半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2024年第0卷第14期文章目次
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    • >综述·观点
    • 山东电力现货市场“五一”假期长时间负电价现象分析及启示

      2024, 48(14):1-7. DOI: 10.7500/AEPS20230906002

      摘要 (11) HTML (2) PDF 639.84 K (37) 评论 (0) 收藏

      摘要:负电价是高比例新能源电力系统中出现的新现象。针对“五一”期间山东电力现货市场出现的长时间负电价现象,结合山东电力系统运行特点、市场出清与定价模型,围绕供需关系、参与主体、报价情况等各方面因素,系统分析了负电价产生机理以及负电价对煤电机组、新能源、电力用户收益和购电成本的影响。分析结果表明,山东出现的长时间负电价现象反映了整体上供大于求的关系,是新能源消纳需求对市场价格影响的体现。同时,配合中长期差价合约机制,负电价对发用电两侧市场主体的经济收益影响有限。在此基础上,提出了完善电力市场机制设计的相关建议。

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    • 德国与英国电力市场平衡机制对比分析及启示

      2024, 48(14):8-15. DOI: 10.7500/AEPS20231006001

      摘要 (16) HTML (4) PDF 580.18 K (39) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着新能源大规模并网,电力系统电力电量平衡面临新的挑战,迫切需要优化市场结构,建立新型电力系统平衡机制。鉴于德国和英国电力市场的成功经验,文中从平衡单元构成、平衡责任方权限、现货市场时序和范围、平衡市场、不平衡结算以及市场透明度6个方面对德国和英国电力市场平衡机制进行了介绍和对比分析。最后,针对中国电力电量平衡现状,从市场化平衡模式、新平衡主体培育、平衡主体的责权利、精细化的现货市场和不平衡结算等方面提出了中国构建新的电力电量平衡机制的相关建议。

    • >学术研究
    • 考虑灵活爬坡产品的虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化运营策略

      2024, 48(14):16-27. DOI: 10.7500/AEPS20230909001

      摘要 (13) HTML (5) PDF 995.35 K (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着“碳达峰·碳中和”目标的提出,可再生能源大规模并网对电力系统灵活运行提出了更高要求。虚拟电厂(VPP)通过聚合分布式资源,将灵活爬坡产品(FRP)纳入运营策略,参与多类型电力市场以提升运营收益。基于此,提出了考虑FRP的VPP两阶段分布鲁棒优化(DRO)运营策略。首先,考虑高比例可再生能源渗透率下的FRP市场,结合多类型分布式资源运行特性,提出VPP参与多类型电力市场的优化运营框架;其次,结合基于Wasserstein距离的可再生能源出力不确定集和基于场景分析法的电力市场价格典型场景集,构建考虑FRP的VPP日前投标和日内调度两阶段DRO模型;最后,以某VPP为例对所提模型进行有效性验证。算例结果表明,所提VPP运营策略具有较好的调度经济性与风险鲁棒性,在参与多类型电力市场交易中能够实现运营收益最大化。

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    • 计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略

      2024, 48(14):28-41. DOI: 10.7500/AEPS20230928002

      摘要 (8) HTML (0) PDF 888.30 K (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究储能参与电力市场的运行策略、引导储能积极参与电能量交易,能够有效缓解新型电力系统的电量平衡和调频需求矛盾。为此,提出了考虑循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略。首先,针对储能循环寿命计算过程中出现的“零交互状态”问题,设计了改进的等效循环寿命模型(MECL),能够更准确地描述储能的运行损耗。其次,根据改进的MECL和电能量-调频市场联合出清规则,构建双层Stackelberg博弈模型来描述储能自调度运行策略。再次,根据所提模型的特点,结合强对偶定理(SDT)、KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和Benders分解将所提模型分解为主、子问题进行迭代求解。最后,通过多种情景对比分析,验证了考虑改进MECL的自调度运行策略能够提升储能联盟参与电能量-调频市场的运行收益。

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    • 考虑发用电相似性的海上风电中长期双边协商交易优化决策模型

      2024, 48(14):42-51. DOI: 10.7500/AEPS20231221004

      摘要 (6) HTML (4) PDF 1.07 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风电是未来最有潜力的可再生能源之一,但其出力具有随机性和波动性。为了更好地促进海上风电的市场化消纳,文中基于海上风电商与负荷聚合商间的中长期双边协商交易构建了优化决策模型。首先,通过时间序列相似性评估方法,为目标海上风电寻找最优的用电负荷组合。其次,考虑需求响应备用容量配置和发用电曲线预测误差,构建了基于两阶段分布鲁棒优化的中长期交易优化决策模型,为海上风电配置适应其未来一段时间内出力特性的需求响应资源,并合理调整中长期交易曲线。最后,通过仿真算例验证了所提模型的有效性和实用性。

