半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 高比例可再生能源电力系统(二)
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    • 高比例可再生能源电力系统专辑(二)特约主编寄语

      2017, 41(21):1-1. DOI: 10.7500/AEPS20171001002

      摘要 (3164) HTML (0) PDF 917.95 K (1836) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 未来电力系统储能的新形态:云储能

      2017, 41(21):2-8. DOI: 10.7500/AEPS20170601011

      摘要 (2115) HTML (0) PDF 1.37 M (3226) 评论 (0) 收藏

      摘要:风电与太阳能发电等间歇性可再生能源的快速发展增加了电力系统对储能的需求,共享经济的迅速发展为储能的应用带来新的商业机会,基于储能设施共享的云储能可能成为未来电力系统新的形态特征之一。云储能是一种基于电网的储能服务,它使得用户可以随时、随地、按需使用电网级的共享储能资源池中的资源,可以显著地降低提供储能服务的成本。文中解释了云储能的概念,并对云储能商业模式的各个要素进行了详细阐述。在此基础上,分析了云储能的投资与规划、运行以及服务定价等关键问题,总结了当前的研究进展并提出了相关的研究思路与方法,探讨了未来为了促进云储能的发展与实施还需要着力解决的问题,对云储能未来的研究进行了简要的展望。

    • 高比例可再生能源接入的输电网结构适应性指标及评估方法

      2017, 41(21):55-61. DOI: 10.7500/AEPS20170615005

      摘要 (2230) HTML (0) PDF 3.24 M (1587) 评论 (0) 收藏

      摘要:高比例可再生能源并网和交直流混联电网是未来电力系统发展的基本特征,评估不同输电网结构特别是交直流混联电网结构对源—荷双重波动的适应性,将为未来电力系统经济、安全、可靠、灵活运行奠定基础,但适应性评估难于量化且亟待一套新背景下的评价体系。首先,在分析未来高比例可再生能源接入下输电网基本结构特征的基础上给出了输电网结构适应性的定义;然后,提出一套概率化的输电网结构适应性评价指标体系,并基于蒙特卡洛模拟算法和最优经济模型提出一种实用化的适应性指标计算方法;最后,以IEEE 30节点系统作为基础网架,分别对纯交流和交直流混联电网结构适应性做出评价,同时定量研究了不同因素对结构适应性指标的影响及变化规律。算例证明适应性指标能够有效反映不同输电网结构在高比例可再生能源接入下多方面的适应能力。

    • 基于LCC的风火电打捆发电系统多阶段优化规划模型

      2017, 41(21):70-78. DOI: 10.7500/AEPS20161207007

      摘要 (1475) HTML (0) PDF 1.32 M (1324) 评论 (0) 收藏

      摘要:风火电打捆是解决大规模风电异地消纳的有效手段,而风火电打捆发电系统规划周期长,受资金限制,系统通常分多个阶段依次投产,常规打捆系统规划模型无法适用于该情形。鉴于此,提出一种基于全寿命周期成本(LCC)的风火电打捆发电系统多阶段优化规划模型。模型充分考虑发电机组的全寿命周期成本,以系统总收益最大为目标,考虑系统售电收益、燃料成本、环境成本、维护成本、可靠性成本、火电机组投资成本和机组折余价值。为更加合理地表征风能时序相关性和随机性,建立风能时序概率模型,并利用随机生产模拟技术计算系统的燃料成本、环境成本和可靠性成本。模型采用多种群并行进化遗传算法求解,通过算例分析证明了模型的有效性。

