微网作为黑启动电源的电力系统网架重构优化策略

微网是一种能够灵活容纳可再生能源发电的小型电力系统,一般具有高比例的可再生能源渗透率和利用率,具备孤岛运行能力。随着含高比例可再生能源发电的微网的容量逐渐增大,其作为黑启动电源为大停电后电力系统中待恢复机组提供启动功率的潜力得到越来越普遍的认可。在此背景下,对微网作为黑启动电源时的电力网架重构优化问题开展研究。首先,分析了含高比例可再生能源微网作为黑启动电源的优势及其可行性。然后,以最大化恢复系统的发电量和最小化微网内的负荷损失量为目标构建计及微网作为黑启动电源的网架重构优化模型,并基于节点重要度和路径恢复时间构建综合路径评价指标以优化待恢复机组的恢复路径。最后,以新英格兰10机39节点系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。     

基于元件重要度的差异化规划核心骨干网架构建方法

有效评估电网支路和节点的重要度,对于构建电网的核心骨干网架具有重要的指导作用。文中将模糊理论引入风险评估中,采用模糊数描述发电机和负荷的不确定性,提出了一种新的支路重要性评估方法,并进一步结合节点接近度和节点关键度得出节点的重要度。在此基础上,建立了综合考虑支路和节点重要度的核心骨干网架构建模型,并采用离散粒子群算法进行核心骨干网架搜索。仿真算例表明,该方法能有效解决网架中的支路和节点重要性评估问题,搜索得到的核心骨干网架方案在保障重要负荷正常供电的同时,有选择性地保留重要度较大的元件并满足节点数和支路数最少。     

基于图论算法的电网核心骨干网架构建

构建电网核心骨干网架能够保证电网在灾害期间对重要节点的供电,并有利于电网在灾后的快速恢复,为社会减少经济损失。对此,在电网节点、线路重要度评估基础上,基于图论算法给出了一种电网核心骨干网架构建方法。首先根据核心骨干网架的期望规模与节点重要度排序确定必须留存的重要节点,同时判别这些节点的电源容量与负荷容量是否匹配,并给出了增加电源节点的规则;其次,以原电网中各线路的重要度作为其权值,计算留存节点之间的最短路径及其对应的线路列;接着,求解留存节点之间的最短路径所构成图的最小生成树,并将树中的每条边用其对应的线路序列进行替代,得到初步的核心骨干网架;最后,对初步网架进行安全运行校验,得到最终的核心骨干网架。该方法能够更直接地将重要节点留存在核心骨干网架之中,同时兼顾经济性,使网架的规模尽可能小。     

基于系统灵活性的日前高比例可再生能源消纳分析

可再生能源的并网容量逐年扩大,高比例可再生能源接入系统后将对电力系统的运行稳定性带来挑战,故应研究高比例可再生能源并网后的优化调度方法。首先分析了系统的灵活性资源调用成本,其次构建了考虑灵活性资源响应的可再生能源消纳动态优化调度模型,并采用动态最优潮流算法求解,通过考虑源-网-荷-储等多种灵活性资源,研究高比例可再生能源并网后的系统调度运行情况。最后,通过IEEE 39 节点系统对提出的优化调度方法进行了验证和测算。算例结果表明通过电力系统中的灵活性资源响应,可以提高可再生能源的消纳电量,并降低系统的失负荷风险,提高电力系统的安全运行水平。     

基于风险的多区互联电力系统分布式鲁棒动态经济调度

为应对高比例可再生能源并网给调度运行带来的高不确定性,提出一种基于风险的两阶段鲁棒动态经济调度模型,可用于优化多区互联电力系统的联络线功率与区域发电及备用计划.在鲁棒优化模型中对所采用不确定集的边界进行优化,以评估弃风与失负荷风险.对联络线功率的优化包括两个方面:一是针对可再生能源预测出力制定基态联络线计划;二是针对实际可能出现的可再生能源出力制定功率调整计划,以实现区域备用共享.建立一种分布式调度体系,以实现各区域电力系统分散自治运行.采用动态乘子更新策略,避免了分布式优化算法参数选择的问题.在3区354节点系统上的算例分析验证了所提模型与算法的有效性.     

