半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2021年第45卷第14期文章目次
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    • >观点
    • 澳大利亚电力监管机制及其对中国的启示

      2021, 45(14):1-12. DOI: 10.7500/AEPS20200628003

      摘要 (116) HTML (311) PDF 1.27 M (371) 评论 (0) 收藏

      摘要:科学合理的电力监管体系能够有效地防范市场潜在风险、促进电力市场健康发展。随着中国电力现货市场建设的逐步推进,电力市场的监管机制再次受到电力市场设计者的关注。澳大利亚国家电力市场作为发展成熟的电力现货市场,在处理能源结构转型、开放电力市场竞争、完善电力监管体制等方面积累了丰富的实践经验。首先,介绍了澳大利亚国家电力市场特点和电力监管体系,阐述了其电力监管改革历程和电力监管机构职能;其次,深入分析了澳大利亚电力监管机构采用的电力市场评价指标体系及其评估方法;接着,对比分析了澳大利亚、欧洲和美国电力市场的监管机构评估机制,总结了澳大利亚电力监管机制的优势和目前存在的问题;最后,结合中国电力市场建设情况,对电力市场中能源电力法律法规体系、完善监管机构职能、加强监管信息化和健全评价机制等方面提出了相关建议。

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    • >学术研究
    • 基于DKDE与改进mRMR特征选择的短期光伏出力预测

      2021, 45(14):13-21. DOI: 10.7500/AEPS20201126004

      摘要 (73) HTML (192) PDF 1.19 M (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着光伏发电装机容量的增长,其在能源消费中的占比不断提升,准确预测光伏发电功率对电力系统发展规划和调度运行均具有重要意义。目前,针对光伏预测特征选择的研究比较少,不合理的特征选择往往导致信息丢失,气象参数与出力间的映射关系难以有效挖掘,最终导致预测精度偏低。因此,文中提出一种基于改进互信息计算与改进最大相关最小冗余(mRMR)的光伏预测特征选择方法。针对连续随机变量相关性互信息难以直接计算的问题,基于扩散核密度估计(DKDE)理论,提出一种依据概率密度的区间划分方法并应用于变量离散化,以提高互信息对实际有限数据集的表征能力。然后,对传统mRMR的增量搜索过程进行了改进,提出一种可并行筛选多个特征子集的改进mRMR算法,并针对各特征子集分别采用XGBoost算法构建气象信息与光伏功率的预测模型。最后,通过实际光伏电站测量数据验证了所提方法的有效性和准确性。

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    • 基于数据驱动和深度学习的超短期风电功率预测

      2021, 45(14):22-29. DOI: 10.7500/AEPS20201127004

      摘要 (102) HTML (214) PDF 1.11 M (435) 评论 (0) 收藏

      摘要:从多源、多维、多模态的风电数据中挖掘风能、风电的因果关联,以及多风电场间的时空关联,是提高风电功率预测精度的有效途径。文中提出了一种基于数据驱动的混合深度学习模型。首先,在数据预处理环节,将风电场满功率输出、风速溢出的场景,视为风电功率预测的异常、故障状态,并提出数据清洗方法以加强风速和风电的相关性。然后,针对气象信息与风电的因果关联,设计多通道卷积挖掘其耦合关系;针对相邻风电场间的时空关联,设计多尺度卷积挖掘不同时空尺度下的风电特征,并通过1×1卷积层对不同尺度的时空特征赋权、融合和降维。最后,将融合特征输入门控循环网络挖掘时序关联,输出多风电场风电功率的预测结果,以真实数据集验证了所提模型的有效性。

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    • 考虑台风影响的风速多步预测模型

      2021, 45(14):30-37. DOI: 10.7500/AEPS20201005003

      摘要 (45) HTML (79) PDF 1.12 M (283) 评论 (0) 收藏

      摘要:合理认知台风对区域风速预测的影响,对未来风电的最大化利用至关重要。针对台风到来对风速预测影响较大问题,基于多模式集成(ME)的台风数值气象预报信息,提出了一种考虑台风影响的风速多步预测模型。首先,针对台风期间风速数据噪声问题,使用经验小波变换(EWT)对风速历史数据进行解构,基于自适应阈值方法剔除噪声扰动,并重构风速序列信号。然后,采用门控循环单元(GRU)网络对重构后的风速序列进行多步预测,获取不考虑台风影响下的风速预测信息。考虑台风数据的缺乏,在GRU网络基础上引入深度信念网络(DBN)进行台风情况下的修正,以提高考虑台风影响时的风速预测精度。最后,基于中国南部某地实际数据进行算例分析,并与不考虑台风数值预报信息的基础算例进行对比分析。算例分析结果表明,相较不考虑台风影响的基准模型,所提模型可有效降低风速预测误差。

