新型电力系统与综合能源 |《上海交通大学学报》2024年第5期目次

摘  要:

在“双碳”目标推动下,可再生能源渗透率不断提高,但其固有的波动性、间歇性和不确定性给电力系统安全稳定运行带来了极大挑战.共享储能作为共享经济在储能领域的典型应用,通过储能资源的“所有权”和“使用权”分离,实现储能资源的最大化使用,为可再生能源大规模并网引发的供需失衡问题提供了新的解决方案,展现出广阔的发展前景.从价值定位、成本模型、及盈利模式3个维度总结了共享储能的商业模式,并对其交易品种、运行架构、工程应用进行详细分析和总结,最终对共享储能的未来趋势进行讨论与前瞻.

关键词: 

可再生能源, 共享经济, 共享储能, 电力系统

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-585.shtml

摘  要:

制定合理的沿海城市碳减排规划是实现全球碳目标的关键环节.碳减排将改变城市气候并影响能源需求,这两者都会影响碳减排路径的优化结果.现有扩容规划模型考虑了直接减排贡献并能解决大部分能源系统长期碳减排路径规划问题,但新型电力系统的建设也会通过改变热岛强度等微气候因素间接影响碳排放.考虑碳排放和热排放变化对空调等负荷需求的潜在影响机理,结合扩容规划与碳排放峰值预测,给出沿海城市碳减排路径动态优化方法.以上海浦东地区作为算例,证实所提方法能有效降低碳减排估计成本,并根据仿真结果对沿海城市碳减排提出建议.

关键词: 

动态优化, 碳减排, 扩容规划, 微气象, 负荷预测

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-600.shtml

摘  要:

在“双碳”目标背景下,能源系统的低碳转型是其未来的发展方向.近年来,高热值、低污染的氢能受到广泛重视.基于碳排放流理论提出一种计及动态碳排放因子的多含氢综合能源系统(H₂-IES)双层优化运行模型.在上层模型中,上级能源网基于效益最优原则建立经济调度模型,确定各园区的能源价格与碳排放因子并下发给下层;在下层模型中,基于纳什谈判理论建立了多园区低碳合作运行模型,并采用自适应交替方向乘子法分布式求解,确定各园区的能源需求量并反馈给上层;所提模型在多次迭代互动中实现上下层协同优化.为了实现对多园区合作收益的合理分配,提出一种基于综合议价能力的收益分配方法.算例分析表明,该双层优化方法可实现上下层间的协同运行,同时兼顾多园区运行的低碳性与经济性,通过合理分配合作收益,保证园区参与合作的积极性.

关键词: 

含氢综合能源系统, 动态碳排放因子, 综合议价能力, 电氢交易, 自适应交替方向乘子法

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摘  要:

氢能是实现“双碳”目标的重要能源载体,碳捕集技术是能源行业减排的重要技术手段.将氢气、天然气掺混形成混氢天然气,可以实现氢能的有效输运与利用,同时应用碳捕集技术对火电机组进行改造,有助于推动可再生能源的大规模消纳并降低碳排放水平.在此背景下,建立制氢设备和燃料电池的精细模型,针对系统碳排放问题,建立碳捕集火电机组的碳排放、出力模型以及掺氢热电联产的数学模型,并引入阶梯式碳交易机制控制碳排放.基于此,以购能成本、碳排放成本、弃风成本和碳封存成本之和最低为目标,计及管网掺氢比、碳捕集等约束,建立混氢天然气综合能源系统优化调度模型,采用粒子群算法结合CPLEX求解.通过不同场景对所构建的模型进行分析,验证调度模型在推进低碳经济发展方面的优势.