    • 有源配电网的全象限安全域

      2017, 41(21):79-85. DOI: 10.7500/AEPS20170119001

      摘要 (1481) HTML (0) PDF 1.28 M (1252) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对有源配电网,提出了全象限配电系统安全域(TQ-DSSR)的概念与模型,并观测归纳城市配电网TQ-DSSR的拓扑特性。首先,讨论了有源配电网的正常运行约束与N-1安全性,再进一步建立TQ-DSSR模型。其次,观测TQ-DSSR的二维截面,与传统配电系统安全域(DSSR)对比发现,最显著的区别是TQ-DSSR由单象限域变为全象限域。对于以供电功能为主的城市配电网,TQ-DSSR的形状与DSSR相同,可能呈现五边形、梯形、矩形或三角形,但斜边与坐标轴在域方向夹角不只为45°,还可能为135°;TQ-DSSR最安全点为分布式电源出力最大且负荷空载工作点,不再是传统的零负荷坐标原点;TQ-DSSR状态空间中的安全性满足广义单调减性,即当割集净负荷增加时安全性降低或不变。TQ-DSSR模型反映了有源配电网中节点与支路潮流均有反向的基本特征,为后续考虑储能、微网与负荷响应等元素的完整智能DSSR奠定了基础。

    • 计及分布式电源渗透率变化的变电站动态扩展规划

      2017, 41(21):86-93. DOI: 10.7500/AEPS20170615001

      摘要 (1428) HTML (0) PDF 3.08 M (1354) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对规划区域在不同发展阶段分布式电源(DG)渗透率由低到高变化场景下的源网荷协调匹配问题,提出了一种有源配电网变电站动态扩展规划方法。首先,考虑变电站滚动投入效应及规划期内剩余价值差异,建立了一种计及DG渗透率的变电站动态扩展规划模型。其次,考虑负载均衡度和DG置信容量对变电站供电范围划分的影响,提出了加权Voronoi图算法的罚函数、凹凸性和方向性改进方法。然后,提出了基于遗传算法和启发式算法的有源配电网变电站动态扩展规划求解方法,得到有源配电网变电站建设顺序。最后,通过实例说明了所述方法的科学性和实用性。

    • 计及不确定性和全寿命周期成本的配电变压器规划方法

      2017, 41(21):94-104. DOI: 10.7500/AEPS20170321002

      摘要 (1302) HTML (0) PDF 1.34 M (1472) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着配电网中分布式电源规模日益扩大,在电力系统规划中进一步考虑不确定性因素的影响,同时精细化规划成本具有重要的现实意义。考虑到设备投资,提出了一种计及光伏出力不确定性和全寿命周期成本的配电变压器规划方法。首先,利用Cholesky分解的方法将具有相关性各随机变量历史数据转换为相互独立的样本以消除其相关性。然后,通过基于非参数核密度估计的建模方法确定光伏及负荷的概率分布,以此为基础,以机会约束理论实现配电变压器的不确定风险定容,同时引入三点估计法计算配电网概率潮流确定其负载损耗。最后,构建出基于全寿命周期理论的不确定性配电变压器选型模型并利用粒子群优化算法进行求解。算例仿真验证了所述模型的合理性,同时结果表明,所提方法能有效弥补配电变压器定容与选型的界限,更为精细化地量度其寿命周期内的成本,提升了配电变压器规划的经济性。

    • 基于渗透率的区域配电网分布式光伏并网消纳能力分析

      2017, 41(21):105-111. DOI: 10.7500/AEPS20170306016

      摘要 (1809) HTML (0) PDF 1.29 M (2503) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着分布式光伏在区域配电网中接入容量的不断增加,以渗透率指标群为参考,将引导分布式光伏的合理规划。在不考虑配电网升级改造的前提下,以光伏并网的功率渗透率、容量渗透率和能量渗透率为载体,建立光伏渗透率指标群。以某一实际区域配电网为基础,阐述各光伏渗透率指标的实际物理意义,分析并网后光伏出力与光伏成本、光伏利用率之间的关系,最后探讨不同负荷类型对光伏渗透率指标群的影响,为区域配电网分布式光伏规划投资提供指导和参考,有效引导未来分布式光伏与电网的协调发展。

    • 基于Benders分解的独立型微电网鲁棒优化容量配置模型

      2017, 41(21):119-126. DOI: 10.7500/AEPS20161228012

      摘要 (1772) HTML (0) PDF 1.52 M (1927) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高独立型微电网电源优化配置的鲁棒性,综合考虑了风、光和负荷的间歇性和随机性,建立了独立型微电网的双层鲁棒优化容量配置模型。外层为初始投资费用主问题,内层为基于风、光和负荷不确定集的运行优化子问题。采用对偶的方法对子问题进行解耦,利用大M法将其线性化,并通过Benders分解的方法将主子问题进行交互迭代,直至经济成本达到最优。在算例中将该方法与改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行对比,结果表明所提模型的鲁棒性更好,求解效率更高,验证了模型的合理性和有效性。

