编者按：在“碳达峰、碳中和”的蓝图下，积极构建新型电力系统，是我国实现能源安全和低碳发展的关键手段。与传统电力系统相比，新型电力系统以新能源为供给主体，强调“源网荷储”互动，氢储能和灵活性负荷等资源进一步参与电网调度；强调大电网与微电网共存，电网形态更有利于分布式电源的接入；强调多能互补，实现能源的梯级利用与互济。上述新特征围绕新能源消纳，有力地支撑了电力系统的低碳化变革，但也使电力系统形态异常复杂，源荷不确定性显著提高，能量在时空上的不均衡性凸显。因此，新型电力系统的规划与运行分析衍生出大量新的技术挑战。新型电力系统的低碳规划与运行、源荷预测、电氢耦合、降碳技术、不确定性建模、能量流分析等方向，是近年来国内外学术研究的热点。为展示该领域的最新进展，交流学术和技术成果，《中国电力》编辑部特邀重庆大学任洲洋副教授、清华大学钟海旺副教授、燕山大学马锴教授、西安交通大学曹晓宇副教授、澳门大学李辉博士担任特约主编，组织“新型电力系统低碳规划与运行”专栏。现将专栏文章进行汇编，以飨读者！
01
作者：孙志媛, 彭博雅, 孙艳
单位：广西电网有限责任公司
摘要：充分发挥不同发电能源和储能设备之间的协同互补潜力，可以缓解高比例可再生能源电力系统中可再生能源出力的波动性给系统电力电量平衡带来的巨大压力。为此，提出了一种考虑多能互补的电力电量平衡优化调度策略。该方法可实现不同时间尺度下的多能互补，提高系统整体运行性能。首先，考虑新能源出力季节性和短期波动特征，兼顾中长期电量平衡和短时电力平衡，建立系统多时间尺度双层优化调度模型；其次，通过对混合储能系统充放电策略的优化，实现多种储能的互补协调，提高系统运行经济性；最后，利用修改的IEEE-RTS 1979标准算例系统验证所提方法的有效性，验证了不同时间尺度的能源互补和不同储能设备的协调配合，在保证系统平衡的同时，提升系统的经济效益。
02
作者：马喜平, 李亚昕, 梁琛, 董晓阳, 徐瑞
单位：国网甘肃省电力公司电力科学研究院
摘要：为了挖掘高比例分布式资源接入背景下配电网全方位多角度无功调控降损潜力，实现更为全面精细的无功优化技术降损目标，提出考虑多元可调节资源协调互动的多目标配电网无功优化降损方法。首先，针对高比例分布式资源接入背景下谐波对线损的影响，给出了考虑谐波损耗的配电网线损计算模型；其次，在此基础上分析多元可调节资源无功调节能力，建立了以日线损最低和静态电压稳定性最大为目标的配电网无功优化调度模型；然后，通过制定多元可调节负荷、分布式电源、储能、无功补偿设备等多元分布式资源协同无功优化策略，达到在综合考虑配电网静态电压稳定性要求下系统线损最小的目的；最后，通过多元分布式资源接入的IEEE 33节点进行系统仿真分析，结果表明通过多元可调节资源的充分互动能够有效提高系统电压稳定性，降低系统线损，实现配电网安全、经济运行。
03
作者：张娜, 赵琳, 商文颖, 吉星, 李佳, 黄玉辉
单位：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院；上海交通大学 中英国际低碳学院；上海交通大学 电子信息与电气工程学院
摘要：以大连市为研究对象，测算大连市2010—2020年的能源消费碳足迹，计算碳足迹产值、碳足迹强度及生态压力，并以大连市2019年的数据为研究对象分析及计算电力等重点行业的碳排放。研究结果表明：1）从各能源类型来看，2010—2020年石油利用的碳足迹最大，煤炭次之，天然气占比最小；从重点行业来看，2019年电力行业最高，石化行业次之；大连的能源利用效率在2010—2014年不断提高，单位土地面积的产值提高较快，碳足迹带来的经济价值增长速度超过GDP增速，该阶段经济增长不依赖于化石能源；2）2010—2020年各种能源利用产生的碳足迹及其占比由高到低依次为煤炭、石油、天然气，煤炭利用所占的碳足迹比例逐年下降，石油与天然气与之相反。
04
作者：张俊成, 黎敏, 刘志文, 谭靖, 陶毅刚, 罗天禄
单位：广西电网有限责任公司；南方电网能源发展研究院有限责任公司
摘要：可调负荷、电动汽车等各种负荷侧资源快速发展，对其进行精准调控是目前重要的研究热点。为充分发挥配电网柔性负荷的调节能力，提出一种基于改进交替方向乘子法的配电网柔性负荷分层集群调控方法。首先，采用综合层次聚类算法对柔性负荷进行分层集群；其次，基于纳什谈判理论，将原问题分解为成本最小化和收益分配2个子问题，建立配电网柔性负荷集群调控模型；然后，引入自适应变参数加速因子，提出改进的交替方向乘子法；最后，通过模拟算例验证所提方法的有效性。结果表明，所提方法能够有效实现大规模柔性负荷接入情况下的集群调控，收敛性能较常规方法有所提高。
