半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2018年第42卷第5期文章目次
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    • >专辑:高比例可再生能源电力系统(三)
    • 高比例可再生能源电力系统专辑(三)特约主编寄语

      2018, 42(5):1-1. DOI: 10.7500/AEPS20180109011

      摘要 (4572) HTML (0) PDF 928.43 K (1549) 收藏

      摘要:

    • 新电改背景下产业园区供电系统容量优化配置方法

      2018, 42(5):2-8. DOI: 10.7500/AEPS20170808001

      摘要 (2763) HTML (0) PDF 1.75 M (1286) 收藏

      摘要:产业园区作为新一轮电力体制改革的重要试点,利用分布式新能源发电来替代传统的集中式供电模式是其供电系统发展的重要趋势之一。开展了产业园区供电系统规划中分布式电源/储能系统优化配置问题的研究,重点研究了多能互补、源—储—荷协调互动和基于日前分时电价的需求侧响应对于容量优化配置方案的影响。为了表征多能互补特性,提出了分布式电源供电电量不足比和分布式电源供电不足小时数比两个指标。在需求侧响应建模时,针对利用电力需求弹性矩阵建模存在着电量转移不平衡及需求侧过度响应等问题,提出了改进的需求侧响应模型。在此基础上,建立了以总费用最小为优化目标的产业园区供电系统分布式电源/储能系统优化配置模型,并利用遗传算法与模式搜索算法相结合的组合型智能算法对优化配置模型进行求解,最后利用典型算例对提出的优化配置方法进行了分析验证。

    • 基于多层电价响应机制的主动配电网源—网—荷协调方法

      2018, 42(5):9-17. DOI: 10.7500/AEPS20170430002

      摘要 (3693) HTML (0) PDF 1.49 M (1524) 收藏

      摘要:为应对可再生能源高渗透率配电网多层协调难题,提出了一种基于多智能体和多层电价响应机制的配电网模糊机会约束源—网—荷功率协调响应方法。针对分布式电源、主动负荷及微电网的运行特性,分析了可再生能源高渗透率配电网的源—网—荷协调难题,引入多智能体系统和多层电价响应机制构建协调优化框架。在此基础上,考虑可再生能源及主动负荷的不确定性因素和多智能体对风险的追求差异,利用模糊机会约束规划刻画主动配电网与源、荷及微电网的协调互动,分别构建配电网层、直接协调源荷层和间接协调微电网层的优化模型。随后,利用神经元网络和等价类转化处理随机规划模型中的模糊因素,并采用蝙蝠算法和黄金分割法进行求解。最终,通过算例仿真验证了该优化方法的有效性。

    • 基于拉格朗日函数鞍距分配的广义内点法

      2018, 42(5):18-24. DOI: 10.7500/AEPS20170321007

      摘要 (2027) HTML (0) PDF 1.25 M (1127) 收藏

      摘要:不等式约束的处理是电力系统优化分析中比较困难的问题。文中根据拉格朗日函数的鞍点理论,将优化问题的等式约束进行松弛,形成计及等式约束的原始问题以及相应的对偶问题。通过定义原始和对偶问题之间的鞍距,并将鞍距在不等式约束之间进行分配,从而形成不同的针对不等式约束拉格朗日乘子的修正方程,进一步形成不同的优化算法。推导表明,内点罚函数法只是拉格朗日鞍点理论应用的一个特例。所提出的基于拉格朗日函数鞍距分配的广义内点法可以在电力系统优化分析中进行应用,将其应用于大规模间歇式电源接入情况下的电力系统最大传输能力问题中时,IEEE 30节点系统的计算结果及IEEE 14节点系统中不同算法的比较结果表明,此算法能够有效处理潮流问题不等式约束。

