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摘要:机器学习的进步正推动人工智能蓬勃发展。电力系统运行具有随机性、时变非线性和部分可观测性等特征,导致相关研究面临数据饥饿、状态弥散、目标复杂等综合挑战。为此,该文提出研究一种多模态自适应学习系统——“电力脑”。首先,探讨电力脑的研究背景、概念及主要特征。其次,分析电力脑研究面临的挑战,提出多模态学习机制及其数学实现,以建立电力脑认知计算的理论基础。然后,借鉴认知神经科学等前沿研究,提出自上而下的电力脑认知计算结构,交互反馈的自适应学习模式,以及深度引导强化学习相结合的基础学习单元。该构架的核心特征在于用领域知识保证结果可行,用数据驱动提升其精度与性能。最后,探讨电力脑的实际应用,提出相应的学习算法结构,并展望需要进一步研究的问题。
摘要:本系列论文的前2篇,分别研究同步相量测量单元测量的最优滤波原理和P类测量最优算法的具体设计。该文在此基础上,研究M类测量最优算法的具体设计。与P类测量相比,M类测量是在更高准确度基础上兼顾快速响应,并且增加了公认为最难实现的对带外干扰的抑制要求。为了实现从基波通带到带外干扰阻带的快速衰减,基于奈奎斯特频域抽样定理建立动态相量线性参数模型,并采用以凯撒窗为权重的加权最小二乘算法进行模型参数估计,由此构造原型滤波器,其中频域抽样点个数和凯撒窗阶数构成自由参数集。针对数据上报率分别为50、25和10Hz三种情况,求解最优化问题,给出不同数据长度下最优解的分布,并结合快速响应性能选取最优滤波器长度,构成完整的M类测量优化算法。通过仿真试验评估优化算法的实际测量性能,并与IEEE测量标准提供的参考算法结果进行比较,验证所提出优化算法在测量准确度、使用数据长度和单相测量方面具有的综合性能优势。
摘要:在电力市场坏境下,黑箱外网静态等值是有效解决互联子网独立潮流安全分析结果准确性的关键技术,现有研究存在参数估计值不稳定的严重问题。为此,提出一种基于支路开断潮流灵敏度的双端口黑箱外网静态等值方法。首先,针对常规的双端口互联电网,将外网等值为简化Ward模型。然后,利用支路开断潮流的灵敏度构造等值转移导纳与边界关联节点电压增量之间的线性关系。最后,在上述线性关系基础上采用最小二乘估计方法实现转移导纳的高效求解。一方面,利用上述线性关系,参数的估计只需要边界关联节点及其支路的几个电压量测和导纳参数,所需数据量和计算量较少,且不存在非线性方程迭代求解的初值设置问题和计算收敛问题。另一方面,除线性化误差外,上述线性关系严格成立,因而在估计精度方面也具有明显的优势。最后利用IEEE39节点系统和广东电网的仿真结果验证该论文所提方法的有效性。
摘要:经验表明,主导发电机的不当调速器参数设置可能引发严重的小电网频率稳定事故,甚至造成电网崩溃,因此辨识调整发电机调速器参数对电网监控具有重要意义。该文提出一种基于实测试验数据的发电机调速器参数抗差分步辨识方法。针对调速系统参数,通过轨迹灵敏度和指标灵敏度,将参数分为主导参数和非主导参数,进而通过主导参数/非主导参数分步辨识。针对现场试验数据可能存在噪声毛刺偏差等问题,采用Huber估计与指数型函数相结合的抗差目标函数,实现参数的抗差辨识。最后通过仿真算例以及实测试验数据验证方法的合理性。