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    • 考虑分布式资源交易的气电综合能源配网系统出清模型

      2024, 48(14):52-60. DOI: 10.7500/AEPS20230518005

      摘要 (5) HTML (3) PDF 1.30 M (10) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着分布式能源设备大量接入配电网并逐步参与分布式交易,配电网运行向着分布式、互动化的方向发展而呈现出更灵活多变的趋势。近年来,综合能源系统快速发展,配网层面电力系统和天然气系统耦合程度日益加深,独立运行模式已无法满足边界匹配要求。文中设计了考虑分布式资源参与的配电网集中交易市场模式,对分布式光伏、分布式储能、电动汽车等建立了交易模型。进而,构建了考虑分布式资源交易的气电综合能源配网系统联合出清模型,采用二阶锥松弛法及泰勒级数展开对配电网潮流约束和配气网潮流约束进行线性化处理,通过配电网节点电价和配气网分时气价反映气电联合系统价格信号。最后,基于改进的气电联合系统对文中所提市场机制模型的有效性进行了验证。

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    • 消纳新能源引发的系统平衡成本解析及计算方法

      2024, 48(14):61-68. DOI: 10.7500/AEPS20240105002

      摘要 (9) HTML (3) PDF 688.29 K (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源接入电力系统后,需要常规电源帮助平衡其随机性、波动性,故而产生了平衡成本。进行平衡成本的解析与计算,对促进新能源与常规电源利益的合理分配具有重要意义。将系统平衡成本分解为新能源消纳引发的新增备用成本、二次调频(SFR)成本及新增电能量成本。基于“等电量-顺负荷”方法,构建新能源相对负荷无波动性且无须为其预留备用、SFR容量的虚拟场景,给出了基于场景模拟比较法的系统平衡成本计算方法。对修正的IEEE 39节点系统的平衡成本测算分析结果验证了所提方法的合理性。

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    • 基于双边输电费和责权一致原则的输电管理方案

      2024, 48(14):69-78. DOI: 10.7500/AEPS20231103001

      摘要 (6) HTML (4) PDF 654.76 K (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:包括输电定价、阻塞管理、输电权交易等在内的输电管理方案是促进电力市场公平竞争和保障输电成本足额回收的重要手段。新型电力系统下,输电管理问题面临多个方面的挑战,包括是否和如何将一部分输电成本分摊给发电侧市场主体以引导可再生能源发电的投资选址,如何建立责权一致的输电管理方案,使得输电用户获得的相关权利与缴纳的输电费一致,以更好地引导发电和输电系统的协同规划。文中结合英国、欧洲、美国和中国输电管理方面的主要特点,并考虑多年、年、月、日等不同时间维度的输电服务交易,设计了一种基于双边输电费,按责权一致原则进行输电权分配的输电管理一揽子方案,包括规划阶段和运行阶段的输电定价、输电权分配、与电能量市场协调等方面内容。采用4节点系统和IEEE 30节点系统算例,验证了所提基于双边输电费和责权一致原则的输电管理方案能有效引导不同用户在电网中的选址投资,并实现全系统的最优规划。

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    • 面向季节性短时高峰负荷的虚拟配电馈线功能架构及协同配置

      2024, 48(14):79-90. DOI: 10.7500/AEPS20230703005

      摘要 (5) HTML (2) PDF 1.66 M (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统线路增容方式面对季节性短时高峰负荷时存在线路整体利用率低、紧急功率支撑能力差等问题。因此,文中以功能虚拟化为核心,研究了传统配电馈线与储能元件融合的虚拟配电馈线功能架构,利用双端储能元件搭建虚拟电能传输通道,以应对季节性短时高峰负荷、延缓传统线路增容改造工程,并在非高峰时期提供紧急功率支撑和辅助服务功能,提高储能元件整体利用率。为充分挖掘虚拟配电馈线的灵活传输和紧急功率支撑潜力,提出了配电网线路增容优化配置模型,在保证经济性和满足高峰负荷需求的前提下,优化虚拟配电馈线储能配置。算例研究表明:虚拟配电馈线能够有效延缓传统线路增容改造工程、应对季节性短时高峰负荷;对于线路负荷增长较稳定、线路长度较长和设计延缓增容年限较短的配电区域,虚拟配电馈线的优势更加凸显。

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    • 考虑通信工况的主动配电网多层级协作电压控制方法

