电力系统二次调频小额功率需求时,面临二次调频功率在电池储能单元群之间分配的问题,分配不当会劣化储能电站运行效率。文中分析了电池储能单元充放电功率对其能量转换效率的影响,构建了电池储能单元充放电功率-效率模型,提出使电池储能电站整体能量转换效率最大化的电池储能单元群功率分配策略。该策略可以提高电池储能电站运行效率、减小功率损失,同时在小额调频功率需求场景下可以减少电池储能单元响应数量和延长电池储能电站寿命。仿真分析验证了所提功率分配策略的有效性,与按比例功率分配策略和最大充放电功率分配策略对比结果表明,所提出的功率分配策略在提升电池储能系统运行效率以及减缓电池寿命衰减方面均具有优势。

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    • 考虑电动汽车入网辅助服务的配电网日前调度策略

      2020, 44(14):35-43. DOI: 10.7500/AEPS20190911002

      摘要 (92) HTML (20) PDF 1.53 M (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:为避免大量电动汽车(EV)无序充电对电网安全、经济运行的影响,提出了基于电动汽车入网(V2G)辅助服务的配电网日前调度方法。首先,基于智能电网和物联网的历史及实时信息建立EV充放电模型,并进行EV辅助服务参与者的筛选和分类。其次,建立了考虑V2G辅助服务的 2层配电网最优经济调度模型。上层模型以网损成本、EV用户成本和系统总负荷均方差最小为目标,优化充电站的充放电功率和电压调节设备的工作状态;下层模型以EV的充放电状态转换次数最少和充电站功率与上层优化结果偏差最小为目标,计算每辆参与辅助服务EV的充放电功率。最后,算例系统仿真验证了所提方法的有效性。

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    • 考虑源-荷互动的园区综合能源系统站-网协同优化

      2020, 44(14):44-53. DOI: 10.7500/AEPS20190521003

      摘要 (168) HTML (59) PDF 1.23 M (548) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立了园区综合能源系统站-网协同优化双层模型,上层模型采用改进的p-中位模型,决策变量为能源站位置、容量及网架结构;下层模型考虑电、热负荷的需求响应特性,以电-热-气混合潮流为支撑,将可中断负荷与能源站进行协同调度。采用贪婪-变邻域蛛网算法求解上层模型,高效且可得到全局最优解;利用二阶锥松弛技术,将含有非凸气流约束的非线性规划问题转化为二阶锥规划问题,并采用凸-凹步骤法恢复解的确切性。通过算例表明,考虑源荷互动,可以有效降低系统的运行成本,并且使规划出的能源站容量更加经济合理。

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    • 含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化

      2020, 44(14):54-61. DOI: 10.7500/AEPS20190807002

      摘要 (120) HTML (59) PDF 1.12 M (505) 评论 (0) 收藏

      摘要:多端柔性多状态开关(FDS)作为可实现功率实时调控的装置,有利于实现主动配电网的运行优化。文中基于FDS接入配电网的拓扑和运行数学模型,建立含FDS支路的配电网有功-无功协调动态优化运行模型:构建多时间尺度有功-无功调度架构,以最优网损和电压均衡为目标函数,并考虑计及系统安全和断面动作限制的运行约束条件。为提高多断面潮流模型的求解效率和松弛精度,提出针对二阶锥规划和非线性规划的模型求解优化方法,并利用求解工具集SCIP等算法包获取测试结果。最后,依托实际工程数据,在含三端FDS主动配电网系统中展开仿真测试,结果呈现了FDS接入对主动配电网电能质量改善、运行策略优化和潮流智能分配的积极影响,并验证了所述方法的寻优稳定性和计算高效性。

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    • 考虑新能源波动区间的交直流配电网下垂斜率鲁棒优化方法