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    • 含SVG的新能源多馈入系统振荡分析和广义短路比计算

      2021, 45(14):38-46. DOI: 10.7500/AEPS20200826008

      摘要 (65) HTML (176) PDF 1.21 M (300) 评论 (0) 收藏

      摘要:弱电网中静止无功发生器(SVG)与新能源设备交互作用明显,如何分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡特征是个难题。为此,建立了SVG和新能源联合运行且网络结构保持的系统动态模型,提出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比计算方法,并用于判断系统是否稳定以及量化系统稳定裕度。首先,推导了网络结构保持的模型的系统传递函数矩阵和特征方程;然后,基于模态摄动理论构造了可近似多馈入系统主导特性的等效同构多馈入系统,并严格论证广义短路比可用于分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡稳定裕度;最后,给出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比及其临界值计算方法,以及电网强度和系统振荡稳定裕度的量化方法。仿真算例说明了所提分析和计算方法的有效性。

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    • 风电多端柔性直流并网系统交流送出线故障短路电流解析

      2021, 45(14):47-55. DOI: 10.7500/AEPS20201020002

      摘要 (52) HTML (108) PDF 1.89 M (405) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着海上风电的发展和区域风电装机容量的增大,规模化新能源电源通过多端柔性直流(MMC-MTDC)并网成为风电并网的一种趋势。然而,考虑MMC-MTDC和永磁风机构成的多换流器系统协调故障穿越及其故障特征解析尚未得到有效解决,亟待针对性研究。文中首先对传统风电MMC-MTDC并网系统故障穿越策略进行优化,给出了可行的穿越策略。进而结合多个换流器各自故障的解析,利用换流器与永磁风机换流器之间功率传输平衡原则,提出了能够全面反映风电MMC-MTDC并网系统交流故障特征的稳态短路电流解析表达式,解决了多换流器级联故障特征难以解析的问题。最后,基于实际工程参数在PSCAD/EMTDC仿真平台进行建模,仿真结果验证了所提故障穿越控制的有效性和稳态短路电流计算式的正确性。

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    • 抑制电压波动与规避频率越限的孤岛微电网并网预同步方案

      2021, 45(14):56-64. DOI: 10.7500/AEPS20201104009

      摘要 (37) HTML (70) PDF 1.84 M (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统孤岛微电网并网预同步过程中存在因风光电源出力变化而导致的电压波动问题,以及因比例-积分(PI)参数取值不当导致的频率越限问题。为解决这些问题,首先,对储能系统V/f控制策略引入负荷电压与电流的前馈扰动补偿以平抑电压波动;其次,基于Simplex算法优化PI参数以兼顾预同步过程中的并网速度与频率波动,并设计了离线优化与在线查表相结合的优化PI参数取值方法;然后,设计了兼顾电压波动与频率越限的孤岛微电网预同步优化控制方案;最后,利用仿真实验证实了该孤岛微电网并网预同步方案可实现相位迅速同步,并可有效抑制电压波动与规避频率越限风险。

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    • 基于卷积神经网络的暂态电压稳定评估及风险量化

      2021, 45(14):65-71. DOI: 10.7500/AEPS20200615002

      摘要 (79) HTML (110) PDF 957.71 K (293) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种暂态电压稳定性评估及其风险量化方法。首先,探讨卷积神经网络(CNN)与暂态电压稳定评估的关联性和匹配性,建立了基于CNN的暂态电压稳定评估模型。其次,在可信度框架下引入四元评估结构,可有效解决CNN在稳定边界识别上对时域仿真依赖的难题。然后,通过评估结果获取暂态电压稳定裕度,并将其与可信度相结合来构建风险函数,从而实现对暂态电压稳定的风险量化分级。实际电网算例分析结果验证了该方法的有效性。