摘要:为解决大规模风电并网的日内调度和实时控制问题,提出一种基于功率波动时间相关性和随机模型预测控制理论(fluctuation temporal correlation stochastic model predictive control,FTC-SMPC)的风电集群优化调度方法。基于单风场预测模型及误差模型,建立了表征风电集群功率动态波动时间相关性的预测误差的多元高斯概率密度函数(multivariate Gaussian probability density function,MGPDF)。通过逆变换抽样技术和场景缩减技术,从MGPDF随机生成的大量符合风电集群功率波动时间相关性的场景中选取风电功率预测典型场景。以典型场景集合为基础,建立调度周期内各场景弃风电量期望最小的日内调度模型。以风电集群日内调度曲线为参考,建立各风场功率缺额期望最小的风场实时控制策略。算例分析表明,相比于传统SMPC调度模型,文中所提调度模型能更准确地反映风电的波动特性并使调度曲线更加平滑,进而提高了对大规模风电的消纳能力。
摘要:在含风电电力系统中考虑了价格型需求响应,针对风电与价格型需求响应存在的不确定性,提出了一种适用于预调度方案可行性检测的鲁棒调度方法。所提调度模型分为两个阶段,第一阶段为预调度阶段,在考虑第二阶段可行性的基础上制定机组开停机计划和出力方案;第二阶段为再调度阶段,用于不确定参数的关键场景辨识和预调度方案的可行性检测。对调度模型呈现的min-max-min形式的含有不确定参数的两阶段优化问题,采用列约束生成(column-andconstraint generation,C&CG)与Benders分解相结合的二阶段法进行求解。对min-max-min形式的简单算例及改进的IEEE-118节点系统的测试结果表明,所提调度模型能有效保证预调度方案的可行性,且C&CG-Benders两阶段求解方法要优于Benders-Benders求解方法。
摘要:发电机组存在禁止运行区间,使得其无法运行在某些出力区间。如果在含风电的日前调度中不考虑这一因素,可能会得到脱离实际的机组启停方案。该文考虑风电出力的随机性,建立计及机组禁止运行区间的含风电两阶段鲁棒机组组合模型。由于所提模型为大规模的非凸、非线性随机优化问题,难以直接求解。先引入整数变量,将原非线性非凸优化模型转换为混合整数线性优化(mixed integer linear optimization,MILP)模型;由于该模型第二阶段问题中含有0-1整数变量,不能直接利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件转对偶求解。采用双层列生成(column-and-constraint generation,CC&G)循环算法以求解该问题:外层循环为传统的CC&G算法,内层循环为嵌套式CC&G算法,以寻找最严重场景。采用加速策略以加快内层循环求解。采用6节点系统与IEEE RTS-79系统验证所提模型与算法的有效性。
摘要:2016年9月13日15时50分,±600kV Madeira Ⅰ直流沿线山火造成双极先后故障跳闸,在直流线路故障及再启动过程中,大量潮流反复转移至另一小容量交直流并联输电通道,引起系统振荡等异常现象,造成巴西远西北部两州ACRO电网与巴西国家互联电网解列。ACRO孤网频率升高,电压降低,引起大量切机和切负荷。与巴西电网曾发生的多次大停电相似,此次停电再次表明:虽然近年巴西输电网基础设施投资和建设已显著加大力度,但是,影响巴西电网安全稳定运行的网架结构、运行管理和系统控制等深层次问题并未根本扭转,一是,此次故障与大容量水电厂交/直流、大容量、远距离点对点输电方式密切相关,表明巴西电源结构、电网网架、电网结构规划建设方案仍需优化;二是,由于未能正确看待系统仿真过程中已发现的N-2下系统小概率高风险事件,在系统运行方式安排时未充分考虑,导致事故发生,表明巴西电网运行方式安排具有提升空间;三是,故障发生和处理过程中,遇到了保护、控制、监控、站用电、通讯系统等一系列异常和故障,扩大了事故范围,增加了事故分析判断难度、延迟了故障恢复时间,表明电网运行维护水平可继续提升。“9.13”远西北电网解列和停电事故集中体现了巴西在电网规划、建设和运行、管理等方面的特点,表明巴西电网加强管理、保障电网安全任重道远,也对我国高压直流输电技术装备首次输出海外的巴西美丽山示范工程未来安全稳定运行提出了挑战。