关键词: 

混氢天然气, 风电消纳, 综合能源系统, 低碳经济

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-624.shtml

摘  要:

针对充电区域内分布式新能源(DRE)与电动汽车负荷供需不均的问题,提出一种考虑补偿激励的电动汽车多区域优化调度策略,引导电动汽车前往不同充电区域充电,以促进DRE就地消纳.首先,基于需求价格弹性及用户时间焦虑建立电动汽车用户需求电量模型.其次,基于剩余电量可达原则和空闲时间冗余原则将电动汽车划分为可响应和不可响应集群,利用基于后悔理论的充电区域决策模型对可响应集群按区域作进一步划分.最后,建立电动汽车多区域优化调度模型,从最大化充电服务商经济效益及DRE消纳程度两个方面对充电价格进行优化.通过仿真验证证明所提优化策略能够充分考虑时间焦虑和价格弹性对电动汽车用户的影响,充分挖掘用户的响应潜力,在降低DRE消纳偏差量和提高充电服务商经济效益方面具有明显效果.

关键词: 

电动汽车, 分布式新能源, 充电补偿, 时间焦虑

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-636.shtml

摘  要:

综合能源系统(IES)是当前能源转型低碳发展背景下实现“双碳”目标的关键,为了提高IES碳减排能力,需要充分利用需求侧负荷资源和传统储能设备等广义储能资源参与IES优化.首先,建立一种综合考虑可再生能源、能源转换设备、广义储能设备、能源市场交易的IES优化运行模型.然后,使用生命周期评估法(LCA)对IES中能源循环、设备循环的全过程进行碳排放量计算,并将碳排放成本纳入系统总成本.最后,利用仿真实验验证所提模型不仅有利于降低IES总调度成本,还能降低系统的碳排放量,有效促进IES的低碳发展.

关键词: 

广义储能, 碳排放, 综合能源系统, 优化运行, 生命周期评估法

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-647.shtml

摘  要:

城市是能源消费与碳排放的主力.在“双碳”背景下,促进城市能源系统低碳转型已成为当前城市规划的首要任务.然而,在新能源出力占比增加的同时,系统的灵活性需求也随之增加.为此,提出一种考虑长短期不确定性的城市能源系统扩展规划模型,涵盖电、气、热多种能源形态,在规划的层面计及实时运行阶段的不确定性及运行灵活性,并采用随机优化方法进行求解.模型考虑新能源机组和能源枢纽中各类能源转换设备的容量扩建,通过施加碳排放配额约束来确保达成碳减排目标.算例结果表明,该模型能有效提高城市能源系统的经济性和新能源消纳率,并且可以满足不同的碳减排需求.

关键词: 

城市能源系统, 碳排放配额, 短期运行灵活性, 扩展规划, 能源枢纽

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-659.shtml

摘  要:

为使多能耦合的综合能源系统(IES)在低碳经济运行下可满足负荷多样性的需求,提出一种在电动汽车(EV)不同充电方式下多能耦合的IES低碳经济运行双层优化配置方法.首先,搭建涵盖冷-热-电-气耦合的IES模型.然后,在日内调度运行阶段考虑阶梯碳交易机制以及EV不同充电方式等因素,实现日调度成本最低;在配置规划阶段以设备投资成本与年运行费用总和最低为目标配置设备容量.最后,利用Cplex求解上述两阶段目标函数并通过相互迭代得到最优配置方案与调度结果.结果表明:考虑剩余电量的EV充电方式与碳交易机制能显著降低碳排放量与系统运行成本,所提配置方法可实现多能耦合的IES低碳经济运行.综合能源系统, 电动汽车, 双层优化, 配置, 低碳调度

关键词: 

综合能源系统, 电动汽车, 双层优化, 配置, 低碳调度

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-669.shtml

摘  要:

可再生能源占比不断增加给互联电网频率控制带来严峻考验.由于常规的自动发电控制(AGC)策略没有考虑电网潮流安全约束,所以传统方法根据专家知识和经验进行尝试性发电机功率调整,需耗费较多时间;基于最优电力潮流的互联电网AGC优化模型由于非凸性和大规模性,求解时间较长且存在收敛性问题.鉴于常规深度强化学习具有“离线训练、在线端对端形成策略”的优点,但在动作探索过程中无法保证系统安全性,提出一种基于安全深度强化学习的电网有功频率协同优化控制方法.首先,将电网频率控制建模为约束马尔可夫决策过程,对决策过程添加相关安全约束进行智能体设计;然后,基于华东电网实际系统算例对智能体进行训练和性能提升;最后,对比智能体决策与常规AGC策略效果.结果表明:所提方法在多种运行方式下可快速生成有功频率控制策略,且保证系统频率恢复过程中电网的安全性,可辅助调度员在线决策.