    • 针对电网阻抗的大型光伏并网系统稳定性分析与提高策略

      2017, 41(21):127-132. DOI: 10.7500/AEPS20170413004

      摘要 (2023) HTML (0) PDF 1.38 M (2155) 评论 (0) 收藏

      摘要:大型光伏并网系统中,一般采用多逆变器并联结构来提高总的光伏并网系统的容量。由于光伏电站的结构特点,随着并网容量的增加,电网阻抗值相对于某一个光伏发电单元而言将会被等效放大,从而导致逆变器控制策略失效且并网失败。文中在光伏并网系统开关平均模型的基础上,详细分析了电网阻抗对于逆变器输出电压和电流的影响,并针对电网阻抗导致的光伏并网系统的不稳定现象,采用虚拟阻抗思想,通过输出电流反馈,实现指令电流与输出电流的协调配合,等效消除电网阻抗对并网电压稳定性和并网电能质量的影响,从而保证系统的稳定运行。最后,通过仿真分析和试验验证了理论分析的正确性。

    • 应用切比雪夫多项式滤波的高渗透率光伏分布式控制策略

      2017, 41(21):133-139. DOI: 10.7500/AEPS20170405007

      摘要 (1453) HTML (0) PDF 1.49 M (1296) 评论 (0) 收藏

      摘要:分布式控制只需要局部通信,在地域分散的光伏功率控制中具有良好的鲁棒性和灵活性。提出一种基于一致性算法的光伏分布式控制策略,各控制节点与相邻节点交换当前时刻光伏最大功率点和负荷信息,通过一致性算法迭代估计有功输出参考点。在此基础上,利用由二次插值方法得到的P-V曲线计算逆变器直流侧电压参考值。同时,为解决控制对象较多引起的一致性算法收敛速度慢的问题,使用切比雪夫滤波多项式对一致性算法进行滤波加速。该方法在不违背算法分布式特征的前提下,加快了收敛速度,并对变化的通信拓扑具有较好的鲁棒性能。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。

    • 基于MPC含分布式光伏配电网有功功率—无功功率协调控制

      2017, 41(21):140-146. DOI: 10.7500/AEPS20161226001

      摘要 (1582) HTML (0) PDF 1.94 M (1359) 评论 (0) 收藏

      摘要:为应对配电网中光伏出力和负荷需求的波动性和随机性,保证系统的安全与经济运行,提出一种基于模型预测控制的含分布式光伏配电网有功功率—无功功率协调控制方法。该方法将控制过程划分为长时间尺度优化控制和短时间尺度优化控制,不同时间尺度优化控制针对各自的控制目标及控制变量分别执行单独的模型预测控制。长时间尺度优化控制基于光伏出力及负荷需求预测信息,采用多步滚动优化求解有功、无功出力,短时间尺度优化控制以长时间尺度的优化控制结果为基准值,滚动求解有功、无功出力增量。长时间尺度及短时间尺度优化控制模型均为难以求解的非凸、非线性模型,本文将模型转化为二阶锥规划问题实现求解。采用改进的IEEE 33节点配电网系统进行算例分析,结果证明了所提优化控制方法的可行性和有效性。

    • 微电网光伏发电的Adaboost天气聚类超短期预测方法

      2017, 41(21):33-39. DOI: 10.7500/AEPS20170217006

      摘要 (1654) HTML (0) PDF 1.42 M (1723) 评论 (0) 收藏

      摘要:微电网光伏发电预测精度与天气状态呈高度相关性,非晴空条件下气象因素的随机波动使得超短期预测精度较低。对此,文中提出一种改进Adaboost天气聚类和马尔可夫链的组合预测方法。首先采用滑动平均法提取辐照度特征变量,设计并训练Adaboost改进的K近邻(KNN)分类器,实现历史样本的分类;为进一步提高多云和阴雨天的预测精度,引入天气类型衰减系数对Hottel太阳辐射模型进行校正,形成完整描述各天气类型的辐照度基准模型;建立多阶加权马尔可夫链模型输出辐照度预测值;最后由光电转换模型实现间隔5 min的微电网光伏超短期预测。仿真结果表明,所述预测方法提高了各天气类型下的预测精度,对提高微电网经济调度水平具有重要意义。

