微电网系统CIM/XML模型研究

建立基于公共信息模型(CIM)的微电网系统,不仅可以实现高效率的数据交换和"即插即用"的应用程序,而且也便于系统模型的扩展.针对合肥工业大学微电网实验室,在研究扩展的分布式各发电单元具体模型的基础上,提出了微电网各发电单元的CIM模型,为了便于在潮流计算等应用程序中使用此模型,总结了微电网各发电单元的节点类型,并分析了针对实验室的导电设备的模型,以CIM中的拓扑模型和设备容器模型建立简单的物理连接和设备的总体联系模型,并用XML语言描述了微电网的整体模型.最后采用潮流计算进行验证性实验,验证了对CIM理解的正确性和导入导出的正确性.     

基于交替方向乘子的多能互补微电网分布式最优潮流调度

针对常规分布式最优潮流无法直接应用多微电网系统等问题,提出了一种基于交替方向乘子的多微电网协同最优潮流调度算法。算法给出各发电单元的成本函数和运行约束,以此为基础,提出多微电网间联络线潮流方程及连接点平衡约束,建立多微电网协同最优潮流模型;利用平均协商确定各微电网边界变量目标值,借助交替方向乘子法对多微电网进行协同最优潮流调度。仿真实验表明,算法在无中心协调和全局通信下实现了多微电网的最优潮流调度,同时验证了算法的收敛性和一致性,与相关潮流调度算法相比有较高的调度和协同优势,并且最优间隙至少保持在2.6×10-6以内。     

基于NSGA-Ⅱ算法的并网型微网多目标调度

将分布式电源及储能单元组建成微网接入大电网并网运行,可以充分发挥分布式发电供能系统效能。由于并网型微网与外部大电网存在能量交换,会改变线路潮流,进而影响电能质量和供电可靠性。微网中各发电单元的优化调度是微网设计者所面对的一个重要课题。针对微电网并网时的优化调度,建立了考虑发电成本、污染物治理成本的微电网系统的环保优化模型。应用改进型非劣排序遗传算法(NSGA-II),进行多目标优化求解,得到Pareto最优解集。对浙江某并网型微电网进行24h优化调度进行计算分析,在和传统的单目标GA算法进行对比后,验证了其可行性和有效性。     

主从控制微电网的动态区间潮流计算

区间潮流是不确定参数为区间的潮流分析方法,只需知道不确定量的上下界。对主从控制微电网进行动态区间潮流计算,为避免传统区间潮流算法的区间迭代过程,提出一种新型区间潮流计算方法。首先结合区间数与仿射数,建立仿射泰勒区间扩展函数模型。再在建立间歇性DG装置有功出力动态区间的基础上,建立主从控制微电网的仿射区间潮流模型,提出基于仿射泰勒区间扩展函数的区间潮流法得到潮流解的动态区间,该方法实现了区间运算与迭代运算的解耦,可减少区间运算量及提高收敛性。最后,通过改造的微电网系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。     

基于IEC 61970标准的风光储建模方案

IEC 61970系列标准定义了公共信息模型(CIM)的基本包集,提供了能量管理系统(EMS)信息的数据结构和逻辑视图。在对IEC 61970系列标准中CIM研究的基础上,遵循CIM的语义和扩展规范,对原有CIM进行扩展,建立风力发电系统、光伏发电系统、储能系统的CIM扩展模型,并将其应用到包含风光储的电网能量管理系统设计中,为进一步开发能量管理系统高级应用程序提供统一的接口。     

面向分布式发电系统的CIM扩展

IEC 61970标准《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》,实现了能量管理系统中应用软件的无缝集成,但是IEC 61970没有分布式发电系统的公共信息模型（CIM）。文中对原有 IEC 61970中的CIM进行扩展,建立了光伏发电系统、风力发电系统、燃料电池发电系统、储能系统的CIM,实现了包含分布式发电系统的完整的电网信息模型,并应用于微网能量管理系统的设计。     

基于BFGS信赖域算法的孤岛微电网潮流计算

分散下垂控制策略的孤岛微电网,系统中没有平衡节点,多个下垂控制的分布式电源(distributed generator,DG)装置参与系统频率的调节并达到新的频率稳态值,传统配电网潮流计算方法将不再适用。针对分散下垂控制策略的孤岛微电网潮流计算,提出基于BFGS信赖域算法的潮流计算新方法。把DG装置处理为PQ节点、PV节点和下垂节点3种类型,建立下垂节点潮流计算模型;分析非线性节点功率方程组的求解,并将其转化为无约束最优化问题,再采用带BFGS修正的信赖域算法进行求解,得到系统稳态频率及各节点电压。对改造后的37节点孤岛微电网系统应用提出的方法进行潮流计算,验证了算法的正确性和有效性。     

