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电力系统自动化 2018年第12期杂志 文档列表

电力系统自动化杂志观点

美国调频辅助服务市场的定价机制分析1-10

摘要：调频辅助服务对于维持电力系统稳定运行有着重要的作用,合理的调频产品设计及定价机制有利于促进调频资源的优化配置。随着可再生能源和储能装置的发展,系统调频需求增大,尤其是对快速调频资源的需求,单一调频容量价格将难以合理地补偿调频资源成本,为此美国能源监管委员会（FERC）要求调频辅助服务市场引入基于调频里程和调频性能的定价机制。文中梳理了美国宾夕法尼亚—新泽西—马里兰州联合电力系统（PJM）、加利福尼亚州独立系统运营商（CAISO）和美国德克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）的调频市场定价机制,对比分析其交易标的、里程定价、市场组织时序、机会成本计算方法等主要环节的具体做法及适用情况。最后,结合当前中国电力市场改革现状,从不同的市场阶段提出建设调频辅助服务市场的可行建议。

电力系统自动化杂志能源转型与电力支撑

碳市场风险的分析与控制 （一）框架设计11-18

摘要：在全球应对气候变化和碳排放总量控制的背景下,无论是气候变化的严峻性、国家政治承诺的严肃性、抑或行业可持续发展的迫切性,都要求对碳市场风险进行识别、分析与控制。作为系列论文的首篇,分析了气候系统约束与碳市场的关系,从监管视角阐述了碳市场风险的产生机理,并通过实际案例对风险分析与控制进行了回顾。提出和设计了碳市场风险防控框架,通过定义＂扰动凸显＂＂参量违约＂和＂功能丧失＂等关键特征,划分了碳市场风险防控的多道防线,并初步讨论防线内部优化及防线间协调思路。构建了碳市场风险防控问题的数学模型,指出需要在碳市场演化态势的沙盘推演、违约风险成本（或收益）评估等方面进行技术提升。基于自主研发的大能源系统动态仿真平台,能够有效支撑相关问题的研究。续篇将具体介绍按此框架对碳市场的混合仿真及决策支持。

含新能源接入的区域电网低碳电力调度方法19-26

摘要：为实现电力行业低碳化的发展要求,在新能源广泛接入的背景下,建立了基于多目标概率最优潮流的区域电网低碳调度模型,并提出一种结合模糊满意度决策的改进帝国主义竞争算法,得到＂最优＂调度方案。该方法在传统以最小发电成本和碳排放量为优化目标的模型基础上,减小不同区域间的碳排放不平衡量,防止局部地区过污染。针对新能源接入电网带来的不确定性问题,采用计及相关性的随机响应面法进行概率潮流计算,避免节点电压越限或线路过载。最后,对Matpower 30节点系统和江苏某区域实际电网的算例测试表明：所提模型和方法有效实现了对整个系统和局部区域的碳排放量的综合管理,并能为新能源接入位置的选择提供指导。

计及需求价格弹性的区域能源中心建模与日前优化调度27-35

摘要：能源市场管制放松的背景下,将能源价格作为一种可控资源,有望进一步推进区域能源中心（DEC）内电、气、冷/热等多种能源的优化运行。文中以能量枢纽为基础模型,提出了DEC功率平衡方程的通用线性化建模方法;同时,计及能源需求的价格弹性,对其进行分段线性化建模,并引入0-1变量及线性约束将分段线性函数的描述统一化。进一步,以DEC净收益最大化为目标,计及能源价格可控性,建立了DEC日前优化调度的混合整数二次规划模型,通过GAMS调用CPLEX进行求解。最后,以微网型DEC为例,验证了所提建模方法的有效性,分析了能源价格是否参与调控、不同价格弹性及新能源预测误差对调度结果的影响。结果表明,充分利用负荷的价格弹性,在最大化DEC净收益之余,有利于减小负荷方差和峰谷差,深度挖掘DEC的优化潜力。

电力系统自动化杂志学术研究

考虑环境容量裕度的差别化燃煤机组组合模型36-43

摘要：目前基于系统排污总量控制方式制定的燃煤机组发电计划,缺乏针对性地缓解人口密集区域空气污染强度的调控机制。为此,在传统机组组合问题基础上,追加考虑污染物时空扩散特性的差别化环境容量裕度约束,通过限制对人口密集区域有较大影响的燃煤机组出力,来降低其排污量,进而改善相关区域空气质量,减小对人口健康的负面影响。其中,燃煤机组对人口密集区域污染物浓度贡献值的建模参照高斯烟团扩散模型、气象预报和重点地区污染等级预测信息进行。以混合整数规划形式建立了考虑环境容量裕度的机组组合模型,并对其进行了仿真分析。算例表明,差别化的环境容量裕度约束,能够在不引起系统经济和空气质量指数明显劣化的条件下,对人口密集区域空气污染强度实施更有针对性的调控,降低燃煤机组对人口健康的影响。

