半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2021年第0卷第18期文章目次
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    • >能源转型与电力支撑
    • 规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探

      2021, 45(18):1-8. DOI: 10.7500/AEPS20210426006

      摘要 (29) HTML (7) PDF 1.23 M (37) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳达峰、碳中和目标驱动能源结构转型,规模化分布式能源(DER)并网将成为一个突出问题。为保障大电网安全稳定运行、支撑可再生能源可持续消纳,探索DER参与大电网安全稳定控制的形式,提出基于虚拟电厂(VPP)的交互机制。首先,分析双碳目标下电力系统的衍变过程,剖析其安全稳定运行所面临的挑战。其次,阐述VPP的定义、组成结构和功能特征,揭示其整合海量异构型DER以与大电网友好交互的内涵。然后,构建基于多代理技术的VPP分层调控架构,提出其内部运行及参与大电网安全稳定控制的机制。最后指出,VPP是新型电力系统消纳高比例可再生能源的新型技术形态,该领域有若干技术问题需要重点关注。

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    • 支撑电力系统清洁转型的储能需求量化模型与案例分析

      2021, 45(18):9-17. DOI: 10.7500/AEPS20200407004

      摘要 (25) HTML (6) PDF 1.15 M (51) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,储能需求的研究多集中于特定应用场景中电化学电池等持续放电时间较短的储能装置的配置,缺乏对系统整体性储能需求规划的方法及经济性影响的研究。针对短时和长期2种不同类型储能的特点,建立了以系统综合成本最低为优化目标的量化分析模型和方法,从总量、结构和成本3个维度量化分析系统级储能需求,将储能规划嵌入电源规划的混合整数优化问题中统一求解。以欧洲、全球和中国为算例,分析支撑能源清洁转型电力系统所需的储能种类、储能装机容量和可接受的储能成本。结果表明,仅依靠以锂离子电池为代表的短时储能无法满足未来高比例可再生能源场景的全部系统要求,长期储能将在2035年后的深度清洁转型中逐步发挥重要作用。

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    • >学术研究
    • 基于概率预测的混合储能平抑风电波动随机优化调控方法

      2021, 45(18):18-27. DOI: 10.7500/AEPS20200616007

      摘要 (12) HTML (4) PDF 1.26 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:在风电场中安装不同类型的储能设备可以有效平抑风电波动,减少风电不确定性给电力系统安全运行带来的影响。对于由风电场和混合储能系统构成的风储混合系统,提出了基于概率预测的混合储能平抑风电波动随机优化调控方法。首先,通过风电概率预测结合多元Copula函数生成具有时间相关性的风电场景集;随后,提出自适应变分模态分解方法计算并网风电功率和混合储能系统充/放电功率的目标预调度值;接着,基于所获得的预调度目标功率,考虑储能充/放电循环次数约束和存储能量机会约束,构建并求解了混合储能平抑风电波动随机优化调控模型;最后,通过算例分析说明了所提混合储能平抑风电波动随机优化调控方法的有效性和经济性。

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    • 面向配电网弹性提升的多时间尺度恢复策略协调优化框架

      2021, 45(18):28-34. DOI: 10.7500/AEPS20210121003

      摘要 (18) HTML (9) PDF 949.48 K (42) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对小概率、高损失极端灾害事件对配电网安全稳定运行的影响,提出了一种面向配电网弹性提升的多时间尺度恢复策略协调优化框架。首先,针对检修人员调度问题,建立考虑极端灾害下时间不确定性的故障修复模型。其次,在配电网三相不平衡运行条件下,构建结合分布式电源和联络开关进行网络重构的负荷恢复模型。然后,以故障元件修复状态作为耦合变量,基于上述2种不同时间尺度的模型构建协调优化框架,并建立两阶段鲁棒优化模型采用列约束生成方法进行迭代求解。最后,考虑检修人员时间不确定性、多种恢复策略关联性以及求解时间步长等因素构建不同场景,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。

