半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2021年第0卷第22期文章目次
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    • >能源转型与电力支撑
    • 适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践

      2021, 45(22):1-8. DOI: 10.7500/AEPS20210302001

      摘要 (128) HTML (955) PDF 692.37 K (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着能源转型需求增长及新能源快速发展,中国能源结构与电力系统结构正面临着巨大变革。为了适应大规模新能源送出需求,构建以新能源为主体的新型电力系统,迫切需要研发应用灵活可靠的输电技术,基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。目前,中国正在应用的直流输电技术包括常规直流输电技术、柔性直流输电技术及混合直流输电技术。文中基于中国直流输电技术发展和工程实践,归纳分析了大规模新能源经直流送出技术在工程应用中的关键问题,探讨了若干技术方向,为新能源送出技术发展提供了参考。

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    • >学术研究
    • 计及碳排放的风-光-抽水蓄能系统容量优化配置方法

      2021, 45(22):9-18. DOI: 10.7500/AEPS20210221003

      摘要 (96) HTML (257) PDF 746.10 K (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:合理的系统容量配置方案是开发利用可再生能源的重要基础。文中提出了一种并网型风-光-抽水蓄能联合运行系统容量优化配置方法,该方法以成本最低、经济效益最大、碳排放量最小为优化目标建立系统模型,基于中国东南沿海某近陆海岛的真实数据,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对模型进行求解。然后,引入灰色关联分析法实现无偏折中策略获取最优容量配置方案。仿真结果表明,联合运行系统能在最大限度利用风能和太阳能的基础上实现连续稳定运行;引入灰色关联分析法决策最优容量配置方案是可行的,且联合运行系统在全项目周期里的碳排放量随着灰色关联度的增大而减小;适当提高风电和光伏发电入网率能够降低系统成本、提高经济效益、减少碳排放量。

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    • 考虑交通流量捕获的风-氢-电耦合网络规划

      2021, 45(22):19-28. DOI: 10.7500/AEPS20210303011

      摘要 (48) HTML (90) PDF 853.57 K (152) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究在风-氢-电耦合网络下的制氢加氢站(HPRS)与风电场的选址定容问题,以期实现HPRS与风电场的科学布局。首先,建立了包含氢气生产、压缩和储存并被注入氢燃料汽车的HPRS全流程模型,模拟现场电解水HPRS的氢气生产和消耗;其次,提出交通网的加氢逻辑规则及网络扩展技术;最后,同时考虑交通网络约束、电力网络约束和设备运行约束,构建考虑交通流量捕获的风-氢-电耦合网络规划模型。以IEEE 33节点电力网络和25节点交通网络作为算例测试系统,研究结果验证了所提模型的有效性。

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    • SoS架构下的多微电网极端场景韧性增强策略

      2021, 45(22):29-37. DOI: 10.7500/AEPS20210208006

      摘要 (45) HTML (81) PDF 686.68 K (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球范围内由小概率、高影响的极端事件导致的大停电事故不断增加,引起了学术界对多微电网系统灾害应对能力的广泛关注。为了提高多微电网系统应对极端事件的能力,文中基于体系架构提出了一种新的多微电网两阶段能量管理调度方法。通过充分利用系统内的各种发电资源,实现多微电网系统与主网断开连接情况下的供电最大化。同时,文中也提出采用评估多微电网系统应对极端事件能力的韧性指标体系,通过与传统多微电网能量管理方法的对比,验证了所提方法的有效性。

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    • 含分布式电源的配电网故障紧急恢复与抢修协调优化策略

      2021, 45(22):38-46. DOI: 10.7500/AEPS20210421009

      摘要 (87) HTML (167) PDF 698.86 K (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着分布式电源的规模化接入,传统配电网故障恢复策略逐渐难以适应实际需要。为此,提出一种含分布式电源的配电网故障紧急恢复与抢修协调优化策略。首先,在故障紧急恢复模型中引入典型负荷时变性需求模型,优先恢复需求度高的负荷。以抢修时间最短和社会经济损失最小为综合目标函数得到故障抢修模型。然后,研究故障紧急恢复与抢修协调优化策略,利用主网与孤岛协调控制进行故障恢复,通过改进粒子群算法得到最优抢修顺序。在抢修过程中,考虑负荷及时变性需求变化,调整故障紧急恢复与抢修最优方案,保证配电网可靠、快速恢复正常运行状态。最后,通过算例仿真验证了所提策略的有效性。