计及电量电价弹性的主动配电网多时间尺度优化调度44-50

摘要：电动汽车、可再生能源和储能的接入对配电网运行带来了新的挑战,若调度方法和模型制定不当,将影响到配电网的经济性和可靠性,以及电动车主参与调度的积极性。为此,提出了一种主动配电网多时间尺度优化调度方法。首先,在日前阶段构造了基于电量电价弹性的电动汽车充电模型,建立了一种主动配电网日前经济调度模型。然后,在实时阶段通过储能和电动汽车降低可再生能源预测误差对系统的影响。该方法在研究电量电价弹性对电动汽车充电影响机理的基础上,基于不同时间尺度可再生能源预测数据,决策电动汽车、储能和柔性负荷的调用。仿真结果表明,所提方法降低了配电网购电和电动汽车充电费用,减弱了可再生能源预测误差对配电网的影响,优化了负荷特性。

基于概率潮流的主动配电网日前—实时两级优化调度51-57

摘要：为有效应对主动配电网（ADN）中间歇性电源、虚拟微网与柔性负荷等不确定变量给电网安全经济运行带来的挑战,基于概率潮流技术建立了ADN日前—实时两级优化调度模型。日前调度以ADN中各单元日前功率预测结果为依据,以运行成本最小为目标,确定次日各时段内各调度单元运行计划;在此基础上,针对实际运行中各单元的波动性和超短期预测结果进行实时调度,以不确定单元作为随机变量进行概率潮流计算,对日前调度计划进行调整,使得ADN中各节点电压和支路功率在3倍标准差内波动仍满足约束条件,提高ADN的安全裕度。最后,结合引力搜索算法和粒子群算法对调度模型进行求解,并通过算例验证模型的有效性。

具有电力需求预测更新的智能电网实时定价机制58-63

摘要：智能电网环境下,基于需求侧管理的电力需求实时预测和定价机制对于维持电力供需平衡,削峰填谷至关重要。文中引入贝叶斯信息更新方法对智能电网中用户电力需求信息进行实时预测更新,然后将售电商与用户之间的实时电价与电力需求策略互动行为生成一主多从博弈模型并进行均衡分析。通过数值仿真分析,在与无电力需求预测更新下的智能电网实时定价机制对比以后,发现所提出的具有电力需求预测更新的实时定价机制可以提高用户用电满意度和参与需求侧管理的积极性,同时也增加了售电商利润。

基于支路潮流线性化方程的有序充电快速求解方法64-71

摘要：针对传统有序充电方法计算效率低、未计及配电网三相不平衡与节点电压和支路电流约束的不足,推导了三相平衡与不平衡配电网的支路潮流方程,提出了将方程非线性项线性化的方法。构建了以车主充电总费用最小为目标函数,节点电压、支路功率、充电功率为不等式约束,支路潮流方程、充电需求为等式约束的电动汽车有序充电的模型。提出了采用二阶段线性规划进行求解的方法。第1阶段线性规划采用忽略支路潮流方程非线性项的简化线性模型求取估算的支路优化有功功率、无功功率、节点电压,作为支路潮流方程非线性项线性化的初始点。第2阶段线性规划采用近似线性模型计算最优充电功率。采用3个仿真算例与其他方法进行了对比,验证了所提出方法的性能。

基于历史行驶路线的电动汽车充电站布局优化72-80

摘要：由于电动汽车面临着续航里程不足的问题,充电设施的合理布设显得至关重要。利用基于自动车辆识别数据的历史行驶路线来模拟电动汽车出行,给定一种充电站布局方案,即可利用基于出行特征的典型充电选择模式来模拟电动汽车的充电行为,继而准确地计算电动汽车的充电需求、充电成本和运营商利润。然后,以电动汽车的充电—出行成本比与运营商的成本—收益比之和最小为优化目标,以用户心理和电网负荷等因素为约束条件,确定充电站的最优布局方案。最后,以一个区域（151个信号交叉口）为例,验证了该方法的有效性,同时分析了工作日/非工作日以及交通需求增长和电池发展对布局方案的影响。

用于迭代法潮流计算的改进Jacobi预处理方法81-86

摘要：为提高潮流计算速度,满足实时计算的要求,线性方程组迭代法被用于电力系统潮流计算。但是当系数矩阵谱分布较为分散时,迭代法求解线性方程组存在收敛速度慢甚至不收敛等问题,为了解决这个问题,需对系数矩阵进行预处理。首先,分析电力系统潮流计算时Jacobi矩阵的特点,对其按PV,PQ节点进行分块处理,找出其中数值上较大的元素作为预处理子。然后,将预处理子的逆矩阵分别与系数矩阵A和常量项b相乘,将原线性方程组转换为新的更容易求解的等价线性方程组,大幅提高了潮流计算中线性方程组求解的速度。实验表明,该方法能有效解决大规模电网潮流求解问题。

