半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2020年第44卷第7期文章目次
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    • >观点
    • 智能配电变压器发展趋势分析

      2020, 44(7):1-14. DOI: 10.7500/AEPS20190507007

      摘要 (246) HTML (89) PDF 987.71 K (451) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能配电变压器是智能电网快速发展背景下构建新一代配电网的关键部件。结合新能源分布式电源、交直流混联配电网的发展趋势,文中分析了智能配电变压器的主要功能,指出实现智能配电变压器的关键在于利用电力电子技术使配电变压器具备丰富的控制功能。在此基础上,分析指出电力电子变压器(PET)与混合式配电变压器(HDT)是智能配电变压器的两类可选方案。对PET与HDT的工作原理进行说明,列出基于PET,HDT及扩展型HDT的智能配电变压器的几种典型应用电路,并对其特点进行定性分析。基于一种具体的配电网应用场景,从工作原理、可靠性、经济性、可控性等方面对基于PET与HDT的智能配电变压器进行对比,并定性给出当变换功率比重增大时二者各项性能的变化规律。最后分析了智能配电变压器未来的发展趋势。

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    • >区块链技术在电力系统中的应用
    • 基于区块链的微电网市场势博弈模型

      2020, 44(7):15-22. DOI: 10.7500/AEPS20190308006

      摘要 (199) HTML (66) PDF 794.99 K (545) 评论 (0) 收藏

      摘要:微电网是实现新能源优势互补、高效消纳和并网远送的有效形式。基于区块链与微电网市场相似的分布式拓扑结构,设计了微电网市场总体框架。综合考虑微电网市场经济性和能源利用情况,引入博弈理论和势博弈概念,将约束条件转化为状态空间,构造基于双向时变信息交互下状态量序数势博弈的微电网运行优化模型,并证明了该模型状态均衡的存在。在微电网市场不同信息交互的条件下,通过博弈中策略学习算法求解势博弈模型,实现微电网市场的运行优化。仿真结果表明,在微电网市场参与个体保持理性的情况下应用势博弈模型,能够使得微电网中各设备运行在最优水平,增加了微电网的经济收益,提高了新能源利用率。

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    • >学术研究
    • 配电网与多微网联合分布式鲁棒经济调度

      2020, 44(7):23-30. DOI: 10.7500/AEPS20190501002

      摘要 (58) HTML (29) PDF 680.02 K (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于一种混合连接的联合多微网以及配电网的拓扑架构,通过引入虚拟协调器以及互联线等效化,将拓扑分解为具有“部件-子系统-主系统”特征的3层系统,从而便于利用目标级联分析算法分布式求解对应的经济调度问题,同时采用鲁棒优化来处理由可再生能源和负荷带来的不确定性。具体来说,建立的鲁棒经济调度模型采用列与约束生成算法且联合目标级联分析算法进行分布式求解。所提的分布式算法仅需配电网运行商、虚拟协调器代理商和微网运行商各个层级之间的少量数据交换即可求得最优值,有效地保证了不同实体的隐私。最后,在含有6个微网的改进的IEEE 33系统上进行了算例分析,结果表明了所提分布式算法的有效性。

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    • 考虑可靠性约束的综合能源微网供能能力评估

      2020, 44(7):31-37. DOI: 10.7500/AEPS20190326010

      摘要 (34) HTML (19) PDF 676.18 K (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对综合能源微网涉及多种能源相互耦合、各能源负荷供应能力难以量化评估的问题,提出了综合能源微网可行供能区间及可靠供能区间评估方法。首先,以综合能源微网为研究对象,结合能源集线器模型构建了典型微网系统模型,并提出综合能源微网供能能力概念。其次,构建综合能源微网可行供能区间模型,并进一步考虑供能可靠性约束,构建综合能源微网可靠供能区间模型。再次,基于NSGA-2多目标优化算法提出综合能源微网可靠供能区间模型的求解方法及流程。最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性和实用性。