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    • 面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略

      2021, 45(22):47-54. DOI: 10.7500/AEPS20201116001

      摘要 (67) HTML (126) PDF 690.74 K (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:分布式电源的大规模接入使得中低压配电网具备参与优化调度的能力,但分布式电源出力的随机性和潮流分布的复杂化为中低压配电网无功优化带来了新的挑战。考虑台区拓扑信息不全的现实问题和传统协同优化的局限性,文中提出面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略。首先,对馈线和台区分别建立馈线物理模型和台区拟合模型。然后,利用主从分裂法对全局无功优化模型进行分解,并将不可控台区的潮流拟合模型引入馈线无功优化模型,从而充分调用馈线资源改善不可控台区各节点的电压质量,解决基于物理模型协同优化的局限性,提升协同无功优化水平。算例仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。

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    • 基于虚拟相似日与DA-LSTPNet的地区电网短期负荷预测

      2021, 45(22):55-64. DOI: 10.7500/AEPS20210423011

      摘要 (62) HTML (105) PDF 884.59 K (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对短期负荷预测精细化的需求,提出一种基于虚拟相似日与双阶段注意力机制的长短期时序神经网络(DA-LSTPNet)的地区级短期负荷预测方法。为获得与负荷相匹配的细粒度实时气象数据,首先基于粗粒度的气象数据,利用灰色关联度和关联度加权法获取含细粒度气象数据的气象虚拟相似日。然后,采用最大信息系数(MIC)对气象特征信息与负荷进行非线性关联性分析,构建MIC加权下的负荷虚拟相似日选取算法,解决选取历史日作为传统负荷相似日而导致的过分局部相似乃至非相似的问题。最后,针对过往预测模型缺乏考虑特征因素与局部负荷细粒度变化之间联系特性的问题,构建能够有效挖掘负荷特征数据长期宏观以及短期局部变化特性的DA-LSTPNet进行日前短期负荷预测。以中国南方某地区电网实际负荷数据为例,采用多种形式的仿真验证了所提预测方法具有更高的预测精度和普适性。

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    • 利用多空间尺度下时空相关性的点云分布多风机风速预测

      2021, 45(22):65-73. DOI: 10.7500/AEPS20210207002

      摘要 (43) HTML (108) PDF 1.36 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:在风机呈不规则排列的风电场中,不同空间位置下的众多风机分布构成点云,而不是规则化的矩形网格。点云是不规则且无序的,可以代表任意风电场中多风机的地理位置分布,但是不能构成卷积神经网络(CNN)高度规则的网格输入,卷积算子难以学习其空间局部相关性。若直接将不规则点云映射为网格排列进行常规卷积,会失去点云原始的空间信息。为此,采用点CNN进行空间相关性提取,再利用简单循环单元进行时间相关性提取,从而获取点云数据的时空相关性。同时,设计点CNN时融入了多尺度下的空间特征提取与汇集。最后,结合实际以点云分布的多风机仿真结果验证了所提预测模型的有效性。

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    • 新能源发电集群的改进等效短路比计算方法

      2021, 45(22):74-82. DOI: 10.7500/AEPS20210126009

      摘要 (59) HTML (101) PDF 651.61 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:短路比是衡量电源接入点并网强度的重要指标,低短路比并网的新能源电站发生振荡、电压失稳等问题的风险较高。文中首先针对新能源集群并网的场景,分析了常用的加权短路比、复合短路比以及等效短路比等计算方法的适用性及其不足,提出了一种考虑新能源无功出力、静止无功发生器、阻抗角以及初始相位角的改进的新能源集群等效短路比计算方法。然后,基于简单网络证明了所提计算方法与常规短路比的相互关系,分析了无功补偿方式对等效短路比的影响。最后,结合典型算例和实际新能源基地经特高压直流送出工程,开展了基于改进等效短路比的电网强度评估应用研究,并进一步分析了分布式调相机对于加强新能源电站并网点强度的作用。

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    • 考虑响应率差异的需求响应交易机制设计与效果分析