基于Pade近似的广域电力系统关键模态时滞轨迹分析87-92

摘要：采用广域阻尼控制可有效地提高大型互联系统的动态性能,但广域信号传输带来的时滞对广域电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性,因此关键模态时滞变化轨迹分析对于广域阻尼控制设计具有重要理论意义。首先采用Pade近似方法将时滞环节转化为状态空间表达式,从而建立考虑时滞环节的电力系统线性化模型;之后建立时滞对电力系统机电模态的影响关系模型;采用Arnoldi特征值计算方法研究时滞对区间振荡模态、局部振荡模态和时滞相关模态的影响规律。以四机两区域系统和New England系统为测试系统,仿真结果表明该方法能够较准确地求解上述模态随时滞变化趋势,从而验证了该方法的有效性。

基于随机矩阵理论的电网状态分析与扰动定位方法93-99

摘要：随着电力技术的不断发展,电网的规模和复杂程度在不断增加,导致相应的电力数据也在以指数级的速度增加。传统的模型法无法充分利用历史和实时数据,同时具有不可避免的假设与简化,而以数据为驱动的随机矩阵理论方法不依赖于具体的机理建模。文中首先介绍了大维统计分析,结合经典多元统计分析的局限,分析了随机矩阵原理的重要作用,重点介绍了单环定理和线性谱统计量的概念。然后,引出了高维统计指标,即文中使用的平均谱半径。结合已有的知识体系分析了随机矩阵理论的应用基础和数据来源,给出了电网状态分析的具体思路,提出了基于电压数据的电网扰动定位方法。最后,通过算例的验证,证明了所提方法的有效性。

电力系统自动化杂志研制与开发

新型线间直流潮流控制器100-105

摘要：在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点：需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法106-112

摘要：针对电力电子变压器（PET）中输出并联双有源全桥（DAB）DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器（CHB）控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联（ISOP）和等效输入独立输出并联（IIOP）DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335＋FPGA6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。

适用于模块化多电平储能变流器的分布式控制策略113-121

摘要：分布式控制可以有效降低主控制单元的通信与运算压力,便于增强系统的扩展能力与热插拔能力。针对模块化多电平储能变流器（MM-ESC）控制系统计算量大、通信量大、整定复杂等不足,提出一种减少通信和运算的分布式控制系统架构以及适用于该控制系统的子模块荷电状态（SOC）下垂均衡控制策略。该分布式控制架构由一个中央控制单元与若干个子模块控制单元组成,中央控制单元进行交直流功率解耦控制;子模块控制单元根据本地子模块信息进行SOC下垂控制。通过分析子模块相间和相内功率差异化特性,分别设置下垂系数,从而实现子模块电池能量均衡。通过搭建五电平MMC储能变流器仿真系统以及实验平台对所述理论及控制方法进行验证,结果表明,与已有的控制系统相比,该控制架构中处理器计算量小、运行所需通信量小,同时可以满足系统运行要求。

抑制三相四桥臂逆变器共模电压的三维SVPWM控制策略122-126

摘要：研究基于三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制（3D-SVPWM）控制策略。针对大功率变流系统存在较大共模电压,易对电机等负载造成伤害,影响电网电能质量等问题,提出一种改进的3D-SVPWM控制策略。首先,对三相四桥臂逆变器的拓扑结构进行分析,说明了产生共模电压的原因。然后,在传统3D-SVPWM控制策略的基础上,提出选取参考电压矢量附近两个相反的非零矢量来代替零矢量的方法。最后,通过MATLAB/Simulink建模仿真证明,改进后的控制策略不受负载平衡状态改变等方面的影响,在不改变直流电压利用率的前提下,可以有效降低共模电压,达到主动抑制的目的。

模块化五电平逆变器子模块开路故障的智能诊断方法127-133

摘要：基于深度学习理论,提出了一种基于栈式稀疏自动编码器（SSAE）的模块化五电平逆变器（MFLI）子模块开路故障诊断方法。该方法将MFLI子模块开路故障检测与定位问题转化成分类问题,首先将子模块电容电压信号组合成24通道序列信号,然后沿着24通道序列移动大小为24×40滑动窗口获得＂数据带＂样本,紧接着将＂数据带＂转化为向量输入到SSAE中进行逐层无监督特征学习,构建原始故障数据集的深层特征简明表达,最后将深层特征简明表达连接到Softmax分类器输出故障诊断结果。此外,为了提高该方法的抗噪性能,利用已添加高斯白噪声的数据对SSAE进行训练,以提高其特征表达的鲁棒性。结果表明,所提出的故障诊断方法平均准确度达到98.09%,故障平均诊断时间为31.47ms,且具有较高的鲁棒性。