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    • 分布式光伏的共享价值及其对配电网影响的系统动力学仿真

      2021, 45(18):35-44. DOI: 10.7500/AEPS20200901004

      摘要 (8) HTML (5) PDF 1.62 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着以光伏为代表的分布式能源(DER)广泛开发利用,其对配电网的扰动、补贴缺口等问题使得局部区域内用户间分布式电能的共享模式得到普遍应用。文中从整体角度分析了共享模式下配电公司、共享协调管理员、分布式光伏拥有者和分享者等各相关参与主体的利益问题,搭建了包括分布式光伏电能共享模块、配电公司收益和输配电价等耦合模块的系统动力学模型,模拟仿真了不同分布式光伏安装率和上网电价下的共享价值变化,并就其对配电公司利益和输配电价的影响进行了前瞻性分析。算例分析结果表明,共享价值空间随区域内的分布式光伏安装率变化而存在一个峰值,因此合理规划区域内分布式光伏接入有利于各参与主体调整策略,促进多方收益协调。

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    • 基于凸包络的交直流混合配电网安全域

      2021, 45(18):45-51. DOI: 10.7500/AEPS20210220003

      摘要 (6) HTML (4) PDF 1003.84 K (42) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有配电网安全域研究主要针对交流配电网,文中提出基于凸包络的交直流混合配电网安全域模型。首先,计及电压约束、馈线容量约束和关键设备出力约束,构建交直流配电网非线性安全域模型。其次,基于非线性规划模型求解交直流混合配电网安全边界点。最后,采取凸包络拟合的方法生成可观测的安全域空间。算例结果验证了凸包络拟合的合理性和优越性,同时评估了交直流混合配电网中换流器控制方式、换流器无功补偿量和系统电压下限等因素对安全域大小的影响。

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    • 交直流配电网中电动汽车充换储一体站规划

      2021, 45(18):52-60. DOI: 10.7500/AEPS20210112007

      摘要 (12) HTML (5) PDF 1.24 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先,以马尔可夫和速度-流量模型对快充车辆和电动公交进行时空负荷预测,结合快充站、换电站和梯级储能站的充放电功率构建充换储一体站(CSSIS)模型。然后,建立含CSSIS的交直流潮流模型,构建计及电动汽车到站行驶时间、排队等待时间和交直流配电网电压偏差的多目标选址模型,采用动态权重结合二进制遗传算法进行求解。其次,采用Voronoi图划分CSSIS服务范围,以综合投资成本最小为目标建立优化模型来确定最终站址,通过排队论优化充电机数量,以系统节点电压和CSSIS功率平衡为约束来确定站内设备容量。最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性。

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    • 电动汽车充电负荷概率分布的数值建模方法

      2021, 45(18):61-70. DOI: 10.7500/AEPS20201210011

      摘要 (14) HTML (5) PDF 1.76 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统电动汽车充电负荷概率建模通常采用蒙特卡洛模拟方法,存在耦合参数多和计算耗时大等问题。为此,提出一种基于车辆集合的整体荷电状态(CSOC)概率分布特性的电动汽车充电负荷概率分布数值计算方法。首先,将车辆的多次行程拆解为独立的单次行程进行起止点(OD)分析,消除多行程间建模中的变量耦合误差。其次,建立考虑车辆出行特性的CSOC动态概率模型,确定各行程的起始荷电状态概率密度函数;结合大数定律得到充电负荷时空概率分布函数。最后,以12节点路网案例计算充电负荷时空概率分布。结果表明,较传统蒙特卡洛模拟方法,所提方法消除了耦合误差问题,并在保证计算精度的前提下大幅提高了计算效率。

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    • 基于DDTW距离与DBSCAN算法的户变关系识别方法