      2021, 45(22):83-94. DOI: 10.7500/AEPS20210311006

      摘要 (47) HTML (83) PDF 813.49 K (153) 评论 (0) 收藏

      摘要:高比例可再生能源并网使得电力系统安全、稳定、经济运行面临着巨大挑战,需求响应作为一种重要调节手段在电力供需平衡中扮演着愈加重要的角色。然而,需求侧资源响应具有较大的不确定性,导致需求响应市场规模有限,经济驱动力不足。为有效引导需求侧提供高质量响应服务,设计了一种考虑响应率差异的交易机制,提出资源质量评估指标,基于“高质高价”原则制定动态奖惩规则。在该机制作用下,需求侧为规避低响应质量带来的经济风险,提出广义储能聚合商的形式,构建将高响应精度、高成本的狭义储能与低响应精度、低成本的虚拟储能相结合的广义储能运营决策模型,协同参与市场交易,并探讨改进机制对其运营决策的影响。基于美国PJM市场数据的算例表明,改进机制可为聚合商提供经济利益驱动,有效引导其主动提升响应率,为电网提供更加优质的服务,以实现双赢。

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    • 基于观测器信号灵敏度差异化设计的强迫振荡扰动源定位

      2021, 45(22):95-104. DOI: 10.7500/AEPS20200905002

      摘要 (37) HTML (46) PDF 1.08 M (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:强迫振荡主要由发电机侧的扰动源引起,解决强迫振荡的根本途径为定位扰动源发电机并切除。文中提出基于观测器信号的灵敏度差异化设计法进行扰动源定位,利用广义KYP引理并根据传递函数矩阵的H-/H范数特性,给出观测器残差信号对发电机内、外扰动源满足不同灵敏度分配的不等式约束。通过线性矩阵不等式合理优化和搜寻观测器的反馈矩阵,使得观测器残差信号对发电机内部扰动源在有较高灵敏度的同时,对发电机外部的来自电网的强迫振荡不灵敏(解耦),从而根据不同发电机的观测器残差的频谱定位扰动源发电机。10机39节点系统算例和华北电网算例验证了定位方法的有效性、直观性和鲁棒性。

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    • >研制与开发
    • 基于多阶段传输的智能变电站安全通信策略

      2021, 45(22):105-114. DOI: 10.7500/AEPS20210414004

      摘要 (41) HTML (66) PDF 749.84 K (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:以太网技术的应用促进了智能变电站信息共享的发展,但信息的传输面临着诸多风险,基于IEC 62351标准的智能变电站对信息传输安全提出了新的要求。目前,智能变电站通信报文存在非法窃取、篡改、拒绝服务、抵赖和重放攻击等安全威胁,针对此问题,文中提出了一种基于多阶段传输的安全通信策略。该策略通过双序列函数实现通信主体身份的双向认证,利用双序列函数产生的随机因子校验报文的新鲜性,结合数字签名算法检验报文的完整性和解决主体的抵赖威胁。进一步地,以D2-1型变电站星形和环形网络下两种母线故障场景为例,对所提策略的延时进行定量计算和OPNET仿真验证,得到了两种网络结构下安全报文进行多阶段传输的端对端通信延时。仿真结果表明,所提通信策略在满足智能变电站通信实时性要求的同时有效提高了通信报文的安全性。

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    • 昆柳龙混合直流工程送端换流站电气主接线可靠性分析

      2021, 45(22):115-123. DOI: 10.7500/AEPS20210308002

      摘要 (54) HTML (69) PDF 846.44 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:为准确评估中国昆柳龙混合直流工程送端换流站电气主接线的可靠性,建立了昆北换流站电气主接线中静态元件、动态元件和附属元件的等效二状态模型。以减少计算复杂度为目的,针对元件的故障后果及位置将送端换流站进行了分区简化。将GO法与模糊动态贝叶斯网络相结合建立了系统的可靠性模型。所构建的模型能直观反映系统可靠性的时序变化过程,并可利用后验概率进行电气主接线的脆弱性分析。仿真结果的分析证明了所提模型和方法的可行性与有效性。

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    • 基于虚拟同步机的变流器暂态稳定分析及混合同步控制策略