05
作者：王大兴, 宁妍, 汪敬培, 徐洋, 毕峻, 周铭标, 王鹏
单位：国网四川省电力公司电力科学研究院；浙江大有实业有限公司；国网衢州供电公司；电子科技大学 机械与电气工程学院；国网阿坝供电公司；国网三明供电公司
摘要：发展高比例可再生能源接入的微电网是构建新型电力系统，实现中国能源安全和低碳发展的重要手段。在分析微电网所接入系统的动态特征时，现有等值模型存在鲁棒性不强的问题，即等值模型虽然可以很好地复现真实系统在训练故障下的动态特征，但却无法准确反映系统在未知故障（非训练故障）下的真实响应。为此，首先采用k-means++对微电网的典型运行方式进行有效区分，以表征系统的随机性和时变性特征；其次，采用基于关键参数筛选的参数辨识方法，避免了参数辨识过程中的多解问题；然后，针对系统不同典型运行方式，利用卷积神经网络对等值模型参数进行泛化；最后，基于Fisher判别准则实现了等值模型参数的在线匹配，并在某实际微电网模型中验证了所提方法的有效性。
06
作者：龚逊东, 郭维嘉, 杨晨, 周力, 董晓峰, 朱俊澎
单位：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司；河海大学 能源与电气学院
摘要：极端天气频发对配电网的弹性提出了更高要求，传统配电网故障恢复策略无法完全发挥主动配电网的潜能。为此，提出一种基于动态孤岛的主动配电网多阶段故障恢复策略。首先，分析了基于动态孤岛的配电网重构可行域，并考虑非黑启动机组（non-black start units，NBSU）等分布式电源的时序特征，从而建立上层负荷恢复模型，确定了多阶段的网络拓扑计划；其次，建立下层发电规划模型，给出相应的发电规划，在孤岛潮流层面对上层负荷恢复方案的可行性进行检验；然后，利用改进离散粒子群算法结合CPLEX求解器对所建立模型进行求解；最后，以改进43节点城市配电网为例，验证所提方法在弹性提升方面的有效性和优越性。
07
作者：马光, 朱文, 顾慧杰, 赵化时, 何锡祺, 陈世杰
单位：中国南方电网有限责任公司；东方电子股份有限公司
摘要：在配电系统状态估计中，一方面众多网络设备难以完全监控导致量测数据不足，另一方面，频繁的拓扑切换亟须开发高效的算法。因此，提出了一种配电网拓扑辨识的加权最小绝对值状态估计方法。首先，对传统基于线性规划的加权最小绝对值状态估计方法进行改进，以提高计算效率；其次，在重新制定的加权最小绝对值状态估计方法中加入补充变量和约束，以适应拓扑辨识问题，形成了一个基于混合整数线性规划的加权最小绝对值状态估计方法；最后，4个算例系统的仿真结果验证了所提方法在不同数量的实时测量、高伪测量误差、被坏数据破坏的测量以及未知支路状态场景下的优异性能。
08
作者：张冲标, 钱辰雯, 俞红燕, 彭燕玲, 陈金威
单位：国网浙江省电力有限公司嘉善县供电公司；嘉善恒兴电力建设有限公司
摘要：在“双碳”目标的引领下，可再生能源的消纳需求迎来快速增长。为了实现县域内不同负荷特性的微电网可再生能源优势互补，提高消纳率，提出了基于交替方向乘子法（alternating direction method of multipliers，ADMM）的多场景县域多微电网交互运行策略。首先，建立微电网独立运行的调度模型，在日前预调度计划中实现最优调度策略；其次，建立多微电网电能交互运行模型，利用ADMM迭代求解各微网间全局交互电量；最后，利用Shapley值法分配微网群系统的收益，降低每个子微网的系统运行成本。算例分析表明，所提方法不仅能提高可再生能源的消纳率，提升经济性，还能降低碳排放量，实现低碳运行。
09
作者：易文飞, 朱卫平, 郑明忠
单位：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院；国网江苏省电力有限公司
摘要：风电机组并网容量占比的不断增大为电力系统风电消纳带来了巨大挑战。数据中心作为高灵活性电负荷，具有电网风电消纳巨大潜力。因此，提出一种计及数据中心和风电不确定性的微电网经济调度模型。首先，根据数据中心的分层结构建立信息层和电力层之间的耦合模型；其次，针对风电出力不确定性，搭建计及数据中心和风电不确定性的微电网经济调度模型；最后，基于对偶理论和两阶段鲁棒优化算法，将调度模型转化为鲁棒优化模型并采用列和约束生成算法（column and constraint generation，C&CG）和对偶理论进行求解。算例结果表明：数据中心参与微电网经济调度可有效降低运行成本，同时系统运营商按需求可灵活调整风电出力不确定性。