    • 配电网中基于网络分区的高比例分布式光伏集群电压控制

      2017, 41(21):147-155. DOI: 10.7500/AEPS20170101002

      摘要 (1722) HTML (0) PDF 1.30 M (2307) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着高比例分布式光伏的接入,配电网的过电压问题愈发严重,传统对所有光伏进行集中式电压控制的方法变得过于复杂,难以满足控制时间尺度的要求。文中提出了一种改进的模块度函数分区算法,结合无功/有功平衡度指标与区内节点耦合度指标,自动形成最佳分区,对含高比例分布式光伏的配电网进行无功与有功两个层面的光伏集群控制。在分区基础上,针对光伏逆变器有功与无功的控制能力,采用先无功后有功的电压控制策略,在子分区内部通过对关键光伏节点的控制来调节关键负荷节点的电压,有效地缩小对可控光伏的搜索范围,减少控制节点数目,加快控制响应时间,适合未来高比例分布式光伏接入配电网的电压控制。最后,以某一10 kV实际馈线系统为例,验证所提方法的有效性。

    • 基于分布式牛顿法的微电网群分布式优化调度方法

      2017, 41(21):156-162. DOI: 10.7500/AEPS20170313007

      摘要 (1644) HTML (0) PDF 1.25 M (1960) 评论 (0) 收藏

      摘要:多个微电网以自组织的方式连接成为自治实体并接入配电网运行,能够显著提高供电可靠性并降低运行成本。提出了一种针对微电网群优化运行的全分布式算法,旨在替代传统集中协调的方式,解决系统对灵活性、可靠性和经济性的要求。该方法基于点对点通信,只需要稀疏通信网络上的相邻节点交换信息,且通信负担很轻。首先介绍了微电网群优化模型,随后结合具有二阶收敛速度的分布式牛顿法和基于一致算法的信息传递,实现了微电网群运行成本的全分布式运行优化。算例结果表明,该方法具有相较一阶分布式算法更快的收敛速度,且受通信拓扑的影响更小,证明了该方法的可靠性和可扩展性。

    • 源荷储一体化的广义灵活电源双层统筹规划

      2017, 41(21):46-54. DOI: 10.7500/AEPS20170205002

      摘要 (2462) HTML (0) PDF 1.61 M (1785) 评论 (0) 收藏

      摘要:高比例可再生能源电力系统中,逐渐减少的传统机组灵活性资源与增加的灵活性需求之间的矛盾日益严重,开展灵活电源专题规划的必要性日益凸显。基于灵活性供需平衡机理,提出了源荷储一体化的广义灵活电源概念,并建立了含资源投资决策和运行模拟校验的双层统筹规划模型。在证明了规划模型的凸性基础上,基于最大净收益增量比优化目标,设计了两阶段迭代求解优化算法。最后,通过中国北方某大型风电基地实际数据,对基准规划场景进行了评估,分析了系统灵活性缺额问题,并采用所述模型对源荷储资源进行优化规划,讨论了储能和需求侧响应在未来规划中的应用。算例表明,所提出的灵活性协调优化方法能够将灵活性量化评价指标纳入到电力系统规划中,优化得到不同约束阈值下的最优方案,能够快速进行参数灵敏度分析,从而提高优化方案的鲁棒性和适用性。