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    • 孤岛交直流混合微电网群多级功率管理策略

      2020, 44(7):38-45. DOI: 10.7500/AEPS20190108003

      摘要 (41) HTML (12) PDF 766.97 K (346) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现孤岛交直流混合微电网群的稳定优化运行,提出一种多级功率管理策略。该策略包含两部分:多级功率分配控制策略和多级功率互动管理策略。多级功率分配控制策略通过功率自治级、功率互助级和功率平衡级等三级控制,实现系统功率的分散管理。考虑系统互联通信正常和通信故障2种运行情况,提出一种适用于交直流混合微电网群的多级功率互动管理策略,实现各功率分配级之间合理的切换管理,保证孤岛系统的供电质量,并减少系统功率互动损耗。设计事件触发控制器,实现多级功率互动管理策略仅在事件触发时刻进行数据交换,降低系统对通信网络的要求。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提控制策略的有效性。

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    • 基于温度密度聚类的热泵负荷集群控制策略

      2020, 44(7):46-52. DOI: 10.7500/AEPS20190708002

      摘要 (33) HTML (15) PDF 668.59 K (264) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先描述了典型温控负荷的热力学模型,并在此基础上讨论了常用温度设定控制策略下负荷温度分布变化及负荷开关状态变化。随后以温度队列为基础,提出了一种基于负荷温度的密度聚类集群控制策略。该策略考虑负荷在温度区间内的分布情况,通过密度聚类算法对负荷群进行聚类分析并确定密集区域与非密集区域;随后计算温度节点和补偿节点并确定设备响应群体和温度设定值;最后以温度设定值为响应信号对负荷群进行控制。以常用温控负荷电热泵为控制对象进行仿真分析,与常用温度设定控制下负荷群开关变化次数进行了对比。结果显示,负荷在控制中开关状态变化次数明显降低,负荷群中发生开关状态变化的负荷数目明显减少。

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    • 孤岛微网分层分布式频率调节及功率优化控制

      2020, 44(7):53-60. DOI: 10.7500/AEPS20190603004

      摘要 (140) HTML (194) PDF 769.08 K (301) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高微网频率调节和功率优化性能,提出一种两层控制结构。为适应这一结构,初级控制由传统的功率-频率下垂改进为功率-增量因子下垂。二层控制采用一致性协议以分布式方式实现频率同步、频率无差、功率优化目标。此外,针对功率约束问题,分析发现只采用饱和器会导致频率无差和功率优化目标间的冲突,为解决这一冲突,提出相应的功率约束控制方法。通过Lyapunov直接法论证了所提控制策略在系统中的稳定性。最后,采用5节点孤岛微网仿真算例验证了所提策略的有效性。

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    • 基于一致性算法的直流微电网储能系统功率分配技术

      2020, 44(7):61-69. DOI: 10.7500/AEPS20190515005

      摘要 (43) HTML (32) PDF 727.99 K (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:以直流微电网中的分布式储能系统为研究对象,分析了储能单元间存在的功能、参数和信息的不对称性,并提出了混合储能单元多工作模式下最大输出功率及等效荷电状态(SOC)的评估方法。在此基础上,提出了一种基于离散一致性算法的分布式储能系统负荷功率分配分层控制策略:在下层,以储能单元多模式参数评估为依据,使用动态下垂控制对各储能单元输出功率进行一次分配;在上层,以减小分布式储能系统等效SOC差异为目标,利用相邻单元之间的的弱通信,使用离散一致性算法产生电流修正量,直接调节下垂控制电流参考值,动态调整处于不对称工作状态的各混合储能单元的输出功率。最后,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,对所提控制策略进行了仿真验证。

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    • 基于空调负荷温差-功率特性的博弈分层优化调度

      2020, 44(7):70-78. DOI: 10.7500/AEPS20190519002

      摘要 (47) HTML (24) PDF 816.59 K (306) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先,提出了负荷聚合商调度架构,然后对分体式定频空调负荷进行分钟级的优化,得到每小时内空调平均负荷与始末时刻设定的温度差值之间的阶梯函数特性,并对该特性进行线性化,建立了适用于空调小时级调度的温差-功率模型。其次,根据空调温差-功率模型特性,提出了适用性的空调分组方法。接着针对配电区域内存在的多个负荷聚合商,提出了空调负荷聚合商非合作博弈的模型,并针对博弈收益函数中的控制变量离散化的问题,引入连续化的中间变量,建立了博弈的分层优化模型,给出了该博弈的分层优化存在唯一纯策略纳什均衡解的证明及求解方法。最后通过算例仿真验证了所提方法的可行性。

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    • 弃风参与电网调频的电转气-储气-燃气轮机容量优化配置