      2021, 45(22):124-133. DOI: 10.7500/AEPS20210302010

      摘要 (48) HTML (113) PDF 1.25 M (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对采用组网型控制策略(以虚拟同步机控制为例)且考虑电流限幅的电压源型变流器(VSC)暂态稳定性差且失稳机理不明的问题,首先从传统同步机的暂态稳定分析方法入手,定性地分析了组网型VSC的暂态过程。然后,通过基于相图的非线性微分方程的分析方法,定量研究了组网型VSC的暂态失稳机理,并提出了一种结合了传统同步机摇摆方程和锁相环的新型同步方法(称为混合同步控制),使得VSC不仅具备频率响应的能力,而且其暂态稳定裕度得到了大幅提高。最后,通过MATLAB/Simulink搭建的仿真模型验证了分析方法的准确性和所提控制方案的有效性。

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    • 混合级联直流输电系统主动谐波补偿控制

      2021, 45(22):134-145. DOI: 10.7500/AEPS20210403002

      摘要 (49) HTML (89) PDF 1.22 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升混合级联直流输电系统接入点的电能质量,减少工程占地与造价,提出了一种基于模块化多电平换流器的主动谐波补偿方法。首先,介绍了混合级联直流输电系统的拓扑结构和谐波特征,其中高压阀组采用电网换相换流器,低压阀组则采用模块化多电平换流器。然后,介绍了系统的谐波等值电路与主动谐波补偿控制策略,通过模块化多电平换流器对电网换相换流器的谐波进行补偿,并分析了主动谐波补偿对模块化多电平换流器稳态运行的影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了混合级联直流输电系统的仿真模型,验证了主动谐波补偿控制策略在系统稳态运行、功率变化和计及延时工况下的有效性。

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    • 牵引变电所群贯通供电系统负序补偿模型及控制策略

      2021, 45(22):146-156. DOI: 10.7500/AEPS20210226001

      摘要 (44) HTML (65) PDF 1.51 M (126) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对牵引变电所群贯通供电系统存在的三相电压不平衡问题,提出一种基于三相变压器与静止无功发生器(SVG)的负序集中补偿方案及控制策略。首先,根据牵引变压器的功率变换关系及不同的负荷情况,推导了2种模式下补偿装置对牵引负荷的补偿功率通用表达式。根据中国的电能质量标准,提出了以负序满意补偿为目标的双限值补偿方案,方案包括了模式选择方法、SVG容量配置方法及SVG运行方法。根据补偿方案,设计了带有模式判别的SVG双闭环补偿控制策略。然后,采用牵引变电所实测数据对补偿方案进行验证,证明了方案具有良好的补偿效果,与全补偿方案相比,所提方案需要的装置容量更小。最后,通过仿真证明了控制策略对负序补偿的有效性和较快的响应速度。

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    • 基于IELM算法的配电网故障区段定位

      2021, 45(22):157-166. DOI: 10.7500/AEPS20210121007

      摘要 (47) HTML (86) PDF 686.11 K (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统智能优化算法在配电网故障区段定位中存在准确率随配电网规模扩大而大幅下降的问题,提出一种基于改进仿电磁学(IELM)算法的配电网故障区段定位方法。首先,基于分层处理以及全局寻优思想对传统故障定位方法的一体式结构进行优化,通过改变算法结构实现单一故障及多重故障的分层处理并缩减多重故障定位的解空间规模。在结构优化的基础上对仿电磁学(ELM)算法进行改进,忽略全局电荷对单一电荷的影响,突出单一电荷对最优电荷的学习能力,提高其全局寻优能力及运算效率。最后,分别以IEEE 13节点单电源辐射配电网和改进后的4电源119节点配电网为仿真测试系统进行了测试。测试结果表明,所提故障区段定位方法在面对不同结构和规模的配电网时具有准确性高、容错性好、定位速度快以及降维效果佳等优点,在大规模配电网中具有良好的应用前景。