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    • 考虑氢-电混合储能的直流配电网优化调度

      2021, 45(14):72-81. DOI: 10.7500/AEPS20210107005

      摘要 (70) HTML (123) PDF 1.18 M (350) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对氢-电混合储能系统的运行模型和多端柔性直流配电网的电压-功率下垂特性二次调节过程,提出了一种源-储-网联合多时间尺度优化调度策略。日前调度阶段以运行成本和电压偏差率最小为目标,优化混合储能运行模式、微型燃气轮机的启停与下垂特性二次调节参数,为日内优化调度提供参考;日内滚动优化调度阶段以经济性为目标,微调设备出力并修正预测误差带来的功率波动。以某环形多端直流配电网为例,验证了所提调度策略的可行性、混合储能的优势和下垂特性二次调节对运行的改善。

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    • 端对端交易场景下配电网分布式储能的优化配置

      2021, 45(14):82-89. DOI: 10.7500/AEPS20200930002

      摘要 (93) HTML (122) PDF 1.04 M (304) 评论 (0) 收藏

      摘要:高渗透率可再生能源接入配电网不仅促进了分布式发电技术以端对端(P2P)的形式参与市场竞争,也对电网的安全稳定运行提出了挑战。为了保证配电网中P2P交易的安全稳定进行,提高用户和储能供应商投资储能的收益,在2种交易方案下提出了一种双层优化储能配置方法。上层模型以储能总投资成本最小为目标,采集配电网一年的运行数据进行优化,计算出储能的配置规格传递给下层模型。下层模型考虑集中竞价和用户主导这2种P2P交易模式,引入区域边际价格的概念最大化买卖双方收益,优化调度储能充放电策略以最小化储能投资成本。最后,以IEEE 15节点配电网为算例验证了所提方法的有效性。

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    • 基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法

      2021, 45(14):90-96. DOI: 10.7500/AEPS20200802003

      摘要 (49) HTML (64) PDF 869.70 K (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国电网省地一体化和输配一体化的不断发展,电力系统计算的维度越来越高。状态估计作为电力系统态势感知中的基础环节,需要保证其实时性,而加权最小二乘法是电力系统运用最广泛的状态估计方法。为此,针对加权最小二乘法在牛顿迭代过程中矩阵乘法和线性方程组求解耗时较长的特点,根据Krylov子空间方法中共轭梯度法的思想,设计了一种基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法。该方法采用不完全LU分解法对原始线性方程组进行预处理,并采用图形处理器(GPU)并行加速技术对矩阵乘法、线性方程预处理和共轭梯度法迭代进行加速。算例分析表明了文中方法加速效果明显,内存和显存占用较低,经过不完全LU分解法预处理的线性方程组迭代次数少,能够满足大规模电力系统状态估计的实时性要求。

    • 基于深度强化学习的激励型需求响应决策优化模型

      2021, 45(14):97-103. DOI: 10.7500/AEPS20200208001

      摘要 (55) HTML (112) PDF 959.30 K (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国电力市场化改革的推进,售电侧市场逐步开放,售电商可以聚合大量的分散负荷参与电力市场环境下的需求响应。文中提出以售电商和用户综合收益最大化为目标的基于深度强化学习的激励型需求响应建模和求解方法。首先,建立售电商和用户的需求响应模型,通过引入时间-价格弹性,改进现有的用户响应模型,考虑用户对相邻时段补贴价格差的反应。然后,基于马尔可夫决策过程框架构建补贴价格决策优化模型,并设计基于深度Q学习网络的求解算法。最后,以1个售电商和3个不同类型的用户为例进行仿真计算,通过分析算法收敛性和对比不同模型及参数下的优化结果,验证了改进模型的合理性和生成策略的有效性,并分析了激励型需求响应对售电商以及用户的影响。

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    • >研制与开发
    • 促进新能源消纳的省间、省内两级电力现货市场运行机制

      2021, 45(14):104-113. DOI: 10.7500/AEPS20201111002

      摘要 (74) HTML (150) PDF 1.19 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着中国新能源装机容量的快速增长,消纳任务愈发艰巨。电力市场建设也需要结合电网发展特点,寻找高比例新能源背景下的市场模式。文中在分析西北区域现行两级调峰辅助服务市场运行机制存在问题的基础上,提出了未来区域电网省间、省内两级电力市场协调运行中的关键问题及解决措施,建立了以最大化消纳新能源为目标的市场间优化协调机制,设计的机制可以推动省间、省内多个市场之间的有序衔接,促进电能的优化配置和调峰资源的有效利用。通过某省级电力市场实际运行数据,对所提出的两级市场协调机制进行了模拟计算和对比分析,结果验证了设计机制的有效性。