      2020, 44(7):79-86. DOI: 10.7500/AEPS20190314001

      摘要 (63) HTML (24) PDF 944.73 K (285) 评论 (0) 收藏

      摘要:电转气(P2G)技术为消纳可再生能源提供了新的途径,然而,投资成本高、经济性较差的问题限制了P2G技术的应用与发展。为实现弃风资源的消纳与P2G经济性的提升,首先提出通过P2G技术用弃风生产天然气,经储气罐存储并通过燃气机组(NGGU)发电参与调频的运行场景,并提出了各装置的协调运行策略。其次,根据上述运行策略,构建了P2G、储气罐、NGGU参与调频过程的成本–收益模型,以最大化净收益为目标实现各装置的容量优化配置。最后,以某风电场实际弃风、某自动发电控制(AGC)机组实际下发指令为参考,利用粒子群优化算法进行规划计算。结果分析了利用风电场弃风与P2G技术在P2G、储气与NGGU容量优化配置下参与电力市场调频辅助服务经济性与可行性。

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    • 基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

      2020, 44(7):87-92. DOI: 10.7500/AEPS20190714001

      摘要 (34) HTML (15) PDF 882.67 K (277) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。

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    • 抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化

      2020, 44(7):93-99. DOI: 10.7500/AEPS20190803005

      摘要 (48) HTML (17) PDF 1.12 M (270) 评论 (0) 收藏

      摘要:超低频频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(PSS)可用于抑制频率振荡。提出了在多机系统中选择抑制频率振荡的PSS的方法,该方法综合了PSS对低频振荡和频率振荡的影响大小。构建了抑制频率振荡的PSS参数优化模型,该模型仍然以低频振荡模式阻尼比作为优化目标,但加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位要求作为约束,保证机组励磁系统为频率振荡提供足够的正阻尼。采用粒子群优化算法对模型进行求解得到PSS最优参数。仿真结果验证了所提方法的有效性。

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    • 基于渐近数值法的静态电压稳定域边界高阶拟合方法

      2020, 44(7):100-106. DOI: 10.7500/AEPS20190301001

      摘要 (21) HTML (11) PDF 690.60 K (324) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现静态电压稳定边界的快速准确计算,提出了一种基于渐近数值方法拟合静态电压稳定边界的算法。算法对电压崩溃点处的方程组进行分析,得到了静态电压稳定边界高阶偏导数的通式。基于渐近数值方法,分析了拟合误差与边界范围的关系。所提方法一方面避免了传统方法的多次潮流计算,耗时降低且有更高的精度;另一方面,计算高阶偏导数时可复用已有系数矩阵的因子表,计算量小。最后,给出了基于算法的相关应用,并将IEEE 118节点系统作为算例,验证了本算法的有效性。

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    • 电力现货市场下输配协同传输阻塞管理

      2020, 44(7):107-114. DOI: 10.7500/AEPS20190409001

      摘要 (69) HTML (18) PDF 669.63 K (358) 评论 (0) 收藏

      摘要:电力现货市场中传输阻塞管理需要协调输电网和配电网可控资源。鉴于虚拟电厂(VPP)具有能够聚合分布式电源(DG)参与电力市场的良好特性,提出了配电网作为VPP参与电力现货市场阻塞管理的输配协同双层优化模型。输电网层综合考虑了由母线电压越限和支路/断面功率越限引起的输电网阻塞,实现了VPP和常规机组的协同优化;VPP层考虑了配电网可控DG和可中断负荷的参与并满足了配电网安全约束。通过2层之间的交互协调,实现了输配全局资源的经济利用、给出了更加合理的价格信号。对由IEEE 30节点输电网和3馈线、16节点配电网组成的输配全局电网算例进行仿真,结果表明了文中模型与方法的有效性。

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    • 考虑地市发展阶段的省级电网差异化投资策略

      2020, 44(7):115-122. DOI: 10.7500/AEPS20190118007

      摘要 (27) HTML (19) PDF 856.51 K (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:输配电价改革环境下电网企业的盈利方式发生变化,提升电网企业精准投资能力对电网企业未来发展具有重要意义。首先,基于Logistic模型针对人均用电量指标分析地市发展阶段,并引入地市经济与电网发展的适应性进行结果修正;其次,对输配电价动态调整机制进行分析,构建电网投资规划策略的评估模型及流程,以全部新建、全部扩建以及新建扩建并行3种典型模式设计电网差异化投资策略;最后,选取4个典型地市进行测算分析。结果表明,处于后快速发展阶段的地市应采取全部新建投资策略,而处于饱和增长发展阶段的地市应采取全部扩建模式,处于快速增长发展阶段的地市其最优投资策略应进行具体分析。文中提出的考虑输配电价核定和地市发展阶段的电网差异化投资策略,可以在传统投资决策基础上为省级电网在各个地市之间进行资源优化提供参考。