      2021, 45(18):71-77. DOI: 10.7500/AEPS20201123001

      摘要 (21) HTML (7) PDF 930.53 K (39) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对低压配电台区拓扑结构中户变关系缺失或异常的问题,提出了一种基于导数动态时间弯曲(DDTW)算法与基于密度的有噪空间聚类应用(DBSCAN)算法的户变关系识别方法。首先,采用DDTW算法对台区配电变压器(以下简称台变)低压侧电压和用户电压的时间序列进行相似性分析。然后,根据DDTW距离对台变和用户进行聚类得到户变关系的概率性结果,减小聚类算法参数对聚类结果的影响。该方法能够对时间间隔不同、不等长的电压时间序列进行分析,对电压数据缺失或异常不敏感,且不需要人为设定阈值,户变关系识别准确性高。最后,通过实例分析验证了所提方法的有效性。

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    • 电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

      2021, 45(18):78-84. DOI: 10.7500/AEPS20201207003

      摘要 (10) HTML (6) PDF 1.78 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响。针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程。基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界。针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性。通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性。

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    • 基于混合单调系统理论的电压动态响应分析

      2021, 45(18):85-93. DOI: 10.7500/AEPS20210105004

      摘要 (6) HTML (5) PDF 1.50 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:电力系统电压控制存在典型的负反馈环节,使得系统雅可比矩阵呈现符号特征。这类结构特征与系统特性会对电压动态的鲁棒行为产生影响,决定了电压动态的响应规律,值得深入分析。针对计及励磁系统的电压动态响应机理开展研究,根据电压模型雅可比矩阵的符号特征,采用混合单调动态系统理论来分析电压响应规律,指出网络连接模式与同步机电压调节机制是电网具有较好电压稳定性的内在原因,并明确调节器比例系数与时间常数对电压稳定性的影响。首先,文中梳理了数学模型中的单调动态系统部分与负反馈环节,明确方程结构特征与雅可比矩阵符号特征。然后,应用混合单调系统理论在反馈通道上交换信息,快速构造增广单调系统,开展电压响应的双边估计。最后,结合增广系统解轨迹有界的充分条件,得到一种稳定域估计结果,可用于判断大干扰后的电压响应是否有界,有助于理解电压动态的鲁棒行为。

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    • 源荷联动调峰辅助服务市场两阶段模型

      2021, 45(18):94-102. DOI: 10.7500/AEPS20201215001

      摘要 (8) HTML (5) PDF 1.15 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源大规模并网给电力系统调峰带来巨大挑战,在电源侧深调空间逐步用尽的背景下,亟需高效的市场化机制引导用户侧可控负荷主动参与新能源辅助消纳。文中提出一种负荷聚合商参与的源荷联动调峰辅助服务市场框架,通过构建两阶段决策模型以实现考虑源侧深度调峰的用户侧调峰资源的市场化供给。其中,负荷聚合商测算其签约用户的需求侧响应容量及成本,基于边际效用进行竞价投标;火电机组测算其机组深度可调节能力,基于边际成本进行竞价投标,系统运营商建立采用随机机会约束规划方法的出清模型,实现源荷联动调峰市场出清。此外,进一步对市场的交易流程、出清规则及调控手段等关键问题进行了分析及探讨,算例结果验证了所提市场框架的有效性。

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    • >研制与开发
    • 考虑路径折算的跨省跨区可再生能源增量现货交易模型

      2021, 45(18):103-112. DOI: 10.7500/AEPS20201106002

      摘要 (13) HTML (7) PDF 1.30 M (51) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国可再生能源的快速发展和电力体制市场化改革的推进,可再生能源实现更大范围消纳和全国统一电力市场建设的需求给跨省跨区电力交易的开展带来新的挑战。结合中国跨省跨区现货交易规则,以“高低匹配”撮合交易为基础,建立了考虑交易路径和输电损耗的增量现货交易模型。为反映交易路径送受端节点类型,在交易路径送端和受端分别设置卖/买方节点和虚拟卖/买方节点。利用该模型分析了输电通道可用容量、可再生能源上网电价和可再生能源弃电申报电量对可再生能源消纳情况的影响。通过中国“三北”地区的实际交易数据开展仿真计算,验证了模型的有效性,并分析了跨省跨区增量现货市场可再生能源消纳情况的关键影响因素。