关键词: 

有功频率协同控制, 人工智能, 深度强化学习, 约束马尔可夫决策过程, 智能体

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摘  要:

分布式电源并入配电网已成为新型电力系统重要特征之一,分布式电源的接入与发电的不确定性使配电网潮流复杂多变,对配电网故障快速定位提出更高的技术要求.然而,现有智能优化算法在解决配电网故障区段定位问题时会出现收敛速度慢、易陷入局部最优等问题.针对这些挑战与问题,提出一种基于量子蚁群算法(QACA)的配电网故障区段快速定位技术.首先,根据状态逼近思想和最小故障集理论构建配电网故障定位的数学模型;其次,针对馈线终端单元上传信息缺失情况提出信息自修正方法,并提出分级定位模型来缩短定位时间;然后,提出3种改进技术对QACA进行针对性改进,改进量子旋转门更新机制,以函数控制形式动态调整旋转角大小,同时引入精英策略加快算法收敛速度.最后,在关键参数确定后验证了改进技术、信息自修正法、分级定位模型的有效性.将所提算法与7种不同算法进行对比,结果表明:改进的QACA可有效完成故障区段定位,具有良好的收敛速度、准确率以及容错性能.

关键词: 

配电网故障区段定位, 量子蚁群算法, 信息自修正法, 分级定位模型

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-693.shtml

摘  要:

碳捕集、电转气装置能够利用系统富裕新能源捕集火电燃烧所产生的碳排放,并生成燃气,形成碳资源循环利用链.为降低系统碳排放,促进新能源消纳,提升系统运行灵活性,提出含碳捕集-电转气(CC-P2G)的风光火储一体化系统架构,并设计其优化运行模型.重点讨论该架构电能流和碳流的运行特性;考虑配额制下碳排放交易收益,以一体化系统综合效益最大化为目标,综合考虑各类设备运行特性,提出其优化运行模型.算例验证了CC-P2G系统在提升新能源消纳能力和系统运行效益方面的效用.结果表明,CC-P2G系统与碳排放配额交易等市场机制有效配合,能够在降低系统整体碳排放的同时提升运行效益.

关键词: 

风光火储一体化系统, 碳捕集和电转气系统, 电能流, 碳流, 碳排放配额

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-709.shtml

摘  要:

随着储能充电站的应用需求逐渐上升,锂电池作为主要储能载体应用广泛.但在大功率且频繁充放电工况下,锂电池循环寿命会显著降低,导致储能成本升高.鉴于超级电容具有长寿命优势,构造由超级电容与锂电池组成的混合储能系统,通过优化控制策略提高锂电池寿命并降低储能充电站的投运成本.提出双级主动式拓扑的混合储能系统,由锂电池为两个超级电容模组交替充电,再通过超级电容模组高倍率放电.基于此,根据充电桩工况提出多阶段功率状态估计协同规划策略,通过优化功率分配方案来平缓锂电池功率波动,从而保护锂电池.仿真结果表明:相较于纯锂电池储能和传统全主动式拓扑储能,双级主动式拓扑储能方案显著提高了锂电池循环寿命.

关键词: 

混合储能系统, 功率分配策略, 寿命优化, 双级主动式拓扑

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-719.shtml

摘  要:

变压器空载合闸时产生励磁涌流导致差动保护误动作的问题至今仍未能被完全解决.针对该问题,提出一种利用长短时记忆(LSTM)神经网络识别励磁涌流与故障电流的方法.首先,在PSCAD软件平台上搭建变压器空载合闸及内部故障仿真模型,通过仿真产生大量三相电流瞬时采样数据作为训练神经网络的样本集;然后,利用Keras平台搭建LSTM神经网络模型并完成训练;最后,利用新的仿真数据和现场故障录波数据对训练好的LSTM神经网络进行测试.结果表明LSTM神经网络可以快速准确地区分各种情况下的励磁涌流和故障电流,从而证实该方法的有效性.