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    • >研制与开发
    • 基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法

      2020, 44(7):123-129. DOI: 10.7500/AEPS20190612007

      摘要 (113) HTML (113) PDF 804.03 K (334) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保障安全及并网电能质量,基于并网逆变器的分布式发电系统需要具备孤岛检测功能。传统孤岛检测方法不适用于下垂控制并网逆变器,而现有适用于下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法需要改变下垂特性且存在检测盲区的问题。为了解决上述问题,提出一种基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法。该方法在公共耦合点注入电压扰动,通过电压、电流扰动信号辨识阻抗,进而依据阻抗变化判定是否出现孤岛效应。利用谐波扰动注入放大孤岛前后特征量差异,提高检测灵敏性。另外,通过递归离散傅里叶变换提取扰动信号,提高了阻抗辨识的准确度和时效性。实验结果验证了所提方法的有效性。

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    • 级联H桥型电力电子变压器隔离级高频电流波动抑制策略

      2020, 44(7):130-138. DOI: 10.7500/AEPS20190531003

      摘要 (114) HTML (85) PDF 1.18 M (498) 评论 (0) 收藏

      摘要:串联谐振型双有源桥变换器(DABSRC)由于具有控制简单及软开关范围宽的特点,可用在级联H桥型电力电子变压器隔离级DC-DC电能变换环节中。考虑电力电子变压器各相单元存在二倍电网工频瞬时功率波动,导致隔离级DABSRC高频电流幅值呈现相同波动,且过大波动将会增加隔离级开关器件导通损耗和电流应力。为解决该问题,文中以优化高频电流有效值为目标,提出一种零序电压注入控制策略,通过在交流侧级联H桥变换器中注入零序电压,降低了隔离级DABSRC开关器件电流应力。最后,利用苏州同里10 kV交流/750 V直流3 MVA级联H桥型电力电子变压器工程示范样机进行验证,仿真及样机测试结果证明了控制方法的有效性。

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    • 基于稀疏复原算法的风电并网电压闪变包络线提取

      2020, 44(7):139-144. DOI: 10.7500/AEPS20190613006

      摘要 (19) HTML (14) PDF 747.15 K (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:闪变包络线检测是分析电压波动与闪变的关键。IEC推荐的平方检测法在闪变低频段的包络线提取误差较大,不适合风力发电并网产生的电压闪变包络线提取。文中针对风电并网引起的电压闪变问题,提出了基于稀疏复原算法的闪变包络线提取方法。以电压闪变信号的极值点作为观测序列,根据闪变包络线低频段较平稳的变化特性,构造变频宽的离散余弦变换基,利用正交匹配追踪算法还原出最佳闪变包络线。通过对单一频率闪变、复合频率闪变、基波频率变动、谐波及噪声影响的电压闪变信号进行分析,表明了该算法提取闪变包络线的准确性。最后,通过对张北柔直电网中新能源风电场实测的电压波动信号进行分析,进一步验证了所提算法提取风电并网引起的电压闪变包络线的可行性与有效性。

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    • 具有直流故障清除能力的主动接地式模块化多电平换流器

      2020, 44(7):145-152. DOI: 10.7500/AEPS20190619009

      摘要 (38) HTML (17) PDF 702.49 K (307) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法阻遏故障电流,以及现有具备故障清除能力的MMC故障清除时间过长的问题,提出一种具有直流故障清除能力的主动接地式MMC拓扑。在传统半桥型MMC基础上,在换流器各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移支路,在换流器直流出口增加断流支路和能量吸收支路。当MMC直流侧发生双极短路时,断流支路能够有效地隔离断路器和直流线路,电流转移支路能够消耗交流电流和电感电流,能量吸收支路能够快速清除故障电流。文中对主动接地式MMC的拓扑结构及其实现故障隔离和清除的过程进行详细分析,给出了关键参数的设计和计算方法,并利用RT-LAB OP5607软件搭建双端和四端MMC仿真模型,对比分析可知,所提出的主动接地式MMC能够在十几毫秒内清除故障,在经济性和实用性方面具有很大的优势。