摘要:在现有市场环境下,为实现风电消纳与并网功率平滑,由单一主体投资建设的昂贵大型制氢装置可能面临设备利用率低、运营亏损的困局。为此,该文设计了一种多主体合资以实现装置产能多方共享的大型制氢装置投资–运营模式,并基于典型Shapley值法进行该模式下的运营成本核算、投资成本分摊以及利润分配。在该运营模式基础上,提出旨在实现帕累托改进的含制氢装置多主体电网的日运行调度优化策略。理论分析和仿真结果表明,通过在多个主体间共享制氢装置生产能力,分担高昂折旧费用带来的运行成本压力,可以显著改善制氢装置的经济性,避免出现“谁建谁亏”的困境,实现多方共赢。该运营模式和优化策略为未来具备全网公益属性的大型新能源消纳设备的建设和运行方式的选择提供了一个新的视角。
摘要:随着负荷种类逐渐增多,电力系统中直流负荷比例越来越大。交直流混合微网可以同时满足交流负荷和直流负荷需求,是目前研究的热点和难点。合理优化交直流混合微网中微源出力对于供电可靠性和微网运行成本至关重要。该文综合考虑微源燃料成本、电网购电成本、环境效益成本、网损、运行维护成本、微源初期建设成本及发电补贴,建立多目标、多约束优化运行数学模型。利用文化基因算法中特有的局部搜索和全局搜索理念,引入竞争和协作方法对目标函数展开迭代,从而提高算法收敛精度。将文化基因算法应用到求解交直流混合微网优化运行目标函数中,优化交直流混合微网运行成本,通过算例运行结果验证该算法的正确性和可行性。
摘要:针对直流配电网中母线电压控制问题,在双向AC/DC变换器传统双闭环控制器的基础上,设计一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和终端滑模的非线性鲁棒电流前馈控制器,在不需要增加额外电压/电流传感器的情况下实现对系统内扰动的快速跟踪,有利于直流配电网中分布式电源与负荷的扩展和即插即用。传统电流前馈控制需要多个电流传感器采集负载电流信息,利用ESO与终端滑模控制理论将电流前馈控制系统转变为以直流母线电压为输入信号的非线性鲁棒电流前馈控制器,有效避免额外传感器的加入,减少装置费用,并且ESO可对系统各状态以及系统模型的不确定性和外部扰动进行实时跟踪,实现对系统中母线电压波动的快速抑制。软件数值仿真结果表明,该控制器表现出良好的控制效果和鲁棒性,对于直流母线电压波动具有很好的稳定效果。
摘要:为实现主动配电网源–荷–储分布式协调优化,提出一种完全分布式协调的鲁棒一致性算法。在主动配电网完全分布式控制模式下,通过智能体间信息交互,采用一致性算法完成迭代计算,使得主动配电网内各源、荷、储的边际成本或边际效益趋于一致,以实现源–荷–储运行的分布式优化。首先,考虑非理想的遥测通信环境,针对遥测过程中可能出现的量测误差、遥测信道干扰、遥测数据传输时延等问题,提出基于增益调整函数的鲁棒一致性协调算法,并证明该算法的均方差一致收敛性。同时,算法通过引入功率调整项实现系统有功功率缺额的实时检测,使各项运行约束条件得以满足;通过基于节点重要度改进的状态转换矩阵缩短收敛时间,提高响应速度。最终,算例仿真验证该一致性算法的有效性。
摘要:分布式电源的间歇性发电并网、电动汽车的随机充电以及智能量测装置的量测误差等使得主动配电网状态估计结果需要考虑更多的不确定因素。在利用区间数对系统量测不确定性予以合理分析与定量描述的基础上,建立主动配电网三相区间状态估计模型。为能够精确求出系统状态估计结果,提出基于迭代运算的线性规划算法对所建立的主动配电网三相区间状态估计模型进行求解,并结合稀疏矩阵技术进一步提高算法的求解速度。对修改的IEEE 123节点算例进行测试分析,与现有非线性区间优化求解方法和蒙特卡洛抽样方法进行比较,结果表明所提方法在估计精度以及计算效率方面均具有一定的优势。以区间数形式对网络中不确定物理量进行刻画与建模后,采用状态估计程序得到的计算结果也会呈现出区间形式,由此可为调度人员提供更加直观的系统状态量上下界信息。