    • 基于云层分布规律与太阳光跟踪的光伏电站MPPT策略

      2018, 42(5):25-33. DOI: 10.7500/AEPS20170724005

      摘要 (1857) HTML (0) PDF 1.36 M (976) 收藏

      摘要:针对现有光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)较少考虑诸如光照等外界因素或即使考虑也多做定性分析的问题,提出一种基于云层分布规律与太阳光跟踪的大规模光伏电站MPPT策略。首先,分析云层对太阳光的散射、折射与遮挡效应,结合区域云层分布规律,构建太阳光跟踪装置(以下简称检测球)有效指导半径模型以及在光伏电站中优化布点模型;其次,依据光伏板输出功率差异,提出太阳光辐照强度边界自寻优划分方法,并基于光伏板与检测球间相对位置,建立检测球指导光伏板姿态调整数学模型。最后,采用粒子群优化算法获取单个光伏板最大功率点,进而实现光伏电站MPPT。以西北某光伏电站为背景,仿真验证了所提策略的正确性。

    • 考虑光伏功率相关性的随机潮流方法

      2018, 42(5):34-40. DOI: 10.7500/AEPS20170614013

      摘要 (2223) HTML (0) PDF 1.56 M (1127) 收藏

      摘要:光伏发电属于典型的间歇性能源,且同一地区的光伏出力相关性显著。在含光伏电站的系统随机潮流中,综合考虑多维光伏功率的相关性对于分析光伏电站接入对电力系统的影响具有重要意义。文中提出了计及多个光伏电站出力相关性的随机潮流方法,该方法采用了Pair Copula函数对多个光伏电站的出力进行相关性建模,综合考虑了电站出力两两之间不同的相依结构。同时,将数字交错技术融入拟蒙特卡洛法中,对现有的随机潮流方法进行了改进,有效提高了算法的收敛速度。以美国德克萨斯州光伏电站基地的出力历史数据为例,分别在IEEE 30节点系统和IEEE 118节点系统中进行仿真计算,验证了所提方法的有效性。

    • 计及风电相关性的二阶锥动态随机最优潮流

      2018, 42(5):41-47. DOI: 10.7500/AEPS20170605003

      摘要 (2209) HTML (0) PDF 1.27 M (1268) 收藏

      摘要:可再生能源的大规模接入增加了系统运行调度中的不确定性。同时,实际运行中风电功率具有较强相关性,忽略这些因素将会带来较大的计算误差。目前二阶锥规划多应用于单个时间断面下的最优潮流,但只考虑单时段的最优潮流无法有效计及风电功率的不确定性以及相关性。而现有动态随机最优潮流缺乏对多维风电功率的准确建模,求解计算效率偏低,无法保证收敛性。针对以上问题,文中提出了计及风电相关性的二阶锥动态随机最优潮流模型。基于Pair Copula函数对多维风电功率进行建模,并通过凸松弛将非线性动态随机最优潮流模型转化为二阶锥规划模型,利用商业软件Gurobi结合改进三点估计法对模型进行求解。通过与传统模型以及不计及风电相关性的方案进行对比,验证该模型的有效性和实用性。

    • 求解大规模水火最优潮流问题的近似牛顿方向解耦算法

      2018, 42(5):48-55. DOI: 10.7500/AEPS20170516011

      摘要 (2116) HTML (0) PDF 1.30 M (880) 收藏

      摘要:分解后计算效率低和解的最优性差一直是困扰大规模水火最优潮流(HTOPF)研究与应用的两个关键问题。针对这些问题,提出了一种求解HTOPF的精确高效的解耦算法。基于近似牛顿方向直接对原问题KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件解耦的思想,将含梯级电厂的 HTOPF问题分解为火电问题和水电问题。火电问题分解为单时段最优潮流问题,并进一步划分为多区域子问题;根据水电厂类型的不同将水电问题分解为单个固定水头、单个变化水头水电厂子问题以及梯级水电厂群优化子问题。求解过程中,每个子问题只迭代一次而不用求其最优解,极大地提高了计算效率。仿真计算结果表明:所提算法具有良好的适应性和稳定性,不仅显著减少了内存占用,而且在串行求解时CPU计算时间缩短了3~4倍,在并行计算条件下可获得10~20倍甚至1 000倍以上的加速比,并保证所得最优目标值与准确值之间的误差在10-8以下,确保了分解协调结果的最优性。