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    • 兼顾多电网调峰与水电消纳的跨流域梯级水电站调度方法

      2021, 45(14):114-122. DOI: 10.7500/AEPS20200729002

      摘要 (66) HTML (97) PDF 1.10 M (335) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国云南省的电源结构以水电为主,水电消纳问题异常突出,且云南水电外送的受端调峰压力巨大。为充分挖掘云南电网“西电东送”通道潜力,最大限度消纳云南水电,同时响应多电网的调峰需求,文中构建了兼顾多电网调峰与水电消纳的跨流域梯级水电站调度的混合整数线性规划模型。模型采用目标权重法将多电网调峰问题转化成单目标问题,并通过调整各电网余荷距平绝对值的平均值权重,使得目标兼顾了多电网的调峰需求与水电消纳。同时,通过引入特殊顺序集约束,对最小持续时间约束提出了一种简易的线性化方法,此方法可应用于其他同类型的约束中。最后,以澜沧江干流与金沙江干流的18座水电站为例,验证了模型的可行性与有效性,结果表明所提方法可满足多电网调峰与水电消纳的需求。

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    • 基于谐波阻抗匹配的微电网互联线路谐振分析及抑制措施

      2021, 45(14):123-131. DOI: 10.7500/AEPS20200623004

      摘要 (56) HTML (101) PDF 839.39 K (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:相邻微电网之间往往通过长距离的输电线路互联。针对这类输电线路双端存在独立谐波源的系统,其谐波交互特性与谐波放大机理更为复杂,采用传统阻性有源电力滤波器方法抑制谐振并不适用。文中基于传输线理论分析互联线路的谐波传播机理,并提出基于谐波阻抗匹配的谐振抑制方案。为了克服线路参数与谐波源相角信息的不确定性,提出基于线路中点谐波电压检测的有源电力滤波器谐波阻抗协调控制策略,根据谐波电压含量在线调节线路两端谐波阻抗相角,实现谐振抑制目标。与此同时,提出一种有源电力滤波器改进控制策略,保证其谐波阻抗相角可以任意调节。仿真验证了控制策略的有效性。

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    • 风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略

      2021, 45(14):132-139. DOI: 10.7500/AEPS20200702001

      摘要 (77) HTML (89) PDF 1.08 M (407) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国风电多采用“大规模集中开发,远距离传输”的模式,风电汇集地区常无本地负荷,在大规模风电汇集地区常出现三相电压不平衡现象,严重时会造成风机脱网,威胁到电力系统的安全稳定运行。针对这一问题,提出了风电汇集地区电压不平衡机理及抑制策略。首先,基于实测数据提取风电汇集地区电压不平衡现象的关键技术特征;其次,构建风电汇集地区等效电路模型,考虑风电汇集地区静态电压稳定极限及不换位输电线路三相阻抗参数不平衡等因素,提出电压不平衡度的估算方法;最后,以汇集站负序电压最小为目标,提出风电汇集地区三相无功优化模型,通过动态无功补偿装置分相调节实现风电汇集地区负序电压抑制。以实际风电汇集系统为例,通过仿真分析验证了机理分析和抑制策略的有效性。

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    • 基于模量相平面的柔性直流电网T接线路故障识别方法

      2021, 45(14):140-148. DOI: 10.7500/AEPS20201030011

      摘要 (34) HTML (72) PDF 1.17 M (294) 评论 (0) 收藏

      摘要:含T接线路的柔性直流电网由于仅在送端和受端安装直流断路器,发生区内故障时各端的直流断路器均需断开,与双端直流相比,其故障电流特征更加复杂,常规的直流电网保护方法无法直接应用。为满足含T接线路的柔性直流电网对保护的高要求,文中提出了一种基于模量相平面的柔性直流线路故障识别方法。首先,研究网络拓扑结构,基于换流器闭锁前区内外故障等效电路,推导故障电流模量特征。然后,结合故障位置及类型,对保护动作原则和阈值整定进行分析;同时通过构造阈值缩比因子,实现保护的自适应整定。最后,在PSCAD/EMTDC平台中建立含T接线路的柔性直流电网仿真模型,验证了所提方法的快速性和可靠性。该方法算法简单、计算量小,仅利用单端信息快速识别故障且抗系统扰动能力强。