      2020, 44(14):62-70. DOI: 10.7500/AEPS20190903004

      摘要 (77) HTML (12) PDF 1.17 M (260) 评论 (0) 收藏

      摘要:为应对交直流配电网中新能源出力的不确定性,以交直流混合配电网电压源型变流器(VSC)为研究对象,提出了考虑新能源波动区间的交直流配电网VSC下垂斜率鲁棒优化方法。该方法在保证系统鲁棒安全的前提下最小化期望场景的网损,并采用列和约束生成算法进行求解。在下垂控制中,提出 V a c 2 -P V a c 2 - Q 双下垂控制,在保证线性反馈下垂特性的前提下,将模型的子问题转化为混合整数二阶锥规划问题。此外,为提高子问题二阶锥松弛的精确性,提出了支路损耗限值策略,通过求解支路损耗最优潮流模型,确定每次迭代过程中各支路可能的最大损耗,并在子问题中以此为约束对支路电流进行限值。数值仿真结果表明,提出的优化方法可以以微小的经济代价显著提高系统的鲁棒安全性。支路损耗限值策略能有效提高二阶锥松弛的精确性,从而增强子问题对于极端场景的优化能力。

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    • 基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

      2020, 44(14):71-78. DOI: 10.7500/AEPS20191224010

      摘要 (66) HTML (17) PDF 1.36 M (339) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。

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    • 输电断面热稳定功率极限区间在线识别方法

      2020, 44(14):79-85. DOI: 10.7500/AEPS20200201003

      摘要 (59) HTML (10) PDF 908.99 K (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对日益复杂多变的运行情况和系统对安全稳定经济运行的要求,提出了输电断面热稳定功率极限区间在线识别方法。首先建立输电断面热稳定功率最小极限(PTTC)和最大极限(OTTC)的优化模型,然后基于关键热稳模式筛选,采用改进Benders分解法将原问题降维、解耦,最后基于集群计算平台快速求解。所提方法为调度运行人员实时准确掌握系统安全稳定边界、动态释放输电能力提供了技术手段,某实际系统的算例分析验证了提出方法的实用性和有效性。

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    • 考虑路网-电网交互和用户心理的电动汽车充电负荷预测

      2020, 44(14):86-93. DOI: 10.7500/AEPS20191011008

      摘要 (59) HTML (12) PDF 1.07 M (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中提出了一种考虑路网-电网信息交互和用户心理的电动汽车充电负荷预测框架。首先,利用出行链和原点-终点(OD)矩阵得到电动汽车出行目的地;然后,考虑行驶、排队时间和充电电价,提出基于后悔理论的充电站选择模型;接着,基于跟驰模型对车辆在路网中的行驶过程进行微观交通分析,建立基于电价驱动的路网-电网交互式负荷预测框架;最后,采用蒙特卡洛方法模拟电动汽车的出行和充电情况,以预测电动汽车充电负荷时空分布。通过在中国北京市三环路网和相应电网上的仿真,验证了所提电动汽车充电负荷预测框架的有效性。仿真结果也表明路网和电网通过电价相互作用,使得电动私家车和出租车的充电负荷在时间与空间上分布差异明显。

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    • >研制与开发
    • 智能电网调度控制系统的二次设备防误技术

      2020, 44(14):94-100. DOI: 10.7500/AEPS20200101002

      摘要 (84) HTML (22) PDF 951.33 K (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对智能电网“调控一体化”运行模式缺少二次设备操作防误技术手段问题,提出并实现一种基于防误主子站协同的二次设备防误技术。通过扩展基于IEC 104通信规约的二次设备防误应用服务数据单元(ASDU),建立调控与防误图模一体化,实现防误主子站的防误信息源端维护和逻辑一致性互校核。文中提出二次设备防误规则,建立一次设备与二次设备、二次设备与二次设备、站与站之间的防误逻辑,设计基于专家知识库的二次设备防误算法,实现一、二次设备远方操作的防误闭锁功能。现场实践表明,二次设备防误技术可提升设备状态感知能力和远方误操作风险管控能力,保障电网设备远方操作的安全性。

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    • 考虑电量执行进度公平性的月度电能交易计划四阶段建模

      2020, 44(14):101-110. DOI: 10.7500/AEPS20191219006

      摘要 (63) HTML (12) PDF 1.14 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着新能源占比的不断提升,新能源输出电量较强的不确定性给现有采用解耦串行方式的月度电能交易计划编制带来诸多问题。文中提出了一种月度电能交易计划编制的时序仿真法,其中:新能源与传统机组的耦合协同优化方式可充分考虑新能源电量不确定性的影响,保障计划准确实施;“分段建模,前细后粗”的四阶段建模思路,可充分利用问题特点,既保证计算收敛且提升计算速度又方便计入运行安全约束,为调度计划制定奠定良好基础;年时间尺度电量执行进度基尼系数约束的引入,可保证各个发电实体电量执行进度的均衡,从而更好地保证公平性。算例结果验证了所提方法的可行性与有效性。