高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架

大力发展可再生能源是应对能源危机和环境问题的重要手段,高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征。文中从高比例可再生能源接入带来的强不确定性和高度电力电子化带来的稳定机理变化两个方面,分析了高比例可再生能源电力系统面临的关键科学问题。在此基础上,从中国未来电力系统结构形态分析与电力预测、含高比例可再生能源的输电系统规划、含高渗透率可再生能源的配电系统规划、电力电子化电力系统稳定性分析、含高比例可再生能源交直流混联系统的优化运行等5个方面,提出了高比例可再生能源电力系统的研究框架,重点阐述了这5个方面的相互关系。最后,对未来高比例可再生能源电力系统的研究进行了总结和展望。     

考虑灵活性与经济性的可再生能源电力系统源网联合规划

传统经济性规划方法无法反映电力系统灵活性,难以满足高比例可再生能源电力系统的规划需求,为此,提出一种考虑灵活性与经济性的多目标源网联合规划方法。分析源荷两侧的灵活性需求,并从功率平衡与功率传输两方面实现电源灵活性与电网灵活性的定量评估。在此基础上,综合考虑电源、线路2种灵活性资源,建立兼顾灵活性和经济性的电力系统双层联合规划模型：上层是规划方案的多目标优化决策,实现源网灵活性和经济性的协同优化;下层是多场景运行模拟,对规划方案的灵活性与经济性进行定量评价。IEEE RTS-24节点系统与IEEE 118节点系统的算例结果表明,所提规划方法能够有效响应并平复可再生能源电源与负荷的不确定性功率波动,提高系统的灵活性以及对可再生能源的消纳能力。     

高比例可再生能源电力系统的马尔科夫短期负荷预测方法张涛,顾洁

高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征,可再生能源发电技术的持续发展和可再生能源价格补贴机制与市场化消纳方法结合,为主动负荷的时段转移特性提供技术支持与利益驱动。双重推动下使得负荷需求与可再生能源出力间的相关性增强,提出了考虑可再生能源出力因素的短期负荷组合预测方法,引入负荷需求与可再生能源出力的相关性以改善高比例可再生能源电力系统短期负荷的预测效果。应用交叉谱方法以凝聚谱值刻画负荷需求与可再生能源出力的相关性,将负荷与可再生能源出力数据序列离散化后形成2条马尔科夫链,结合马尔科夫误差修正建立了高比例可再生能源电力系统下考虑可再生能源出力因素的短期负荷组合预测模型。将预测模型应用于某实际电网,预测结果表明,所述方法提高了预测精度,能较好地解决高比例可再生能源电力系统的短期负荷预测问题。     

分布式信息能源系统的耦合模型、网络架构与节点重要度评估

分布式信息能源系统是能源互联网发展的新阶段和应用的新形态,也是信息和能源深度耦合的分布式复杂信息物理系统。该文在研究电网与电力通信网的耦合网络模型的基础上,借鉴复杂网络理论,采用相关系数法和关联矩阵法建立以能源路由器为节点的分布式信息能源系统网络架构;结合信息流和能量流的不同业务特征,建立考虑双网耦合标度的网架节点重要度评价指标体系,提出一种可由客观因素修正主观赋权的多指标综合评价方法;仿真验证表明通过节点重要度计算可有效优化系统骨干网架的搜索过程,确保覆盖重要度高的节点及关键线路,进而验证节点重要度评估机制的可行性及合理性。     

含高比例分布式光伏的主配网紧急切负荷策略研究

随着新型电力系统接入高比例分布式光伏和不同等级的重要负荷,传统紧急切负荷策略对于日益紧密的互联电网适应性较差,导致分布式光伏或重要负荷脱网,随即引起更严重的连锁故障。提出了一种含高比例分布式光伏的主配网紧急切负荷策略。分析提取主配电网极端运行参数,通过风险评估构建紧急场景集;在主网层提出基于事件和响应的双驱动切负荷策略,通过主网切负荷优化模型求取紧急场景各配网切负荷量,并存入离线数据库用于事件驱动模块,基于离线数据库构建的随机森林模型用于响应驱动模块;在配网层通过分析各馈线重要度,以切负荷后果严重度最小为目标构建配电网最优切负荷模型,将可中断负荷参与减载作为切负荷的第一轮次,求取切负荷量和切负荷地点;在含高比例分布式光伏的105节点系统中进行仿真分析,与另２种切负荷策略对比,验证了所提策略能够使电网风险有效下降的同时降低分布式光伏和重要负荷脱网对系统的影响。     

