新型电力系统与综合能源 |《上海交通大学学报》2024年第6期目次

摘  要:

大规模发展风电是新能源开发和利用的重大需求,是实现我国“碳达峰、碳中和”战略目标的关键支撑.由外部电网故障造成的风电场电压安全稳定运行问题成为制约风电大规模、集群化、智能化发展的关键瓶颈之一.主要针对电网电压骤升工况,首先从电磁关系和能量流动角度分析常见的双馈风电机组、永磁直驱风电机组以及风电场的高电压穿越(HVRT)暂态特性;然后,基于风电机组不同控制区域归纳总结风电机组HVRT控制策略和风电场HVRT及故障后电压恢复协调优化控制方法,梳理和比较现有各种控制策略的工作原理和优缺点,并从控制结构的角度归纳分析现有大规模风电场的HVRT控制方法的原理、优缺点和效果,总结风电机组和风电场在HVRT控制上的不同点;最后,探讨和预测未来风电场电压智能安全控制的发展趋势和潜在研究热点,为提升我国风电大规模应用和电网安全运行提供借鉴指导作用.

关键词: 

风电, 风力发电机, 风电场, 高电压穿越, 电压控制

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-783.shtml

摘  要:

快速、准确分析大型风电场短路特性具有重要的工程应用价值,而尾流效应影响下风电场各机组短路特性差异大,需建立风电场短路故障时等值模型.提出一种考虑尾流效应影响的风电场短路故障动态等值方法,首先定义尾流效应因子反映机组受尾流效应影响程度,并采用尾流效应因子作为分组依据,缩小尾流效应影响下组内各机组运行状态差异性.为提高非对称短路故障下的等值模型有效性,分析风电场短路时正、负、零三序网络的构成,提出适用于零序集电网络的等值方法,搭建平台并加以验证.仿真结果表明,该风电场短路故障动态等值模型能准确反映尾流效应影响下风电场有功、无功短路输出特性.

关键词: 

尾流效应, 风电场, 短路故障, 聚类算法, 动态等值模型

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-798.shtml

摘  要:

针对光伏输出功率存在间歇性和波动性的问题,提出一种光伏功率短期区间预测模型.首先,该模型采用自适应噪声完备集合经验模态分解将历史光伏出力数据分解为不同的分量并按照其与赤纬角、时角等时序特征量的相关性定义为时序分量和随机分量.其次,分别使用经过引力搜索算法优化的长短期记忆神经网络和支持向量回归模型对时序分量和随机分量进行预测.再次,叠加时序分量和随机分量的预测结果得到点预测结果.然后,对误差进行Johnson变换及正态分布建模后得到光伏功率区间预测结果.最后,利用算例验证该模型的有效性.结果表明:在不同天气情况下,上述模型比现有预测模型精度更高,具有较好的鲁棒性,能够基于预测值提供较为精准的置信区间.

关键词: 

光伏功率预测, 区间预测, 自适应噪声完备集合经验模态分解, 引力搜索算法, 长短期记忆, 支持向量回归, Johnson变换

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-806.shtml

摘  要:

短期负荷预测主要用于电力系统实时调度、日前发电计划的制定,对电力系统经济调度、系统的安全运行具有重要意义.国内外在采用智能模型进行短期负荷预测方面开展了大量研究,然而智能预测方法的预测效果较易受到现存方法结构及参数的影响,以及预测对象自身个性差异使得参数难以复用,如何精准快速地获取方法结构与参数成为短期负荷预测的关键难题.对此,提出基于树结构Parzen估计器优化集成学习的短期负荷预测方法,可对方法结构与参数进行快速寻优.将该方法应用于中国南方某省短期负荷预测,以实际算例验证了其对预测精度的有效提升.