10
作者：覃海, 陈胜, 张洪略, 夏天, 马覃峰, 段展宇, 颜伟
单位：贵州电网有限责任公司电力调度控制中心；重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室
摘要：现有并网光伏电站关口无功调节能力等值方法未考虑站内电压安全约束、并网点电压和光伏出力的波动影响，难以满足工程实际的调控管理要求，为此，提出一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，为工程实际调控管理提供决策依据。在给定关口电压和光伏出力的条件下，考虑光伏电站内部静止无功发生器、光伏单元无功调节能力及其无功调节上下限要求，提出光伏电站关口无功最大调节范围的优化等值方法，确定光伏电站关口无功调节能力与其有功出力、关口电压的关系；同时，考虑关口电压和光伏出力波动的时段特性，通过相似日波动阈值的区域图时段融合策略，实现光伏电站关口无功调节能力的分时段等值。以实际光伏电站的仿真分析验证了所提方法的有效性。
11
作者：张博智, 张茹, 焦东翔, 王龙宇, 周一凡, 周丽霞
单位：国网冀北电力有限公司计量中心
摘要：新能源大规模并网以及电力电子设备广泛应用引起的复杂电能质量扰动（power quality disturbances，PQDs）会威胁电力系统的安全稳定运行。针对复杂PQDs难以精准检测识别的问题，提出了一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）与同步压缩自适应S变换（synchrosqueezing adaptive S-transform，SAST）的PQDs检测识别方法。首先，使用VMD将PQDs信号分解为多个模态分量，每个分量只保留局部扰动特征，降低PQDs信号的复杂度；其次，提取一种SAST时频分析方法，改善时频分辨率，集中频谱中的能量分布，提高对PQDs信号的检测精度；最后，基于VMD-SAST提取扰动特征，利用3种不同算法实现对PQDs信号的分类识别。通过仿真分析表明：所提出的方法具有较高的PQDs分类识别精度、较高的适用性和较强的抗噪声能力。
12
作者：莫石, 徐秋实, 卢子敬, 李子寿, 赵红生, 乔立, 罗超
单位：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院；国网湖北省电力有限公司；中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
摘要：在分析电网长期演化过程与短期演化过程区别的基础上，提出电网连锁故障运行风险概念，定量分析连锁故障长期风险与运行风险间的关系，建立电网连锁故障运行风险评估模型。利用蒙特卡洛法对给定初始运行方式的电网进行演化模拟，并引入模糊分割多目标风险框架建立评估指标体系。在IEEE 118节点系统中进行算例研究，分析了系统运行参数对给定运行方式下电网连锁故障运行风险的影响。
13
作者：胡志强, 叶远誉, 俞林刚, 伍栋文, 胡涛
单位：国网江西省电力有限公司；国网江西省电力有限公司电力科学研究院
摘要：为了解决三相负荷不平衡造成的损耗增加、供电质量降低等问题，提出主动负荷参与的低压台区三相负荷不平衡自动均衡方法。基于电力物联网高速载波技术采集低压台区的电表负荷数据，实时监测和收集负荷数据。设计了三相负荷不平衡均衡控制终端，并建立了目标函数。采用鸽群算法求解函数，实现低压台区三相负荷不平衡的自动均衡控制，具有良好控制效果。
14
作者：杨国华, 祁鑫, 贾睿, 刘一峰, 蒙飞, 马鑫, 邢潇文
单位：宁夏大学 电子与电气工程学院；国网宁夏电力有限公司调度控制中心
摘要：为进一步提升短期风电功率的预测精度，提出了一种基于互补集合经验模态分解-样本熵（complementary ensemble empirical mode decomposition-sample entropy，CEEMD-SE）的卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）和长短期记忆-门控循环单元（long short term memory-gated recurrent unit，LSTM-GRU）的短期风电功率预测模型。首先，利用互补集合经验模态分解将原始风电功率序列分解为若干本征模态函数（intrinsic mode function，IMF）分量和一个残差（residual，RES）分量，利用样本熵算法将相近的分量进行重构；其次，搭建卷积神经网络和长短期记忆网络的并行网络结构，提取数据的局部特征和时序特征，并将特征融合后输入门控循环单元网络中进行学习预测；最后，通过算例进行验证，结果表明采用该模型后预测精度得到了有效提升，其均方根误差降低了15.06%、平均绝对误差降低了15.22%、决定系数提高了1.91%。