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    • 基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略

      2020, 44(14):111-120. DOI: 10.7500/AEPS20200120001

      摘要 (123) HTML (39) PDF 1.18 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:双馈感应发电机在最大功率点跟踪控制下,发电机的输出功率难以响应电网频率波动,常规超速减载控制虽然可保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制启动频繁等问题。为此,文中结合双馈感应发电机网侧变流器的控制特性,提出了基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略。其中,虚拟惯量调节和一次频率调节都由超级电容控制实现,无须改变或增加风电机组额外附加控制,提高了单台风电机组的自稳性和抗扰性;根据实际超级电容模组的成本和充放电效率对储能单元容量进行优化配置。通过对比预留备用一次调频方案的经济性,表明所提方案具有较强的经济优势。最后,通过仿真实验表明其惯量支撑和一次频率调节能力及发电效益相较于常规一次频率控制具有明显提高。

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    • 风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

      2020, 44(14):121-129. DOI: 10.7500/AEPS20191122007

      摘要 (51) HTML (15) PDF 1.19 M (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。

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    • 基于微分平滑理论的多直流电力弹簧电压平稳控制方法

      2020, 44(14):130-140. DOI: 10.7500/AEPS20190710005

      摘要 (38) HTML (11) PDF 6.38 M (379) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现含高比例可再生能源情形下直流微电网母线电压的平稳控制,提出基于微分平滑理论的多直流电力弹簧(DCES)协调控制方法。针对直流微电网多DCES非线性特性与多运行工况,上层设计微分平滑控制方法,直接补偿非线性分量,确保在可再生能源出力波动、系统参数摄动情形下直流母线电压平稳,提升系统稳定性与鲁棒性,同时为下层控制提供电感电流参考轨迹;下层控制设计基于DCES工作模态的模型预测控制方法,通过简化寻优计算量,确保系统动态响应的快速性,无需通信,即可实现电感电流参考轨迹跟踪与各段直流母线电压波动平抑。基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于dSPACE的实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

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    • 光伏发电双分裂变压器分布电容对逆变器直流电压的影响

      2020, 44(14):141-147. DOI: 10.7500/AEPS20191225006

      摘要 (56) HTML (14) PDF 1.04 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:兆瓦级光伏电站发电单元通常是由2台500 kW并网逆变器和1台1 MVA三相辐向双分裂升压变压器构成,而辐向升压变压器低压绕组间存在较大的分布电容,常发生2台光伏并网逆变器共同运行困难的问题。针对上述问题,对采用三相辐向升压变压器的光伏发电单元进行了等效建模,分析了变压器低压绕组间分布电容对双逆变器共同运行的影响机理。分析结果表明,并联在变压器两低压侧的2台逆变器之间存在漏电流回路,光伏发电单元中延后并网的逆变器直流母线电压升高导致双逆变器共同运行困难。通过仿真验证了机理分析的正确性。最后,提出了2种解决办法,并进行了仿真和实验验证。

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    • 虚拟直流电机的参数自适应控制策略

      2020, 44(14):148-155. DOI: 10.7500/AEPS20190909001

      摘要 (43) HTML (12) PDF 2.61 M (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升直流微电网的稳定性,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中,使变换器具有直流电机的外特性。但传统参数恒定的虚拟直流电机控制较难在提供惯性与阻尼支撑的同时实现较佳的动态性能。针对该问题,文中以Buck变换器作为研究对象。首先,建立虚拟直流电机控制小信号模型,分析了负载功率突变时转动惯量和阻尼系数对输出电压动态特性的影响。在此基础上,提出了虚拟直流电机参数自适应控制,给出了转动惯量和阻尼系数自适应调节原则和参数整定方法。最后,仿真与实验结果表明,相比传统虚拟直流电机控制策略,所提控制策略使系统在提供惯性和阻尼支撑的同时具有较快的响应以及较小的超调,可较好地抑制直流母线电压的波动。