关键词: 

短期负荷预测, 树结构Parzen估计器, 集成学习, 超参优化

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-819.shtml

摘  要:

低碳化是新型电力系统未来发展趋势,在规划层面模拟水平年碳交易量对实现未来电网低碳经济运行具有重要作用.基于此,提出考虑碳交易量自适应决策的输电网鲁棒规划方法.首先,构建基于基准线法的碳配额交易成本计量方法,并考虑碳交易量约束,建立考虑风电和负荷不确定性的两阶段鲁棒规划模型.其次,利用松-紧解耦法将子问题按时间解耦为安全可行性检测子问题和低碳可行性检测子问题,并采用列和约束生成算法求解两阶段鲁棒规划模型,根据安全约束与碳配额交易量约束在各不确定场景下反馈的割信息,分析模型可行解空间与碳配额交易量阈值参数设置的映射关系,自适应决策碳交易量上下限.最后,以改进的IEEE-RTS 24节点系统进行算例仿真,分析低碳规划模型、碳配额交易量、碳价对规划结果的影响.结果表明所提模型实现了规划方案在经济性和低碳性方面的协同优化.

关键词: 

鲁棒优化, 输电网, 碳交易, 碳配额, 时间解耦

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-826.shtml

摘  要:

针对线路阻抗不匹配及母线电压不一致时,下垂控制无法同时实现母线电压稳定及储能间功率精确分配的问题,提出一种基于扩散算法的无下垂分布式储能控制策略.首先,将扩散算法应用于直流微电网的分布式估计中获取全局平均量,同时将电压额定值与平均电压的差值作为补偿项,用于恢复母线电压偏差.为了实现不同额定容量及不同荷电状态(SOC)的储能间功率精确分配,设计储能的标准功率并将其与平均标准功率的差值作为补偿项,用于储能间SOC的均衡.最后,利用RT-LAB平台搭建模型,分别验证4种不同工作模式下所设计控制策略的有效性.实验结果表明,所提控制策略可实现孤岛直流微电网母线电压恢复及储能功率的精确分配.

关键词: 

直流微电网, 扩散算法, 无下垂控制, 分布式控制, 功率精确分配

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-836.shtml

摘  要:

非侵入式负荷分解可以深度挖掘用户电力消耗数据蕴含的信息价值,为电力设备故障监测、需求响应等决策分析提供重要参考.为有效解决非侵入式负荷分解算法训练时间成本与分解精度间的冲突,提出一种融合外部注意力机制的序列到点非侵入式负荷分解算法.首先,将总负荷功率消耗序列进行数据清理、标准化等预处理,以固定窗口长度构建训练输入数据,输入数据通过编码层自动提取设备特征;然后,设计外部注意力机制增强重要特征权值;最终,输入到解码层得到负荷分解结果.利用REDD与UK-DALE两种公开数据集进行模型仿真计算,在信号聚合误差、平均绝对误差、标准化分解误差指标、模型分解曲线、特征图和用户耗能等方面进行对比分析,本文模型克服了卷积层注意力分散的缺点,增强了对有效信息的提取与利用能力,在未增加训练时间成本的前提下具有更高的分解精度.

关键词: 

非侵入式负荷分解, 外部注意力机制, 神经网络, 序列到点

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-846.shtml

摘  要:

为解决配电网量测数据多重共线性导致电压-功率灵敏度估计精度低的问题,提出融合拓扑信息的数据驱动方法.首先,将电压-功率灵敏度矩阵分解为主成分矩阵和次成分矩阵两部分,其中主成分与配电网拓扑密切相关,次成分为主成分与实际值的误差.然后,分两阶段依次估计主成分和次成分,分别建立基于二次规划的数据驱动模型.第一阶段模型的关键是基于配电网拓扑信息的约束,第二阶段模型的关键是次成分与主成分比值为微小量的约束.最后,采用实际配电网量测数据和IEEE 33节点系统验证所提方法的精度和效率,并与常规最小二乘回归、岭回归、LASSO回归方法对比,仿真结果表明所提方法的精度具有数量级的显著提升.

关键词: 

电压-功率灵敏度, 配电网拓扑, 多重共线性, 数据驱动, 主成分

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-855.shtml

摘  要:

低碳发展目标下,配置储能是保证低碳园区安全、经济运行,降低碳排放量的关键手段.为解决当前低碳园区中碳排放计算不准确、等效储能资源利用不充分的问题,提出了基于碳排放流理论的电网动态排放因子计算方法,实现了园区用电间接碳排放的精确计量;然后,充分考虑园区中的可用等效储能资源,提出了一种考虑热力系统等效储能特性的储能容量优化配置模型,并采用大M法对模型中的非线性约束进行了等价转换.最后,基于算例系统进行了仿真分析,仿真结果验证了所提模型的正确性和有效性.