摘要:提出了利用近红外波段单色法测量煤颗粒表面温度的方法,开展了不同粒径的3个典型煤种单颗煤粒在不同炉温、氧气浓度和气氛下的实验研究。实验结果表明,随着氧气浓度的增加,火焰亮度明显增加,大同烟煤颗粒发生挥发分喷射现象,而海拉尔褐煤则没有出现,京西无烟煤均为异相着火;3个煤种的着火温度和着火延迟时间均随氧气浓度增加而降低。在炉温和气氛相同时,着火时刻煤粒的表面温度随粒径的增加呈略微增加的趋势,而中心温度则持续下降,揭示了文献中粒径变化时着火温度实验结果不一致的原因是由于毫米量级煤粒内部存在较大温度梯度造成的。采用CO2代替N2时,煤颗粒的着火延迟时间增加,CO2气氛下氧气浓度的增加对着火的促进作用更明显。
摘要:自由活塞斯特林发电机由于其內禀高效、高可靠性和绿色环保等突出优点,在家庭和商业热电联产等领域具有重要的应用前景。文中基于热声理论对一台5kW(e)级自由活塞斯特林发电机开展了热电联产研究,从声阻抗角度考察了自由活塞斯特林发动机与直线电机在热电联产模式下的匹配特性。在理论计算的基础上开展了系统实验研究,以氦气为工质,在充气压力为5MPa、加热温度为550℃工况下,以供热水温度70℃获得了3kW(e)电功率和5.7kW供热水热量,对应27.5%热电效率和80%综合热利用率。
摘要:在水平固定管式炉上进行了不同浓度CO2/N2气氛下成型松木屑制备成型生物质炭的实验,考察CO2在成型松木屑热解过程中参与反应的转化率以及CO2对气液固三相产物产量和生物质炭特性的影响。通过对成型生物质炭的成型密度、孔隙结构、官能团、高位热值和元素含量的分析,确定了CO2对成型松木屑热解过程的影响机制、最佳气化CO2浓度以及最佳热解温度。结果表明:CO2的引入不仅促进羟基、甲基、亚甲基等脱落和芳环结构的开裂,进而促进了成型生物质热解,而且还促进了焦油的裂解和挥发分的析出,提升了H2、CH4、CO的产量,同时也降低了成型炭的密度和增大成型炭的BET比表面积。最佳CO2浓度以及最佳热解温度分别为10%和600℃,此时引入CO2参与反应的转化率达到最大值74.9%。
摘要:为了从换热特性、流阻特性、磨损及积灰等方面综合分析对比烟气横掠圆管束和椭圆管束的性能,利用数值模拟的方法先是对圆管束、椭圆管束的换热及流阻特性进行了数值计算,验证了烟气横掠管束数学模型的正确性,然后对圆管束、椭圆管束的磨损及积灰情况进行了气固两相流冷态数值模拟。计算结果表明:与圆管束相比,椭圆管的换热系数减小7.72%,流动阻力降低了66.71%,椭圆管束的综合性能优于圆管束;椭圆管束具有更好的抗飞灰磨损性能,并且在工况较恶劣的环境下,椭圆管束的各排管子可降低磨损量21%~73%;由于椭圆管束具有更小的低速回流区域,更小的管壁低速区域,更优化的流场分布等优点,椭圆管束具有更好的抗积灰特性。因此,相比于圆管束,椭圆管束不仅具有更好的综合换热性能,还具有更优的防磨性能及抗积灰性能。
摘要:研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n1:n2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感Lb对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压2080V、高压侧适用电压100400V,双向功率600W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。