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    • 具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

      2020, 44(7):153-160. DOI: 10.7500/AEPS20190511001

      摘要 (94) HTML (38) PDF 1.07 M (373) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。

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    • 基于零序电流衰减周期分量的高阻接地故障区段定位

      2020, 44(7):161-168. DOI: 10.7500/AEPS20190320013

      摘要 (62) HTML (26) PDF 781.43 K (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:消弧线圈接地配电网发生高阻接地故障的概率较大,现有的故障检测和区段定位方法存在准确度低,实现难度大等问题。文中分析了消弧线圈接地配电网发生高阻接地故障时的并联谐振过程,研究了零序暂态衰减周期分量在故障点上下游的分布特征,得出了故障点上游和下游的零序电流衰减周期分量在相位上存在较大差别的结论。提出了一种基于零序电流衰减周期分量的高阻接地故障区段定位方法。该方法由配电自动化主站收集线路中各故障区段定位终端计算的零序电流衰减周期分量相位,并利用该相位和估算的过渡电阻判断故障区段。基于实时数字仿真系统(RTDS)对所提区段定位方法进行了仿真验证,结果表明该方案具有较好的准确性和可行性。

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    • 基于幅值特征和Hausdorff距离的配电网故障定位方法

      2020, 44(7):169-177. DOI: 10.7500/AEPS20190123010

      摘要 (43) HTML (18) PDF 753.23 K (321) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了消除单相接地故障下配电网区段定位受系统中性点接地方式、不同过渡电阻以及线性相关法定位盲区等因素对定位准确性的影响,提出一种幅值特征下基于Hausdorff距离算法的故障区段定位方法。首先,分析了零序电流暂态分量故障特征,明确健全区段、故障区段两端零序电流暂态分量幅值特征的关系。其次,引入Hausdorff距离算法,测算馈线区段两端零序电流暂态分量幅值特征匹配度,进一步通过与设定阈值的比较,可以有效区分出故障区段。仿真验证结果表明,所提方法无定位盲区,在不同系统接地方式、不同接地过渡电阻下均能够准确定位故障区段。

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    • 一种无须求解谐波转移阻抗的分散式多谐波源责任量化方法

      2020, 44(7):178-186. DOI: 10.7500/AEPS20190824004

      摘要 (30) HTML (10) PDF 821.30 K (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有分散式多谐波源责任量化方法均采用谐波源等值电路(常用诺顿等效模型)的外部端口电流(统称为“谐波源端口电流”)来计算该谐波源对关注母线的谐波贡献度。由于谐波源端口电流受基尔霍夫定律约束,只要电网中某谐波源端口电流发生变化,所有谐波源对关注母线的谐波贡献度会随之改变,但该电流通常是谐波源和背景谐波耦合作用的结果,由此计算的谐波贡献度不能真实反映该谐波源的发射水平。基于此,文中运用谐波源电流本身而非谐波源端口电流来计算谐波贡献度,所提方法直接计算各谐波源对关注母线的谐波电压矢量贡献,而无须求解各谐波源对关注母线的谐波转移阻抗,减少了误差累积效应,可更为公平合理地反映各谐波源责任。仿真和实验算例验证了所提方法的有效性和准确性。

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    • >综述
    • 可再生能源配额制的机制设计与影响分析

      2020, 44(7):187-199. DOI: 10.7500/AEPS20190602001

      摘要 (306) HTML (119) PDF 845.92 K (430) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国可再生能源市场的不断扩大,现有的固定电价制度(FIT)造成可再生能源补贴压力逐渐增大,可再生能源配额制(RPS)成为中国当前可再生能源制度转型的目标机制。首先,论述了政府补贴型、市场导向型2类可再生能源激励制度的实施情况,并针对制度转型涉及的FIT和RPS机制展开比较分析。然后,综述了近年来RPS机制总体框架、核心要素以及配套措施等方面的研究。接着,根据RPS机制在各国实施情况和研究分析,综述了RPS机制对市场主体行为以及电力市场和绿证市场整体表现的影响。最后,分析表明中国应分阶段地推进RPS机制的实施,可考虑采用FIT-RPS并行的双轨制,按发电企业类型和可再生能源种类差别性实施FIT或RPS机制,同时注意惩罚措施、碳排放交易等相应配套措施的建设。

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