关键词: 

低碳, 储能系统, 优化配置, 碳排放流, 间接碳排放

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-863.shtml

摘  要:

根据清洁能源示范基地的建设需求,提出基于合作博弈论的风电-光伏-抽蓄-电制氢多主体能源系统联合优化运行的增益分配策略.为兼顾系统运行安全性,构建上网出力互补性评价指标.风电、光伏、抽蓄、电制氢利益主体通过内部电量交易进行合作,以系统运行收益最大为优化目标构建联合优化调度模型.根据调度结果,应用合作博弈论中的最大最小成本法分配系统合作增量收益.利用风电-光伏-抽蓄-电制氢清洁能源示范基地12利益主体系统算例进行仿真验证,结果表明联合优化运行可实现各利益主体自身收益正增长,抽蓄库容、上网电价以及运行安全性需求会影响系统的合作增量收益.

关键词: 

风电-光伏-抽蓄-电制氢多主体能源系统, 短期调度, 增益分配策略, 合作博弈论, 最大最小成本法

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-872.shtml

摘  要:

风光发电出力的不确定性和电力存储困难制约着新能源的发展.氢能作为一种优质二次能源,具有绿色无污染和能量密度大的优点.为应对新能源出力的波动性与随机性,提出一种考虑氢储的风光氢综合能源系统多时间尺度随机生产模拟方法.首先,考虑在氢储系统模型中加入热能回收环节,构建包含电热氢多元储能的风光氢综合能源系统模型;其次,对风光氢综合能源系统进行多时间尺度随机生产模拟,通过中长期生产模拟得到系统检修安排与氢储季节分配方案,并将中长期模拟结果作为边界进行短期生产模拟,实现电氢热多元储能相互配合平抑风光随机波动性.最后,利用IEEE-RTS79节点算例验证所提方法能够提高系统运行的可靠性、灵活性、低碳性.

关键词: 

新能源, 氢储, 电热氢多元储能, 风光氢综合能源系统, 多时间尺度随机生产模拟

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-881.shtml

摘  要:

随着双碳战略的实施,新能源在电力系统中所占比例不断提高,系统频率调节能力逐渐下降.针对该问题,对分布式综合能源微网群参与电力系统调频辅助服务展开深入研究.首先,基于微网个体聚合后参与调频市场的理念,阐述综合能源微网参与调频辅助服务市场的模式;其次,建立综合能源微网群的信息-物理-社会模型,基于该模型计算微网群体的调频成本,成本模型中考虑多种调频方式,并利用灰色定权聚类方法对微网的社会属性进行分类,用以仿真分析微网个体参与调频市场的意愿及概率值;然后,基于蒙特卡罗模拟提出微网聚合商参与调频辅助服务时的成本计算方法,为聚合商参与调频市场报价提供基础.最后,对一个拥有5个综合能源微网的聚合商进行仿真分析,得到其调频成本的变化曲线.仿真结果显示微网个体的社会属性对聚合商的调频成本影响可达到6.921%,在报价过程中需要充分计及微网社会属性所带来的不确定性风险.

关键词: 

综合能源微网群, 调频辅助服务, 调频成本, 信息-物理-社会模型, 社会属性建模

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-893.shtml

摘  要:

电热综合能源系统(IES)的能量管理关系到园区的经济效益与多能互补能力,但面临新能源出力随机性和用户负荷不确定性的挑战.首先,构建电热IES能量管理问题的数学模型,将各供能子系统赋能为智能体,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法建立综合考虑子系统实时用能负荷、分时电价及各设备出力的系统能量管理模型.然后,采用联邦学习技术,在训练过程中交互3个子系统的能量管理模型梯度参数对模型的训练效果进行协同优化,打破数据壁垒的同时保护各子系统数据隐私.最后,通过算例分析验证了所构建基于联邦学习框架的DDPG能量管理模型能有效提升园区IES经济效益.