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    • 面向恶意攻击的安全稳定控制系统信息物理协调防御方法

      2021, 45(18):113-121. DOI: 10.7500/AEPS20210311003

      摘要 (6) HTML (5) PDF 1.10 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:信息物理的紧密耦合使网络安全问题成为电力系统安全稳定运行的重大挑战,同时也给信息物理的协调感知和安全防御提供了新的潜力。围绕安全稳定控制业务,针对信息物理融合带来的网络安全问题,挖掘信息物理协调的潜力,提出信息物理协调防御的框架,提升安全稳定控制系统防御恶意攻击的能力。首先,通过试验分析了恶意攻击对电网安全稳定控制系统和电力一次系统产生的影响。在此基础上,分别从时间和空间维度提出了网络安全信息物理协调防御体系和框架,并结合传统网络安全技术和安全稳定控制业务逻辑分别提出了包含装置侧和主站侧的网络安全辨识和防护方案,给出了安全稳定控制系统网络安全监视与分析应用框架,从而提升了安全稳定控制系统应对恶意攻击的能力。

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    • 基于热稳定原理的中性点小电阻接地系统间歇接地故障保护

      2021, 45(18):122-130. DOI: 10.7500/AEPS20210106001

      摘要 (9) HTML (4) PDF 1.37 M (46) 评论 (0) 收藏

      摘要:受环境因素及电弧自身燃、熄弧特性影响,间歇接地故障燃弧持续时间常小于保护动作时限,传统接地故障保护难以有效动作。分析小电阻接地系统接地故障特征,并比较出线与中性点零序电流关系,基于接地电阻器在故障期间发热、故障消失后散热的热稳定原理,提出一种中性点小电阻接地系统间歇接地故障保护方法。该方法利用零序电流构造故障期间的发热特征能量,利用热量差构造故障消失后的散热特征能量,发热特征能量越限后保护动作。经仿真与现场录波数据验证可知,该方法不易受故障间隔时间与过渡电阻影响,可作为现有中性点小电阻接地系统的出线后备保护,提高系统运行可靠性。

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    • 面向柔性低频输电的模块化多电平矩阵变换器分频分层控制

      2021, 45(18):131-140. DOI: 10.7500/AEPS20201222003

      摘要 (16) HTML (5) PDF 1.39 M (40) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于全桥结构的模块化多电平矩阵变换器(M3C)提出了三相柔性低频输电系统的分频分层控制策略。从双频功率耦合的机理出发,分析了M3C的工作原理,在旋转坐标系下分别实现了工频侧和低频侧的控制。在保证系统总有功功率平衡的前提下,通过在工频侧注入负序电流实现功率模组电容电压的相间均衡,在静止坐标系下通过桥臂内工频环流控制实现功率模组电容电压的相内均衡,所提的层次化控制可实现系统对称及不对称条件下基于M3C的柔性低频输电系统的稳定运行。根据对相单元瞬时功率的分析,提出仅用2种不同频率的滑差滤波器以确保功率模组电容电压偏差控制的暂稳态特性。搭建了双端柔性低频输电系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性和可行性。

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    • 基于线路阻抗补偿的互联变流器控制策略

      2021, 45(18):141-150. DOI: 10.7500/AEPS20210207001

      摘要 (6) HTML (5) PDF 1.20 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决线路阻抗压降导致互联变流器(IC)传输功率存在偏差的问题,文中提出一种基于线路阻抗补偿的控制策略。首先,该方法借助交流母线处的变换器,向IC侧注入一定频率的谐波,其谐波频率与注入时刻母线电压存在一定函数关系,并在IC侧通过滤波器和锁相环得到谐波频率,结合IC侧的本地功率和电压,获取线路阻抗。然后,在线路阻抗检测的基础上,通过在IC的控制中补偿线路压降,从而在无互联通信的情况下实现功率的准确传输。最后,在MATLAB和StarSim实时仿真平台上搭建交直流混合微电网模型,验证了所提方法的有效性。