基于细菌觅食算法的热电联产微电网经济环保优化调度

热电联产(CHP)系统具有高效、环保和经济等特点,能提高一次能源的利用率,具有良好的发展前景和应用价值。针对由光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机、辅助锅炉、蓄电池和热储能系统,以及热电负荷构成的热电联供型微电网系统,建立一个热电联产微电网模型。该模型考虑各种分布式电源的发电成本、环境成本和微电网设备维护成本,在满足微电网运行约束条件的基础上,优化微电网内不同分布式电源和储能系统的功率输出,使系统的总运行成本最小。从经济和环保方面分析了微电网的优化运行特性,针对发电成本和排放成本的不同权重,采用细菌觅食优化算法(BFOA)对模型进行求解,通过算例验证了数学模型与优化算法的正确性与可行性。     

公共信息模型在配电网建模工具中的应用

随着公共信息模型（CIM）的不断完善,应用也逐步从能量管理系统扩展到配电管理系统和变电站自动化。文中针对CIM的配电网扩展模型,研究其在配电网建模工具中的具体应用,阐述了面向对象模型和关系型数据库设计的对应关系,并设计了高效的资源描述框架（RDF）解析器来实现通用的数据导入导出组件,该组件遵循最新的用于电力系统模型交换的简化RDF句法标准。采用IEEE 13节点配电网系统的标准数据进行了三相潮流计算的导入导出正确性验证。     

以换电站为负荷的微电网系统建模与优化

建立以换电站为负荷的微电网系统稳态模型,结合各发电单元和换电站的特点,以微电网系统运行成本最低为目标,以满足用户需求、发电单元和充放电功率平衡为约束条件,对微电网系统运行进行优化。采用粒子群优化算法进行模型求解,将微电网系统的运行成本设为适应度函数,将各发电单元出力及微电网与主网间的功率交换设为粒子位置。算例分析表明,通过对各发电单元出力进行优化,可以降低微电网运行成本,并充分发挥微电网削峰填谷能力。     

计及详细源荷模型的三相独立微电网连续潮流计算方法

连续潮流是电力系统静态电压稳定分析的基本工具,为更准确计及独立微电网中分布式电源和感应电动机模型对电压稳定的影响,文章建立了包含详细分布式电源和感应电动机模型的三相独立微电网模型。在分布式电源模型中考虑了下垂控制特性和非光滑约束,并对非光滑约束进行了光滑处理。针对上述模型,提出一种三相独立微电网连续潮流计算方法,预测环节采用切线预估法,校正环节利用投影牛顿法处理变量边界约束,避免了校正方向造成的数值问题。对13和15节点三相独立微电网系统采用所提方法进行连续潮流计算,分析了下垂控制特性、非光滑约束和详细感应电动机模型对独立微电网电压稳定的影响,验证了考虑详细模型的连续潮流计算方法的正确性和必要性。     

公共信息模型在配电网建模工具中的应用

随着公共信息模型(CIM)的不断完善,应用也逐步从能量管理系统扩展到配电管理系统和变电站自动化.文中针对CIM的配电网扩展模型,研究其在配电网建模工具中的具体应用,阐述了面向对象模型和关系型数据库设计的对应关系,并设计了高效的资源描述框架(RDF)解析器来实现通用的数据导入导出组件,该组件遵循最新的用于电力系统模型交换的简化RDF句法标准.采用IEEE 13节点配电网系统的标准数据进行了三相潮流计算的导入导出正确性验证.     

计及风光预测误差的微电网日前多目标优化控制策略

微电网风光资源出力预测的随机性导致优化决策方案存在偏差,为了减轻预测误差随机性对微电网运行的不利影响,针对风/光/柴/储并网型微电网系统,提出了计及风光预测误差的日前多目标优化控制策略。在建立微电网各单元模型的基础上,分析了影响风光资源的随机性因素;考虑系统供需平衡以及微电网各单元运行特性等主要约束,建立了同时优化经济效益和环境效益的多目标优化模型。建模过程中采用情景生成与削减方法处理风光资源预测误差带来的随机性。采用差异进化算法求解模型,通过算例仿真,比较不同模式下微电网的优化结果,验证了文中策略的正确性和有效性。     

基于CIM/E全模型的扩展PSS/E潮流计算

基于人机界面的PSS/E单步潮流计算存在模型维护工作量大和扩展性较差的问题。提出了一种基于CIM/E全模型的扩展PSS/E潮流计算方法。以网络层次模型库为中间层,将CIM/E模型解析到中间层数据库并生成实时同步的PSS/E计算库,实现电网全物理模型的自动建模。基于API接口二次开发和封装,建立接口层,通过外部程序对PSS/E进行流程控制,实现潮流计算的自动周期运行。以层次库为输入输出接口,接收处理外部应用的设备操作指令,实现设备操作的自动交互。基于层次库实时拓扑分析,对PSS/E全模型仿真中的拓扑问题进行修正,保证了拓扑分析的正确性。使用华东电网实际电网模型进行实际应用,仿真结果证明了该方法的正确性和实用性。     