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    • 面向现代工业园区的电压暂降综合防治方案

      2020, 44(14):156-163. DOI: 10.7500/AEPS20191210002

      摘要 (47) HTML (10) PDF 1023.50 K (238) 评论 (0) 收藏

      摘要:现代工业园区具有用电量大、敏感设备多、电压等级高等特点,为缓减电压暂降对现代工业园区用户造成的巨大经济损失,克服现有治理方案手段单一、成本高以及可实施性差等不足,提出协调采用电网侧和用户侧治理措施、优化配置切换型与补偿型治理设备的电压暂降综合防治方案。首先,对用户侧多个同类型与不同类型暂降治理设备的性能、成本进行分析,建立各治理设备的成本模型;其次,对输配电线路的改造成本分别进行建模,并建立线路改造后园区年度暂降次数模型;最后,建立综合防治后治理方案的最大净现值目标函数,利用粒子群优化算法求解获得园区最优的暂降治理设备配置方案。通过对某现代工业园区进行实例分析,验证了该方案能综合应用各种治理手段,提高园区电压暂降治理的净现值,具有较好的可行性。

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    • 基于零序电流波形区间斜率曲线的配电网高阻接地故障检测

      2020, 44(14):164-171. DOI: 10.7500/AEPS20190801009

      摘要 (64) HTML (12) PDF 1.66 M (265) 评论 (0) 收藏

      摘要:配电网高阻接地故障由于故障电流微弱而难以被传统保护装置检测并排除,故障长时间存在会增加发生火灾和人身安全事故的风险。针对现有方法在面对不同接地介质等故障场景时,因故障特征的差异性及噪声干扰而导致的整定阈值难设定和检测可靠性不足等问题,基于对10 kV电网现场实测高阻故障波形的分析,采用最小二乘线性拟合描述波形非线性畸变,提出基于零序电流波形区间斜率曲线的故障检测方法。同时,采用格拉布斯(Grubbs)法抑制不规则波形畸变对区间斜率曲线的干扰,以进一步保证算法对故障特征的正确提取。所提方法具有较强的抗噪声能力,数值仿真和现场实测故障数据验证了算法的可靠性。

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    • >讨论园地
    • 基于模块化双有源桥变流器的直流变电站设计方案

      2020, 44(14):172-178. DOI: 10.7500/AEPS20190623002

      摘要 (82) HTML (11) PDF 2.48 M (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中提出了一种基于模块化双有源桥变流器的直流变电站方案,将双有源桥模块按照输入端并联、输出端串联的结构级联而成,可以将输入端的直流低压升压至输出端的直流中高压,并且具备功率双向流动能力。模块化双有源桥变流器的直流高压出线连接到高压直流电网,各个模块的直流低压出线可分别连接到低压分布式电源和负荷。双有源桥模块内部使用结构紧凑的高频变压器实现输入端和输出端的电气隔离。提出了适用于模块化双有源桥变流器的串并联均衡控制,具有高效可靠且无需通信的特点,各模块的串联输出端的电压和并联输入端的电压保持相同的斜率关系。电磁暂态仿真结果表明该直流变电站总有功功率在各模块之间均匀分配,各模块的输入直流电流和输出直流电压能够保持均衡。

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    • >综述
    • 分布鲁棒优化方法在电力系统中的理论分析与应用综述

      2020, 44(14):179-191. DOI: 10.7500/AEPS20191022002

      摘要 (430) HTML (78) PDF 1.29 M (618) 评论 (0) 收藏

      摘要:清洁能源、电价等不确定因素对电力系统的规划运行有着重要影响,而分布鲁棒优化(DRO)方法因结合了随机优化和鲁棒优化在处理不确定性方面的优点逐渐受到学者们的关注,文中对DRO方法在电力系统领域的应用情况进行综述。首先,阐述了DRO方法的特点,并与其他不确定性处理方法进行了对比分析。其次,介绍了不同类型的DRO方法在电力系统中的应用现状,并分析了各种DRO方法(包括概率密度、矩信息两大类及基于这两大类的分布鲁棒机会约束方法)的优缺点。最后,对DRO方法在电力系统领域待研究的方向进行了总结与展望。

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