    • 风电场限功率状态下电网旋转备用优化分配

      2017, 41(21):170-177. DOI: 10.7500/AEPS20170417004

      摘要 (1477) HTML (0) PDF 1.37 M (1349) 评论 (0) 收藏

      摘要:并网风电场参与电网调频且主动提供旋转备用是高渗透率电网的客观需求,而风电场限功率运行是风电参与调频的必要条件。定量分析了风电场限功率运行对二次调频指标及风电极限穿透功率的影响,认为风电场限功率运行能从调频备用容量以及调频速度两个方面减轻同步发电机的调频压力,同时增加了电网中风电的极限穿透功率。为研究风电场限功率运行下的二次旋转备用分配问题,建立了电网备用优化模型并构建了包含等值同步发电机及风机的动态等值模型,通过MATLAB/Simulink进行求解及仿真,优化及动态仿真结果均表明风电场处于限功率状态有利于增加电网频率稳定性并减少旋转备用。

    • 利用敏感频段评估大规模风电对电力系统频率影响的方法

      2017, 41(21):178-183. DOI: 10.7500/AEPS20170611003

      摘要 (1519) HTML (0) PDF 1.43 M (1544) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着系统中风电渗透率的增加,风功率波动对电力系统频率的影响不可忽视。首先定义了“敏感频段”的概念,对单机系统频率响应模型进行分析,揭示了不同频率的功率扰动对系统频率特性影响程度的差异。其次,计及复杂电力系统的非线性特性,提出了利用聚类思想识别其敏感频段的分区域扫频法。最后,给出了从敏感频段角度分析风功率波动对电力系统频率特性影响的分析方法,结合风功率波动的幅频特性评估其对电网频率的影响,通过东北电网算例证实了敏感频段的存在,验证了所提方法的有效性。

    • 基于完全信息动态博弈理论的光储接入网源协调规划

      2017, 41(21):112-118. DOI: 10.7500/AEPS20170113009

      摘要 (1614) HTML (0) PDF 1.28 M (1667) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决中国西北地区大量弃光问题,探讨合理的网源规划策略,文中引入绿色证书交易机制,基于完全信息动态博弈理论,以光伏、储能和电网作为博弈参与者,分析市场环境下三方的博弈关系,建立光储网协调规划模型,并结合西北电网调度运行策略,通过具体算例验证模型实用性。结果表明,在市场环境下,光伏、储能、电网三方进行动态博弈规划,既有利于提高电网消纳光伏的积极性,又有利于避免光伏无序扩张,可为目前光伏电站规划中的场网不协调问题提供改进方案。

    • 基于神经网络平均影响值的超短期风电功率预测

      2017, 41(21):40-45. DOI: 10.7500/AEPS20170321005

      摘要 (1913) HTML (0) PDF 1.35 M (1561) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对动态神经网络风电功率预测模型输入变量较多、模型复杂的问题,将神经网络和平均影响值方法相结合,提出了一种基于神经网络平均影响值的超短期风电功率预测方法。此方法综合考虑了各输入变量对输出变量(风电预测功率)的外部贡献率和内部贡献率,筛选出了对输出变量贡献率最大的输入变量,建立了一个优化的神经网络超短期风电功率预测模型。实验结果表明,所提模型降低了预测模型的复杂度,减少了测量噪声对预测精度的影响,得到了较好的风电功率预测结果。

    • 计及高比例可再生能源运行特性的中长期电力发展分析

      2017, 41(21):9-16. DOI: 10.7500/AEPS20170612001

      摘要 (2860) HTML (0) PDF 1.29 M (2046) 评论 (0) 收藏

      摘要:面对日益严峻的气候和环境问题,过去的高消耗、高排放的能源发展模式已难以为继,建立以可再生能源为主体的能源,特别是电力供应体系,实现能源清洁低碳转型发展成为大势。首先,介绍了面向高比例可再生能源的中长期电力发展研究思路。接着,提出了多区域、多场景中长期电力规划模型,该模型以全社会电力供应成本最小化为优化目标,考虑了电力系统扩展规划、运行、发电资源及能源电力政策等多方面约束;通过电力系统运行模拟在规划问题内的适度耦合,可计及风光等可再生能源发电的随机性与波动性。最后,基于所提规划模型,展望了中国2050年高比例可再生能源电力系统的电源格局与电力流,并对系统整体运行情况进行了分析。