      2024, 48(14):91-99. DOI: 10.7500/AEPS20231007001

      摘要 (4) HTML (4) PDF 1.25 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着主动配电网的发展,通信工况对电压控制的影响更加显著。主站与光伏逆变器的通信中断会影响逆变器的无功出力调整,进而导致配电网电压越限。文中提出一种考虑通信工况的主动配电网多层级协作电压控制方法,其对配电网信息侧进行建模以描述控制过程的各轮信息交互,再通过协作集中层级与就地层级,实现了在不同通信工况下对各逆变器无功出力的合理调整。集中层级建立了考虑通信工况的逆变器下垂出力约束、配电网潮流约束以及考虑网络损耗和电压偏差的多目标函数,并对其构建的线性优化问题进行求解。就地层级根据逆变器通信状态来选用经集中层级决策的或提前预设的下垂参数。通过基于IEEE 118节点系统的仿真分析,验证了所提方法能在逆变器通信中断时段内保证配电网电压不越限,并能实现网络损耗与电压分布的全局优化。

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    • 提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略

      2024, 48(14):100-109. DOI: 10.7500/AEPS20230821005

      摘要 (14) HTML (8) PDF 765.98 K (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:光储充电站的运行效率直接影响到其经济效益及电网侧的电能质量。针对在进行容量配置时对运行效率考虑不足会导致非必要的电能损耗,文中提出一种提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略。通过分析光储充电站变换器与内源线路功率损耗对于运行效率的影响,提出充电站的运行效率评估指标与计算方法,并讨论光储充电站运行效率对其容量配置的影响。建立以充电站经济效益、运行效率、电网侧峰谷供电功率补偿能力最佳为优化目标的多目标容量优化配置策略。针对优化目标特性,提出一种改进二代非支配排序遗传算法得到优化策略求解方法。选取中国西南地区某典型光储充电站运营场景,通过算例验证了优化策略的有效性与优越性。

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    • >研制与开发
    • 知识-数据融合的直流送端系统暂态过电压幅值预测

      2024, 48(14):110-118. DOI: 10.7500/AEPS20230803001

      摘要 (4) HTML (18) PDF 1.34 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于含大规模风电的高压直流外送系统,换相失败、直流闭锁等故障可能导致送端交流母线出现暂态过电压,进而引发新能源连锁脱网,严重威胁电网的安全稳定运行。为刻画直流故障对系统安全稳定运行能力的影响,提出一种知识-数据融合的直流送端系统暂态过电压幅值预测方法。首先,通过修正决策树分裂过程中的分支质量衡量指标提出改进决策树算法,挖掘暂态过电压与关键电气量的映射关系,提升过电压幅值预测模型的评估性能。其次,基于系统机理模型分析送端系统功率交换情况与交流母线电压的关联关系,推导模型驱动的换流站母线暂态过电压幅值解析表达式。最后,结合理论分析方法,建立知识-数据融合模型以快速修正过电压幅值理论计算结果,提升融合模型在训练样本不足或输入特征选择不当情况下的鲁棒性。面向存在暂态过电压问题的直流送端系统,仿真结果验证了所提暂态过电压幅值预测方法的有效性。

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    • 考虑过充/过放的电化学储能电站建模及故障特性分析

      2024, 48(14):119-128. DOI: 10.7500/AEPS20231121003

      摘要 (5) HTML (3) PDF 1.39 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电化学储能的广泛应用,其已成为解决可再生能源并网问题的热门方案之一。然而,储能电站的充放电模式转换及不同的运行控制策略等,将导致电网故障特征更为复杂。为全面、深入地分析储能电站的并网故障特征,文中基于实际的储能电站拓扑结构和运行控制策略,建立了电化学储能电站仿真模型,模拟在常规充/放电、故障穿越、过充/过放等不同工况下储能电站的动态响应过程。在此基础上,明确了储能电站在常规充/放电和过充/过放场景下的故障特性差异,分析了产生差异的决定因素。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台完成了所建模型的功能性验证,研究结果为了解储能电站的工作原理、研究储能电站的并网控制策略及保护方案提供了借鉴。

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    • 弱电网下构网型双馈风电机组直流动态分析及优化控制策略