    • 考虑灵活性供需平衡的输电网扩展规划

      2018, 42(5):56-63. DOI: 10.7500/AEPS20170803009

      摘要 (2087) HTML (0) PDF 3.21 M (902) 收藏

      摘要:随着可再生能源的大规模并网,其时空分布特性和不确定性将改变电力系统原有的运行方式,传统电网规划已无法适应当前多重不确定性影响下的电力系统需求。灵活性指标能够量化电力系统应对不同时间尺度下不确定性的能力,以消除或减小其带来的负面影响,对电力系统安全稳定运行具有重要意义。从灵活性出发,兼顾灵活性供需平衡,考虑网—源协调,建立电力系统灵活性评估指标,综合评价电力系统对不确定因素的耐受能力。基于灵活性评估指标,提出了一种考虑灵活性供需平衡的输电网双层规划模型。采用改进混沌交叉变异遗传算法求解最优规划方案。通过对Garver-18节点系统的仿真,分析证明了所提指标与规划模型的有效性和可行性。

    • 安全距离理论下计及故障恢复的智能配电网随机规划

      2018, 42(5):64-71. DOI: 10.7500/AEPS20170412007

      摘要 (2225) HTML (0) PDF 1.27 M (1035) 收藏

      摘要:在智能配电网主变站间充分互联背景下,为提高其供电效率、节省新建投资,提出了一种基于安全距离的配电网随机规划方法。首先,基于安全域理论,介绍了配电网N-1安全性分析方法和指标族。其次,考虑系统故障负荷的转供和分布式电源出力及时变负荷带来的不确定性,以总成本现值最小为目标函数,采用机会约束规划方法建立了配电网规划模型。然后,采用模糊C-means聚类法与动态小生境差分进化算法相结合的策略对模型加以求解。最后,通过算例对比所提规划方法与现有两种规划方法,结果表明,所述模型所得规划方案在保证N-1安全的前提下,实现了系统经济性和安全性的全面优化,充分发挥了配电网的供电潜力,更适用于负荷增长平缓和占地通道资源紧张的城市建成区配电网近期规划。

    • 直流互联下含储电力系统调峰的优化及仿真分析

      2018, 42(5):72-79. DOI: 10.7500/AEPS20170511005

      摘要 (3035) HTML (0) PDF 1.48 M (1315) 收藏

      摘要:只有实现储能与电力系统关键过程的深度融合,才能进一步发挥储能的作用和价值,激发新的商业应用。传统电力系统主要依靠常规发电容量及交流输电实现调峰,然而,对调峰过程参与度越高,发、输电投资容量的利用率、系统运行效率反而会降低。有必要在投建有排放的发电厂、日益昂贵的输电走廊和成本快速下降的储能之间选择其调峰容量的最佳组合。构建反映多种容量参与、输和储调峰能力协调的调度仿真环境能够为规划乃至运行分析提供关键决策支持。文中在考虑制约上述调控过程的各类非线性及时变因素基础上,提出了基于最优价值网络的跨区直流输电调峰优化方法,以及输、储协调调控优化框架。最后,仿真比较了典型送—受端网络中不同输、储容量配比的调峰效果差异及其对发电侧的影响。

    • 风电消纳目标下基于电量与功率滚动优化的荷源控制方法

      2018, 42(5):80-85. DOI: 10.7500/AEPS20170309012

      摘要 (2199) HTML (0) PDF 1.70 M (1194) 收藏

      摘要:针对大规模风电基地风电消纳受阻问题,在进行风电受阻分析及高载能负荷调节特性分析的基础上,提出将高载能负荷纳入调节控制。在考虑高载能负荷调节约束的基础上,首先将具有离散可调节特性的负荷纳入日前调度计划,充分挖掘高载能负荷的电量调节能力,建立以消纳风电电量最大化为目标的荷源电量控制优化模型;其次将具有连续可调节特性的高载能负荷纳入日内功率控制,建立以消纳风电功率最大化为目标的荷源功率控制优化模型;最后提出基于电量与功率滚动优化的荷源控制方法,实现荷源滚动优化控制,提高电网对风电的消纳能力,从而缓解风电消纳受阻问题。以甘肃河西电网为例的仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。