有源配电网公共信息模型扩展及其标准算例系统设计

配电网中存在各种管理系统,其软件通常来自不同的制造商,应用系统缺乏统一的信息模型和接口标准,导致"信息孤岛"林立。为此,在IEC 61968和IEC 61970现有标准的基础上,对配电网三相模型、分布式电源和储能设备等模型进行了较完整的扩展,提出了公共信息模型(common information model,CIM)扩展方法,以满足潮流计算、机组组合、经济调度、时域仿真等应用的需要。同时,设计了有源配电网的标准算例系统,以为其他研究做参考,并针对此系统进行了CIM/XML的导出和导入的验证。     

孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算

交直流混合微电网包含交流子系统、直流子系统及连接2种子系统的互连变换器(interlinking converter,ILC)。针对下垂协调控制策略下孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算,提出基于带新型线性搜索三步LM(three-steps Levenberg Marquardt algorithm with a new line search,NTLM)算法的交替迭代方法。首先分析ILC装置的控制方法,建立其节点潮流模型;结合提出的3种直流节点类型和4种交流节点类型,建立交、直流子系统的统一潮流模型。然后提出NTLM算法求解统一潮流模型,在此基础上,进行交、直流子系统交替迭代潮流计算,得到交直流混合微电网的潮流解。最后,通过改造的孤岛运行交直流混合微电网系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。     

基于Sobol’法的孤岛微电网潮流全局灵敏度分析

随着可再生能源发电在微电网中的渗透率不断提高,微电网运行的不确定性显著增加,有必要准确评估输入变量对微电网状态的影响,以提高系统的运行控制水平。计及孤岛微电网中分布式电源和负荷的不确定性,基于有功—频率/无功—电压的下垂控制策略,构建了综合控制下的孤岛微电网概率潮流计算模型,并采用具有鲁棒性的自适应LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解。在此基础上,针对系统状态的不确定性,基于Sobol’全局灵敏度理论,建立了一种考虑源荷不确定性的孤岛微电网概率潮流灵敏度分析法,用于辨识影响系统状态的关键因素。通过对有多台分布式电源接入的33节点孤岛交流微电网系统进行仿真,获得了各输入变量的一阶灵敏度和总灵敏度,分析了输入变量对系统状态的影响,验证了所提方法的有效性。     

配电系统元件的公共信息模型扩展

为支持配电管理系统(DMS)的标准化和集成的需要,对配电系统元件的公共信息模型(CIM)扩展进行了研究。鉴于配电系统三相不对称并有自己特有的设备等特性,在继承CIM中原有开关类模型的基础上,添加相应的属性和作用,建立起了重合器和分段器CIM模型后,又建立了开闭所和环网柜的聚合类模型;给出了其模型图及固有的属性和作用表。针对分布式发电技术发展的需求,建立了分布式电源的CIM模型,作为示例给出了燃料电池CIM模型及利用Ration Rose生成Fuelcell类的C 代码。     

城市轨道交通供电系统的CIM拓展及应用

借鉴电网系统公共信息模型(CIM)的拓展原则和拓展方法,对城市轨道交通供电系统进行拓展,基于面向对象编程技术,建立城市轨道交通供电系统的CIM模型。在该模型的基础上,开发城市轨道交通供电计算算法包,作为独立的插件嵌入电力监控系统(PSCADA)中,作为PSCADA的高级应用,能够实现"即插即用"的功能。最后,根据某地铁线路的全网潮流计算结果,验证城市轨道交通供电系统CIM模型及该模型标准下数据导入、导出的正确性。     

基于分层控制的微网无缝切换研究

由分布式发电(DG)单元结合本地负载、储能设备等组成的微电网整合了各分布式发电单元的优势,减弱了对大电网的影响。微电网能够在并网模式与孤岛模式下运行:并网时,系统处于电流源型工作式模输出给定功率;孤岛运行时,DG单元需维持微电网电压和频率稳定。针对微网平滑切换控制方法进行了研究,提出一种适用于分层控制结构的新型控制器,通过控制前后两种控制器在切换瞬间的输出实现平缓变换,可削弱切换暂态过程影响、确保模式切换的平滑性,使系统稳定性得以提高。最后,建立微网系统实验平台对文中所提策略的有效性和可靠性进行实验验证。