    • 考虑经济性与安全性的发输电联合优化规划

      2017, 41(21):62-69. DOI: 10.7500/AEPS20161215006

      摘要 (1520) HTML (0) PDF 1.36 M (1667) 评论 (0) 收藏

      摘要:独立的发输电规划已无法适应新形势下电力系统发展需求。从联合建模的角度,考虑风电出力的随机性与间歇性给系统带来的安全隐患,建立了计及系统N-1安全网络约束的发输电联合优化规划模型。为平衡系统安全性与经济性之间的矛盾,以系统切负荷费用表征安全成本,在此基础上,以年投资费用、燃料费用、安全成本及弃风惩罚成本之和最小作为目标函数。考虑到不同负荷水平持续时间的差异性及风电出力的不确定性,采用高斯混合模型方法对运行场景进行削减,其能够在得到聚类中心的同时从概率角度给出数据分别属于不同聚类中心的可能性。以修改的Garver-6和IEEE-RTS 24节点系统为算例,对所提模型和方法进行了验证和分析。

    • 计及风电—负荷耦合关系的含大规模风电系统调峰运行优化

      2017, 41(21):163-169. DOI: 10.7500/AEPS20161229006

      摘要 (1499) HTML (0) PDF 1.75 M (1411) 评论 (0) 收藏

      摘要:随机性风电出力的准确建模是含大规模风电系统调峰运行优化的关键环节之一。针对中国系统运行的实际特点,提出计及风电出力与日负荷时序耦合关系的交互特性评价指标,并据此建立基于调峰问题驱动的风电出力模型。该模型以关键场景、聚类场景及其概率分布表征风电接入对系统运行和调峰需求的综合影响。基于该风电出力模型,建立了含大规模风电系统的调峰运行优化模型。通过多场景下的运行优化,获得各项运行指标的期望值,实现对系统调峰运行特性的综合分析。对中国西部某省进行了算例分析,验证了所提方法的有效性和实用性。

    • 基于混沌粒子群—高斯过程回归的饱和负荷概率预测模型

      2017, 41(21):25-32. DOI: 10.7500/AEPS20170119007

      摘要 (1572) HTML (0) PDF 1.50 M (1757) 评论 (0) 收藏

      摘要:饱和负荷预测能有效预估区域电网的发展方向和最终规模,为电网规划及电力市场中长期交易提供指导。针对饱和负荷预测不确定性强、时间跨度大的特点,文中采用基于高斯过程回归(GPR)的概率预测模型进行饱和负荷预测,并通过改进混沌粒子群算法(MCPSO)实现以和方差(SSE)最小为目标的模型超参数优化求解;在综合考虑饱和负荷影响因素随机性的基础上,建立了改进混沌粒子群—高斯过程回归(MCPSO-GPR)饱和负荷预测模型,并在多情景下利用上述模型进行饱和负荷预测,同时结合饱和判据得到多情景下饱和负荷的规模和时间。算例分析表明,所述模型不仅具有较高的预测精度,而且可增强预测的弹性。

    • 适合于分析广义负荷序列间相关关系的最优延位法

      2017, 41(21):17-24. DOI: 10.7500/AEPS20170602004

      摘要 (1247) HTML (0) PDF 1.38 M (1405) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的相关性分析方法局限于获得明显的相关关系,难以挖掘序列之间潜在的相关性信息,使得电力系统调度运行的参考信息受损。针对此问题,提出一种用于分析广义负荷序列之间潜在相关关系的最优延位法,该方法通过对序列进行适当延位,挖掘出广义负荷序列之间的间接相关关系。首先,以获得序列间最大Pearson相关系数为目标函数,将位移范围与序列数据的时间单调性作为约束条件,建立最优延位模型;然后,提出了模型的解算策略;最后,以德国2016年区域数据为例,分别对单日、每月和全年数据的相关关系进行分析计算,统计得到最大相关系数与需要的位移时间。分析结果表明,与传统的相关性分析方法相比,所提最优延位法可以发现序列之间潜在的延位相关关系,完善了风电、光伏和负荷等广义负荷序列之间的相关性分析方法。