引文信息
孙志媛, 彭博雅, 孙艳. 考虑多能互补的电力电量平衡优化调度策略[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 115-122.
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专栏特约主编简介——任洲洋
任洲洋，重庆大学电气工程学院副教授，博士生导师，《中国电力》青年编委，主要从事电氢综合能源系统运行与规划、电力系统可靠性与概率分析、人工智能等领域的研究和工程实践工作。主持国家级、省部级等各类项目30余项；获省部级奖励3项、入选重庆英才-青年拔尖人才计划；发表IEEE Trans.等高水平SCI/EI论文50余篇，申请/授权国家发明专利30余项，参与制定国际标准1项。先后兼任IEEE Trans. on Sustainable Energy、IEEE Trans. on Smart Grid、Applied Energy等国际旗舰期刊副编辑或编委会成员，荣获IEEE Trans. on Sustainable Energy Outstanding Associate Editor of 2022。
专栏特约主编简介——钟海旺
钟海旺，清华大学电机系副教授，清华四川能源互联网研究院交易与运筹研究所所长，国家优秀青年科学基金获得者，《中国电力》青年编委，研究方向为智能电网优化运行与电力市场。作为课题负责人承担国家重点研发计划项目1项，获省部级奖励5项，获中国专利优秀奖1项，获中国电力优秀青年科技人才奖。
专栏特约主编简介——马锴
马锴，教授，博士生导师，国家优青，河北省杰青，燕山大学自动化系主任。长期致力于能源网络系统控制与优化的研究工作，发表SCI期刊论文90余篇，其中IEEE Trans./Journal论文33篇，中科院1区/TOP论文32篇，WOS被引1100余次，出版英文专著1部。近年来，主持国家重点研发计划课题、国家优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金项目以及河北省杰出青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目等课题13项；入选了河北省青年拔尖人才和河北省“三三三”人才，获得河北省青年科技提名奖。兼任IEEE Senior Member，中国自动化学会高级会员，河北省自动化学会理事，河北省青年科技工作者协会理事。
专栏特约主编简介——曹晓宇
曹晓宇，西安交通大学电信学部自动化学院副教授、教工党支部副书记，兼任西安交大四川研究院能源所所长。主要研究方向包括微电网规划与运行、新型电力系统调度、弹性电网等。在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustainable Energy、Applied Energy等高水平期刊或国际会议发表学术论文30余篇（入选ESI高被引论文3篇、热点论文1篇）；授权及公开国家发明专利16件、登记软件著作权7件；主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、电网公司项目等科研项目16项。获得陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖；入选中国科协科技智库青年人才计划、四川省天府峨眉计划、西安市科协青年人才托举计划、西安交大“十大学术新人”等。
专栏特约主编简介——李辉
李辉，澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室博士后研究员，研究方向为低碳能源系统优化规划与运行。已发表IEEE Trans.等SCI/EI论文10余篇，先后担任8本国际期刊审稿人、IEEE SSCI 2022技术委员会成员等。获评IEEE Trans. on Sustainable Energy Outstanding Reviewer of 2021、重庆市优秀毕业研究生等荣誉。
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