    • 基于加速时序蒙特卡洛法的风电场置信容量评估

      2018, 42(5):86-93. DOI: 10.7500/AEPS20170920009

      摘要 (2007) HTML (0) PDF 1.26 M (1010) 收藏

      摘要:随着风电资源接入电网规模的增大,如何快速准确地评估待建风电场的置信容量是电力系统规划时需要考虑的问题。文中基于有效载荷容量这一概念,根据新能源接入前后系统可靠性不变的原则,从负荷侧评价了风电资源的置信容量。在计算可靠性指标时,针对当前解析法无法考虑负荷曲线时序性而时序仿真法计算时间较长的问题,提出了一种可靠性指标的加速时序蒙特卡洛计算方法。在此基础上,在计算可靠性较高的系统风电置信容量时,将该方法和线性插值法相结合,避免了采用仿真法计算可靠性指标时的数值波动对弦截法迭代过程造成的不利影响。最后,利用甘青地区电网实际机组、负荷和风电出力数据设计了算例,并验证了算法的正确性。

    • 含风储一体化电站的电力系统多目标风险调度模型

      2018, 42(5):94-101. DOI: 10.7500/AEPS20170910002

      摘要 (2179) HTML (0) PDF 1.31 M (1218) 收藏

      摘要:风储一体化运行是未来风电站的一种发展趋势,与储能和风电分别受系统调度相比较,更有利于提高风电接入电网的利用率。基于一体化电站中电池储能系统的运行特性及风机故障机理,提出考虑含风储一体化电站的电力系统失负荷和弃风风险指标,建立以系统运行风险最小、火电机组煤耗量最少,以及弃风量最少的多目标优化调度模型,以解决系统运行过程中风险、发电成本与风电消纳之间的矛盾。算例验证表明,与传统风储联合运行模式下的调度结果相比,一体化后虽然风险略有增加,但显著提高了系统运行的经济性和风电消纳能力。

    • 含电动汽车和分布式电源的主动配电网动态重构

      2018, 42(5):102-110. DOI: 10.7500/AEPS20170926006

      摘要 (2469) HTML (0) PDF 1.32 M (1284) 收藏

      摘要:分布式电源和大量电动汽车充电功率的间歇性和随机性使配电网重构面临新的挑战。在此背景下,提出了一种基于区间数方法的含电动汽车和分布式电源的动态重构策略。文中引入区间数以描述分布式电源出力和电动汽车充电负荷的不确定性,以区间数描述最小化网损为目标函数,提出依据动态降损参数的动态时段划分,建立配电网动态重构的数学模型,在利用Krawczyk-Moore区间迭代法对潮流方程进行求解的同时引入仿射乘除运算代替区间乘除运算,改善了区间运算过于保守的问题。最后,结合邻域搜索以及克隆选择算法提出了求解上述模型的优化方法,以实现考虑多种不确定因素下主动配电网动态重构。算例分析证明所提方法相较于传统人工智能算法具有优越性。

    • 考虑网络动态重构的分布式电源选址定容优化方法

      2018, 42(5):111-119. DOI: 10.7500/AEPS20170605016

      摘要 (2251) HTML (0) PDF 2.27 M (1006) 收藏

      摘要:以投资周期经济收益最高为目标,基于二阶锥规划提出了一种考虑网络动态重构的分布式电源选址定容优化方法。首先,针对闭环设计的配电网结构,提出计及联络线和分段开关状态的拓展DistFlow潮流模型,并基于此建立了考虑网络动态重构的分布式电源配置优化模型。引入“虚拟支路电压”的概念对模型进行线性化处理,提出了基于“有功流”的辐射形拓扑线性约束方法,同时配合电流、电压变量替换和二阶锥松弛,建立了统一优化模型的二阶锥形式。采用添加辅助电压约束的方法,解决了对含电压上限约束时二阶锥模型松弛不紧致的问题。在IEEE标准算例中测试了算法的有效性,结果表明,考虑网络动态重构可以提高电网对分布式电源的消纳能力,同时提升分布式电源投资周期内的总体经济效益。