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    • 基于WGAN-GP的风电机组传动链故障诊断

      2021, 45(22):167-173. DOI: 10.7500/AEPS20210127002

      摘要 (48) HTML (93) PDF 766.37 K (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:传动链负责将风电机组叶轮的能量传递至发电机,若传动链中的任一部件,如齿轮、轴承发生异常,风电机组将面临巨大的安全隐患。现有基于深度学习的风电机组故障诊断大多需要人为选择目标变量,所识别故障与所选变量关联性大、通用性不足。梯度惩罚Wasserstein生成对抗网络(WGAN-GP)采用Wasserstein距离作为量度生成数据与真实数据的代价函数,具有训练结果稳定的优势。文中基于数据采集与监控(SCADA)系统提出两步数据预处理方法进行数据筛选,并基于WGAN-GP设计风电机组传动链异常状态分数,进而识别传动链故障。所提方法运用通用SCADA参数,无须人为挑选目标变量,可稳定识别风电机组传动链中的非特定故障,具有识别结果准确、泛化能力强等优点。9台双馈风电机组的状态识别结果验证了所提方法的有效性,可以辅助指导风电场的运行维护。

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    • >工程应用
    • 适应清洁能源发展和现货市场运行的容量市场机制设计

      2021, 45(22):174-182. DOI: 10.7500/AEPS20200601005

      摘要 (54) HTML (99) PDF 798.58 K (145) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国电力体制改革的不断深化与现货市场建设的全面铺开,部分省区已暴露出电力容量充裕性不足、发电资源产生大量搁浅成本等问题,亟须完善容量市场机制,健全电力市场体系,以促进机组投资和保障发电容量充裕性。文中提出了一种适应清洁能源发展且与现货市场运行相适应的容量市场机制。一方面,将现货电能量交易要素纳入考虑,调动了容量资源在固定成本和运行成本两方面的竞争力,强化了容量投建与系统运行的联系,有利于形成更加切实可行的容量投建方案;另一方面,切合“碳达峰、碳中和”目标,内嵌能源结构约束以兼容产业结构调整从而获得满足能源清洁低碳转型要求和经济性最优的容量组合。最后,通过构建双层优化模型实现计及现货市场运行的容量竞价集中出清,采用改进的IEEE 24节点等系统的算例模拟计算表明,所提机制能够在激励市场主体主动参与、适应未来清洁能源成本替代效应的同时,实现市场整体经济效率的有效改进。

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    • 考虑火电调峰资源协调优化的广西调峰辅助服务市场实践

      2021, 45(22):183-190. DOI: 10.7500/AEPS20201122001

      摘要 (53) HTML (62) PDF 657.03 K (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:为充分激发火电机组调峰意愿,促进水电等清洁能源的就地消纳,中国南方电网在中国广西试点区域内实施首个省级调峰辅助服务市场。文中重点介绍了广西调峰辅助服务市场的交易品种、交易组织形式、出清模型和方法、结算分摊机制、工程化问题及处理方法。出清模型除考虑常规深度调峰和启停调峰资源外,还考虑了机组启停调峰热备用的调用,充分挖掘了火电机组的调峰潜力。同时,约束条件考虑了机组的启动和停机过程,更符合火电机组实际调峰特性。基于文中模型和方法研发的技术支持系统已在广西调峰辅助服务市场投入实际运行。算例分析及运行实践表明,所提模型和方法是有效的且研发的技术支持系统能满足实际工程需要。

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    • >综述
    • 含多种分布式资源的配用电系统运行可靠性研究评述及展望

      2021, 45(22):191-207. DOI: 10.7500/AEPS20200828012

      摘要 (79) HTML (193) PDF 951.14 K (198) 评论 (0) 收藏

      摘要:现代配用电系统可观可控能力大大提升,大量分散接入的柔性负荷、储能装置和可再生能源发电等分布式资源具备柔性调控能力。配用电系统运行可靠性受多重不确定因素影响,为在运行阶段有效提升可靠性水平,需要对系统运行风险进行辨识和平抑。文中针对含多种分布式资源的配用电系统运行可靠性研究展开了深入分析与总结,综述归纳了现有配用电系统运行可靠性评估与提升技术两方面的研究新进展,分析了运行可靠性研究的发展趋势,提炼了现代配用电系统运行可靠性的研究内涵及主要研究路线。针对配用电系统中典型的新设备、新负荷、新形态以及支撑平台等关键技术进行了阐述总结,给出了有待进一步研究的思路方向,以期使运行可靠性评估与提升契合当前发展特点。

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