      2024, 48(14):129-138. DOI: 10.7500/AEPS20230713003

      摘要 (12) HTML (1) PDF 4.97 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:当双馈风电机组接入弱交流电网时,转子侧和网侧变流器均采用无锁相环的构网型控制策略可以提高发电系统的并网稳定性。然而,对直流端口而言,网侧变流器在构网型控制下的直流电压抗扰能力有所降低,机组出力波动时直流电压的动态特征不容忽视。为此,文中首先建立了考虑交直流侧动态耦合特征的构网型双馈风电机组的小信号模型。基于系统模型研究了不同电网强度和风机转速下直流电压控制的稳定性,根据耦合传递函数矩阵分析了不同条件下定子功率变化对直流电压的耦合影响。利用小信号模型分析了定子功率对直流电压的交、直流耦合路径,并分别设计了解耦优化策略。理论分析表明,所提策略可以降低有功功率加载对直流电压的耦合作用,优化直流侧动态特性。最后,利用硬件在环实验平台验证了理论分析的正确性及所提控制策略的有效性。

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    • 具有时变增益的分布式有限时间二次调频策略

      2024, 48(14):139-146. DOI: 10.7500/AEPS20230914004

      摘要 (4) HTML (3) PDF 1.38 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:微电网中分布式电源的增加以及敏感负荷的投入,导致仅靠具有渐进收敛特性的传统分布式二次调频策略难以保证系统的动态性能,而常用的有限时间调频策略的收敛上界在不同程度上受到系统初始状态、系统参数等因素的制约。针对这一问题,基于分布式控制原理提出并设计了一种具有时变增益的分布式有限时间调频策略。首先,介绍了传统分布式二次调频策略的工作机理,并利用李雅普诺夫稳定性理论分析了常用有限时间调频策略的局限性。然后,在传统分布式调频策略的基础上,根据其渐进收敛特性将其常数增益改进为具有周期加速收敛特性的时变函数,提出并设计了一种以时变函数为增益的分布式有限时间调频策略,解决了收敛时间受系统初始状态、系统参数制约的问题。最后,通过理论及仿真验证了所提方法在加速频率收敛、提高系统灵活性方面的有效性及优越性。

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    • 基于双重滑模观测器的MMC开关管开路故障诊断与定位策略

      2024, 48(14):147-156. DOI: 10.7500/AEPS20230429002

      摘要 (5) HTML (2) PDF 1.61 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为柔性直流输电系统的核心设备,模块化多电平换流器(MMC)由于子模块数量多,发生故障的概率也较高。文中分析了基于子模块电容电压滑模观测器的MMC开关管开路故障检测及定位时间问题,通过对所有子模块电容电压进行分组形成新的观测子单元,提出了一种基于子单元电压滑模观测器与桥臂电流滑模观测器的故障交叉诊断与定位方法,实现了单子模块故障时的精确定位。在此基础上,通过对观测子单元进行重构进一步实现了多管开路故障诊断以及故障开关管的精确定位。最后,通过在MATLAB/Simulink中搭建相关仿真模型,验证了所提方法的可行性。

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    • >工程应用
    • 考虑负荷停电差异化的配电自动化终端混合优化配置方法

      2024, 48(14):157-166. DOI: 10.7500/AEPS20230720008

      摘要 (8) HTML (4) PDF 699.18 K (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:成本低且安装灵活的故障指示器(FI)常与具备远程遥控能力的馈线远程终端单元(FRTU)协同完成配电网的故障定位和隔离,以缩减负荷停电时间。在配电网各开关位置或分支线路上,有选择性地部署配电自动化终端的FRTU和FI,可减少故障停电损失费用。为此,提出了考虑各供电负荷停电差异化的FRTU和FI的混合优化配置新方法。首先,根据待分析负荷、故障点、上级110 kV/35 kV变电站以及联络开关的相对位置,考虑FRTU和FI协同作用下的故障定位、故障隔离和供电恢复全过程,建立基于FRTU和FI混合配置方案的各供电负荷差异化停电时间关系式。然后,构建了以FRTU和FI的全生命周期成本费用和故障停电损失费用之和最小为目标的混合优化配置数学模型,并完成优化求解。最后,在CSG 53节点测试系统上验证了所提方法的有效性。

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    • 基于混频电源运行的模块化多电平矩阵式换流器阀段试验系统

      2024, 48(14):167-175. DOI: 10.7500/AEPS20230719001

      摘要 (7) HTML (3) PDF 977.91 K (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平矩阵式换流器(M3C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M3C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M3C桥臂稳态电压和电流分析基础上,设计了一种应用于数个串联桥臂子模块(阀段)的对拖运行试验系统,可对其进行等效功率运行测试,以辅助M3C设备的生产和出厂测试。提出了对拖试验系统的控制策略,搭建了由两组4个串联子模块构成的阀段对拖试验系统,进行了相关试验验证。试验结果表明,所提出的试验系统能够满足M3C桥臂串联子模块的等效功率运行试验,并且对电源功率消耗要求不高。

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