    • 结合证据理论和双层规划的电压稳定不确定分析

      2018, 42(5):120-126. DOI: 10.7500/AEPS20170516014

      摘要 (1974) HTML (0) PDF 1.42 M (840) 收藏

      摘要:提出了一种基于证据理论和双层规划的含风电系统静态电压稳定不确定分析方法。首先,以证据理论中基本可信度分配的概念来描述风速不确定性,建立了静态电压稳定不确定分析模型。然后,通过构造多个风电场风速的联合可信度分配,建立风速的若干个超立方体域,从而将原电压稳定不确定分析问题转化为超立方域内最远和最近电压稳定临界点问题。最后,采用双层规划方法分别求解最远和最近临界点问题,得到各超立方域的负荷裕度最大值和最小值,并合成负荷裕度的信任累积概率分布和似然累积概率分布。IEEE 118节点和IEEE 300节点标准系统的计算结果表明,相比传统概率方法,所提模型与方法能够有效描述风速的客观不确定性和主观不确定性信息,利用负荷裕度的信任和似然分布可确定系统发生电压失稳的最小和最大概率,符合电力调度人员的思维习惯。

    • 基于机会约束混合整数规划的风火协调滚动调度

      2018, 42(5):127-132. DOI: 10.7500/AEPS20170918001

      摘要 (2285) HTML (0) PDF 1.68 M (1128) 收藏

      摘要:为降低大规模风电随机性和波动性对电力系统调度的影响,保障电力系统运行的安全性和经济性,提出了考虑风电功率特性的基于机会约束混合整数规划的滚动调度模型。首先,研究了风电功率特性及风电预测误差和风电爬坡事件对系统调度的影响。然后,建立了考虑风电功率特性的机会约束混合整数规划滚动调度模型。通过滚动调度策略,有效减少系统备用容量,降低系统运行成本,提高系统的经济性,模型考虑风电爬坡约束,能有效降低风电爬坡事件的危害,提高系统的安全性。最后,通过算例对所提模型和调度策略的有效性进行了验证,结果表明,模型和调度策略能结合风电功率特性,有效兼顾系统的安全性和经济性。

    • >学术研究
    • 基于深度信念网络的短期负荷预测方法

      2018, 42(5):133-139. DOI: 10.7500/AEPS20170826002

      摘要 (3190) HTML (0) PDF 1.28 M (2037) 收藏

      摘要:电力系统信息化的发展及配电网中分布式电源和电动汽车的大量接入,增加了用电模式的复杂性,对负荷预测的精确度和稳定性提出了更高的要求。提出了一种基于深度信念网络的短期负荷预测方法。该方法包括深度信念网络的构建、模型参数的逐层预训练和微调,以及模型的应用等步骤。在模型参数预训练过程中,采用高斯—伯努利受限玻尔兹曼机(GB-RBM)作为堆叠组成深度信念网络的第1个模块,使其能够更有效地处理对负荷有影响的多类型实值输入数据;并采用无监督训练和有监督训练相结合的部分有监督训练算法进行预训练;利用列文伯格—马夸尔特(LM)优化算法微调预训练阶段得到的网络参数,使其更快收敛于最优解。最后,以实际负荷数据进行算例分析,结果表明,在训练样本较大且负荷影响因素复杂的情况下,所提方法具有更高的预测精度。

    • 基于多智能体系统的微电网联络线潮流精确控制

      2018, 42(5):140-146. DOI: 10.7500/AEPS20170517005

      摘要 (1946) HTML (0) PDF 1.53 M (932) 收藏

      摘要:针对多能流互补耦合的动态特性差异、多元用户互动与高渗透率可再生能源强不确定性等新特点,提出一种基于多智能体系统的微电网联络线潮流精确控制策略,确立多级控制目标,以实现多主体互动及分布式能源协调运行。在考虑市场电价、燃料消耗、污染排放和运行维护等因素的基础上,构建微电网系统多目标优化调度模型,协调不同控制响应速率的分布式能源。基于多智能体系统构建稀疏通信网络,通过一致性算法迭代得出系统的平均电压和频率信息,通过优化下垂控制的参考电压和频率,实现联络线潮流的精确控制。另外,仅通过邻接智能体之间通信,克服了集中式控制通信时间较长的问题。