关键词: 

综合能源系统, 联邦学习, 能量管理, 深度确定性策略梯度

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-904.shtml

摘  要:

为解决大量接入的清洁能源出力波动和充电场内汽车数量的随机变化给电网能量管理带来的困难,提出一种园区电网双层优化控制策略.上层基于模型预测控制技术建立风光储集成动态优化模型,综合应用园区电池储能系统和电动汽车(EV)电池储能系统参与电网能量平衡.下层则考虑同时满足EV车主对EV的充电需求和上层能量调度的车网互动管理需求,制定园区电网内停车场的EV有序充放电策略.仿真算例验证表明:所提策略能将分散园区各处的EV储能集成为统一虚拟储能,扩展园区电网储能系统,增加可再生分布式电源的消纳与园区电网的经济效益.

关键词: 

园区电网, 电动汽车入网, 电动汽车虚拟储能, 模型预测控制, 混合储能系统

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-916.shtml

摘  要:

近年来,商业综合体的发展趋势迅猛,楼宇建筑的能源消耗以及碳排放持续增长.在此背景下,对包含购物、餐饮、办公和住宿等多种功能的商业综合体楼宇低碳规划进行研究,建立楼宇低碳规划模型,同时考虑引入上级电网购电分时碳计量模型的阶梯碳奖惩和考虑楼宇各功能区域差异化预测平均指标(PMV)的综合需求响应(IDR).首先,引入上级网络购电分时碳计量模型,利用其评估楼宇等效碳排放,并构建阶梯碳奖惩模型衡量楼宇碳排放.同时,根据所规划商业综合体的特点构建考虑负荷时间转移和用能削减、终端用能设备替代及上级能源端用能种类转换的IDR.其次,以计及楼宇碳奖惩费用的楼宇年总规划成本最优为目标函数,考虑楼宇各功能区域差异化PMV,建立楼宇低碳规划模型来决策楼宇中各能源设备的型号及台数.然后,利用基于Kullback-Leibler散度的分布鲁棒优化方法应对接入的屋顶分布式光伏及光伏幕墙出力波动性.最后,通过算例分析引入上级电网购电分时碳计量模型的阶梯碳奖惩、考虑楼宇各功能区域差异化PMV的IDR及接入光伏出力波动性对楼宇规划的影响,验证所提规划模型可以有效减少楼宇能耗以及降低碳排放.

关键词: 

商业综合体, 楼宇规划, 阶梯碳奖惩, 综合需求响应, 低碳

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-926.shtml

摘  要:

高比例新能源接入工业园区已成为高耗能工业负荷低碳转型的主要途径,而联络线功率剧烈频繁波动是园区低碳转型的关键问题.因此,提出一种考虑生产安全的工业园区联络线功率平滑策略.首先,分析电解铝和矿热炉的可控设备控制模型,构建基于联络线功率波动反馈的工业负荷功率闭环反馈控制模型.考虑工业生产核心影响因素,构建温度状态指标模型,形成考虑工业生产核心因素的典型工业负荷需求侧响应惩罚成本模型,并以工业生产的惩罚成本最小为优化目标,将控制目标分配至各工业负荷.最后,构建基于云南电网文山区域网架的MATLAB在线计算和RTDS仿真实时交互算例,结果表明,该算法自适应更新生产设备温度,有效降低功率调节对生产的影响,且联络线购电成本可降低36.4%.

关键词: 

新能源功率波动平抑, 高耗能工业负荷, 生产安全边界, 温度状态指标模型

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-941.shtml

摘  要:

针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控制效果的影响,总结了简单、实用的参数整定流程,并在微电网负荷频率控制系统中应用.在不同工况下与多种控制器进行仿真对比,结果表明:所提控制策略能够在保证鲁棒性的前提下取得最佳控制效果,展现出很高的工程应用价值.

关键词: 

微电网, 负荷频率控制, 预期动态方程, 比例-积分-微分, 参数整定

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-6-954.shtml