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    • 柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施

      2021, 45(18):151-161. DOI: 10.7500/AEPS20200917001

      摘要 (11) HTML (3) PDF 1.36 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国鲁西背靠背直流异步联网工程和渝鄂直流背靠背联网工程均发生过高频谐振现象,柔性直流输电系统的链路延时是导致高频谐振现象发生的关键因素。文中针对柔性直流输电系统的中高频谐振问题,基于谐波线性化方法建立了柔性直流输电系统从交流侧端口看过去的等效详细阻抗模型,并分析了模块化多电平换流器(MMC)阻抗在中高频段呈现负阻尼特性的原因。然后,对比分析了在电压前馈环节采用低通滤波器、带阻滤波器和非线性滤波器等控制方式对MMC阻抗特性的改善作用与谐波抑制效果,并提出3种附加阻尼控制器,分析了其对MMC阻抗特性的改善作用。最后,以鲁西背靠背直流异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD电磁暂态仿真验证了详细阻抗模型的正确性和附加阻尼控制的有效性。

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    • 基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别方法

      2021, 45(18):162-169. DOI: 10.7500/AEPS20210128004

      摘要 (8) HTML (5) PDF 1.18 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统负载与互感识别精度低、速度慢等问题,提出一种基于TensorFlow神经网络的双LCC型MCR-WPT系统负载与互感识别方法。该方法基于TensorFlow深度学习框架,采用神经网络模型,将MCR-WPT系统的负载与互感识别问题等效为非线性方程的求解问题,进而转化为深度学习非线性拟合问题,并给出模型的训练方法,最后得到基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别模型。通过离线方式训练负载与互感识别模型,并将训练完成的识别模型导入微型控制器,只需要采集系统输入电流值和传输距离就能够实现负载与互感在线同时识别,识别速度快、精度高,有利于系统的实时控制,且成本较低、易于实现,有利于工程推广应用。

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    • 基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器

      2021, 45(18):170-178. DOI: 10.7500/AEPS20201209001

      摘要 (8) HTML (4) PDF 1.09 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着直流电网技术的广泛运用,直流断路器作为关键保护设备已成为相关领域研究重点。提出一种基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器,具有通态损耗低、经济性良好、重合闸速度快等优点。首先,提出新型断路器的拓扑结构及动作策略,通过电压钳位原理切除故障,而后利用LC振荡关断支路晶闸管;其次,分别对母线和线路故障进行解析推导,进而针对其关断过程设计参数;最后,利用PSCAD/EMTDC中的三端直流电网模型验证其有效性与适用性,并分别对两种故障仿真加以分析,通过故障电流、系统电压及支路电压对比分析等验证该断路器可代替多个常规断路器,减少了主断路器需求。

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    • >综述
    • 高温超导直流限流器的研究与应用综述

      2021, 45(18):179-191. DOI: 10.7500/AEPS20200827001

      摘要 (9) HTML (3) PDF 1.62 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:实现快速有效的故障限流是直流系统控制保护的关键技术之一,利用超导特性研制的超导直流限流器具有理想的限流性能,近年来得到广泛研究和持续发展。以超导模块呈现的限流效果为依据,归纳了现有高温超导直流限流器的主要类别和工作原理,阐述了超导材料对超导限流器限流性能和适用性的影响,梳理了超导限流器在直流系统中的接入方案,并结合超导直流限流器、换流器和直流断路器的配合关系,提炼了直流系统对配置超导直流限流器的性能要求,总结了超导直流限流器的演变规律,并指出其未来的应用趋势。

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