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    • 10 kV架空导线单相触树接地故障检测方法

      2021, 45(14):149-157. DOI: 10.7500/AEPS20210115001

      摘要 (82) HTML (118) PDF 1.40 M (326) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对单相触树接地故障(TSF)检出困难的问题,进行了TSF建模和检测方法研究。通过分析导线触树过程中的树木温度变化,构建了基于树木电阻率、高度、半径、电阻率-温度特性等实际物理参数的TSF过渡电阻工频时变模型。利用所建模型,分析得到不同10 kV系统发生TSF时的零序电压、电流随时间的变化规律。基于TSF零序电流缓慢单调上升的特征,提出了监测零序电流超过阈值的持续时间的TSF检测方法,并利用多周期测量数据提高测量可靠性。以数字仿真和10 kV TSF试验对模型和方法进行了验证。验证结果表明,所建模型能够准确地模拟不同尺寸树木TSF的过渡电阻随时间的缓变曲线,所提方法的TSF检测灵敏度可达几十千欧,能够大大提升TSF的检出率。

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    • 计及衰减直流分量的基频电压半周期检测

      2021, 45(14):158-164. DOI: 10.7500/AEPS20200925009

      摘要 (43) HTML (67) PDF 1.73 M (268) 评论 (0) 收藏

      摘要:衰减直流(DDC)分量、高次谐波等干扰信号的存在,使得对电网畸变信号中基频分量的幅值、相位检测存在一定误差,其中DDC分量的时间常数通常超过45 ms,持续时间较长。为此,文中首先针对畸变信号中DDC分量提出一种半周期四点采样检测算法,缩短了DDC分量的检测响应时间。其次,针对同时含有DDC分量与高次谐波的畸变信号,提出将畸变信号进行半周期积分后,在dq坐标系下将上述DDC分量检测算法与高次谐波检测算法进行组合,在工频半周期中可同时滤除干扰信号的影响,准确检测到畸变信号中的基频分量。最后,搭建了MATLAB/Simulink半实物实时仿真模型,从检测精度、响应时间等方面验证了所提算法的有效性。

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    • 基于极简三电容补偿的单级式无线电池充电器

      2021, 45(14):165-172. DOI: 10.7500/AEPS20201015003

      摘要 (27) HTML (39) PDF 1.00 M (267) 评论 (0) 收藏

      摘要:为适应锂电池的先恒流后恒压充电曲线,感应式无线电池充电器应提供其所需的输出,同时在整个充电过程中还应具备阻性输入阻抗,以降低器件应力、减少无功环流。针对4种基本补偿拓扑无法同时实现以上要求,而高阶补偿网络必须依赖更多器件实现上述需求的问题,系统地推导了具备阻性输入阻抗和恒定输出特性的基于极简三电容补偿的单级式无线电池充电器的设计自由度,分析其补偿参数与工作频率的约束条件。同时,对三电容补偿的串/串并(S/SP)和串/并串(S/PS)结构的输出特性进行分析和对比,分析补偿元件参数对输入阻抗角和输出增益的影响,以指导软开关设计。最后,搭建一台输出为48 V/2 A的单级式无线电池充电器以证明以上设计的可行性。

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    • >综述
    • 电力系统移频电磁暂态仿真原理及应用综述

      2021, 45(14):173-183. DOI: 10.7500/AEPS20200727009

      摘要 (62) HTML (176) PDF 1.24 M (318) 评论 (0) 收藏

      摘要:高效、精确的电磁暂态仿真是支撑电力系统运行和控制的关键技术。为了解决传统电磁暂态仿真中速度和精度之间的矛盾,提出了移频电磁暂态仿真方法。文中对移频电磁暂态仿真理论的关键技术进行梳理并对其中存在的部分问题进行分析。首先,介绍移频电磁暂态仿真的原理。然后,依次对移频电磁暂态仿真中的3个关键点进行分析,包括复数信号的构造方法、移频变换的具体形式、移频仿真的模型及其特点。接着,对移频电磁暂态仿真技术应用的研究现状进行了介绍。最后,讨论了现有移频电磁暂态仿真中存在的部分关键问题。

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