关键词: 

变压器差动保护, 长短时记忆神经网络, 励磁涌流识别, 故障电流识别

原文链接：

https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-730.shtml

摘  要:

如何充分利用已有信息提高配电网故障诊断准确性,为配电网抢修提供精准研判是亟待解决的问题.针对已有配电网故障诊断信息来源单一的问题,提出融合配电网中、低压信息与变电站出线电流信息的配电网故障研判模型.该模型首先针对已有过电流诊断方法难以适用于大规模配电网的问题,分层缩减配电网求解规模,提高故障区段定位速率;然后针对过电流告警信息准确性问题,提出基于开关继电保护事件顺序记录(SOE)数据和变电站出线负荷骤降数据的配电网故障辅助研判手段;最后,总结实际工程中多方位信息数据融合配电网故障研判步骤,为调度人员故障诊断提供借鉴.工程实践证明:所提方法能有效进行故障诊断,对于大规模配电网适应性极强;结合开关动作SOE和遥测电压信息的辅助诊断模型,能满足过电流诊断模型对遥信信息准确性要求高的特点,两者互补性较高,工程实践中具有较好的故障诊断效果.

关键词: 

大规模配电网, 多源数据, 故障研判, 遥测, 继电保护

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-739.shtml

摘  要:

锂离子电池健康状态(SOH)的准确估计对于保障电池系统安全运行具有重要意义.针对传统SOH估计方法在可变工况下失效的问题,提出了一种基于等效电路模型和稀疏高斯过程回归的锂离子电池SOH在线估计方法.通过两个在线滤波器,在恒流充电过程中动态地辨识了锂离子电池等效电路模型的各项参数,构建了工况不敏感的健康因子,结合稀疏高斯过程回归实现SOH的间接估计.该方法在多种工况下使用统一的信号处理方法和特征映射模型,兼具鲁棒性强和冗余度低的优点.实验结果表明,该方法在多种工况下的平均绝对误差不超过0.94%,均方根误差不超过1.12%,与现有方法相比,该方法在综合性能上具有显著优势.

关键词: 

锂离子电池, 健康状态, 健康因子, 粒子滤波, 稀疏高斯过程回归

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-747.shtml

摘  要:

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施,但收效甚微.为进一步降低电气化铁路碳排放,改变其供能结构,将光伏和储能装置接入牵引供电系统.首先,构建复合牵引供电系统,并根据系统供能组成将其工况分类;其次,基于系统运行约束的轻重缓急设定优先级,并通过分层分级优化,实现不同运行工况下的系统最优状态;最后,通过合理优化变流器容量,实现系统运行性能和经济效益双赢下的最小碳排放.仿真结果表明,复合牵引供电系统保障系统稳定运行的同时,也大幅降低系统碳排放并实现性能最优.

关键词: 

电气化铁路, 牵引供电系统, 光伏发电, 储能装置, 铁路碳排放

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https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-760.shtml

摘  要:

针对移动清洁机器人在光伏电站作业时需要精确快速识别道路的问题,提出一种改进的DeepLabv3+目标识别模型对光伏电站道路进行识别.首先,将原DeepLabv3+模型的主干网络替换为优化的MobileNetv2网络以降低模型复杂度;其次,采用异感受野融合和空洞深度可分离卷积结合的策略改进空洞空间金字塔池化(ASPP)结构,提高ASPP的信息利用率和模型训练效率;最后,引入注意力机制,提升模型识别精度.结果表明,改进后模型的平均像素准确率为98.06%,平均交并比为95.92%,相比于DeepLabv3+基础模型分别提高了1.79个百分点、2.44个百分点,且高于SegNet、UNet模型.同时,改进后的模型参数量小,实时性好,能够更好地实现光伏电站移动清洁机器人的道路识别.

关键词: 

光伏电站, 道路识别, DeepLabv3+模型, 注意力机制, MobileNetv2

原文链接：https://xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-5-776.shtml