    • 采用马尔可夫链—多场景技术的交直流主动配电网优化调度

      2018, 42(5):147-153. DOI: 10.7500/AEPS20170616002

      摘要 (2251) HTML (0) PDF 1.39 M (1318) 收藏

      摘要:针对含有柔性直流装置的交直流混合主动配电网,构建基于场景分析的随机优化调度模型。计及时间轴线上各点误差相关性,利用基于马尔可夫链的多场景技术模拟风电、光伏与负荷随时间变化的间歇性和波动性;通过模糊C均值聚类思想进行场景削减得到典型场景。提出多时间尺度的协调优化调度策略:长时间尺度计及不确定性,以电网期望成本最小为目标,优化联络线出力和柔性直流装置出力;短时间尺度调整可控单元,使两级优化结果偏差最小。算例验证了采用马尔可夫链的多场景抽样能有效描述原始问题的不确定性,修正随时间推移逐渐增大的预测偏差,减轻短时间尺度调度压力;验证了所述调度策略能有效应对间歇式能源的不确定波动,提高分布式能源消纳能力。

    • 长时间尺度下计及光伏不确定性的配电网无功优化调度

      2018, 42(5):154-162. DOI: 10.7500/AEPS20170602003

      摘要 (2258) HTML (0) PDF 2.10 M (1207) 收藏

      摘要:针对高渗透率分布式光伏接入配电网所引起的电压控制问题,分析了无功补偿型和电压控制型两种光伏发电系统的无功电压调控特点,在考虑负荷和光伏出力不确定性的基础上,以系统总运行成本最小为目标,提出了长时间尺度下考虑电压越限风险的配电网无功优化调度模型。针对电压控制型光伏无功电压调控特点,提出了含PV类型节点的配电网概率潮流计算方法。最后,通过时间解耦并采用灾变遗传算法求解得到含高渗透率光伏的配电网长时间尺度下的无功优化调度方案。仿真算例表明:与现有光伏无功控制方法相比,所提方法能够有效降低光伏并网引起的电压越限风险,其中基于电压控制型光伏的配电网无功调度方案在降损和抑制电压波动方面的控制效果更明显。

    • >研制与开发
    • 安全稳定控制系统全程控制时间及其构成

      2018, 42(5):163-168. DOI: 10.7500/AEPS20171106001

      摘要 (3125) HTML (0) PDF 1.23 M (1444) 收藏

      摘要:安全稳定控制系统(简称“稳控系统”)在故障发生后按照事先设计的逻辑和时间可靠动作是电网严重故障下安全稳定运行的重要保障。针对当前稳控系统“整组动作时间”难以反映从故障发生至控制措施执行到位完整时段进而难以准确用于指导系统仿真和分析的问题,详细分析了稳控系统从故障检测识别到控制动作出口所经历的过程、涉及的环节以及每个环节所需延时,为稳控系统时间性能的改进提供了合理依据,提出了新的稳控系统“全程控制时间”的概念。随着设防故障复杂化及稳控系统大型化,稳控系统的全程控制时间难以控制在传统的保守计时300 ms内,建议从全程控制时间的完整时段挖掘潜力,从电网安全运行角度提升产品的时间性能。

    • 基波—谐波双通路并行感应式能量与信号同步传输技术

      2018, 42(5):169-175. DOI: 10.7500/AEPS20170712010

      摘要 (2042) HTML (0) PDF 1.40 M (980) 收藏

      摘要:为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统的能量与信号同步传输时存在的输出电压波动大以及系统稳定性差等问题,提出一种新型基波—谐波双通道并行感应式能量与信号同步传输技术,通过改变基波能量通路和谐波能量通路功率分配,在不影响系统谐振的前提下,实现了在较高系统效率下的能量与信号同步传输,同时还具备在信号传输过程中的系统输出电压与负载无关的稳定无波动特性,为该项技术的发展提供了新思路。最后,通过实验验证了理论正确性与技术可行性。