特约主编寄语

正随着可再生能源的快速发展,特别是以风电和光伏发电为代表的大规模可再生能源的开发和利用、以及以远距离传输可再生能源到负荷中心为主要目的的直流输电通道建设和投运,电力系统已呈现高比例可再生能源接入交直流混联电网的特征和发展趋势。高比例可再生能源、交直流混联电网与多类型负荷的协同优化运行已成为电力系统实际生产运行和工业界、学术界普遍关注的热点问题,具备重要的理论研究和工程实用价值。     

考虑差异化加固的全阶段抗灾型骨干网架两阶段优化规划

为减少台风等极端自然灾害对电力系统造成的破坏和损失，提出一种考虑差异化加固的全阶段抗灾型骨干网架两阶段优化方法。首先，针对横跨多个台风灾害区域的输电网提出灾前差异化加固指标、灾时抗毁能力指标以及灾后恢复能力指标来评价骨干网架的全阶段抗灾性能，并运用场景分析法处理台风路径的随机性。在此基础上，构建全阶段抗灾型骨干网架优化规划模型来最大化骨干网架抗灾性能综合指标，并提出一种两阶段等效转换方法将其转换为两阶段优化规划模型，以降低模型求解难度。然后，提出基于图论修复策略和遗传算法的改进非支配排序遗传算法的两阶段求解算法对所提模型进行求解。最后，以广东某区域输电网进行算例分析，验证了该文所提全阶段抗灾型骨干网架规划方法的有效性和优势。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

计及高渗透率可再生能源接入的配电网节能规划研究

针对配网可再生能源接入比例的不断增加,传统规划方法已难以满足电网发展需求.提出了一种含可再生能源高比例接入的配电网分层分区节能规划方法.首先对高比例可再生能源的容量及布局进行优化,实现可再生能源的初步选址和定容;其次,以可再生能源规划结果为初值,构建双层迭代规划模型,实现以成本和节能效益为目标的优化决策模型;最后,采用和声搜索算法对所提优化模型进行求解.算例采用真实电网数据进行分析.仿真结果表明,所提模型和方法有效且具有可行性.     

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革.文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段的特征.结合这一领域的研究成果,全面解析了高比例可再生能源电力系统发展过程中将出现的挑战,分析了电力系统消纳高比例可再生能源的一系列技术解决方案,对各项技术的基本原理、经济成本与发展前景进行了分析和比较.研究表明,高比例可再生能源并网将面临一系列技术挑战,而每项关键技术仅能解决其中一部分问题.这些技术在未来高比例可再生能源电力系统中的应用不仅取决于其技术有效性,还取决于其经济性以及与其他技术的互补性.中国未来实现高比例可再生能源电力系统的形态与发展路径取决于各项关键技术的相对发展步伐及其耦合影响.     

计及多阶段抗灾性能的骨干网架多目标优化

构建抗灾型骨干网架并对其进行差异化加固,可以保障极端灾害下电网安全运行和重要负荷供电。在此背景下,提出一种计及多阶段抗灾性能的骨干网架多目标优化模型。该模型定量评估了电网中节点和线路的拓扑和运行重要度,并提出基于核主元分析的综合评估方法。在满足投资限制的基础上,以最大化网架生存性、抗毁性和系统可恢复性为目标对抗灾型骨干网架进行优化。然后,采用嵌入图论修复策略和档案学习策略的改进全面学习粒子群优化算法求解优化模型,以扩大可行解空间。最后,某区域电网仿真算例验证了该模型的有效性。     

虚拟电厂参与下含高渗透可再生能源系统的运行策略

为电力系统能够规模化灵活控制分布式可再生能源与可控负荷参与系统市场交易和优化调度。本文提出一种虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)参与下含高渗透可再生能源的双层优化调度模型,将虚拟电厂作为独立市场主体参与系统调度,两层之间交替求解,实现协同优化;同时利用威尔分布、贝塔分布模拟风电、光伏的随机性,计及可再生能源出力不确定性带来的高估与低估成本。针对双层优化模型,混合整数、非凸、非线性、多目标的特点提出一种新颖的多目标飞蛾扑火算法(Multi-objective Moth-flame optimization, MOMFO)。最后通过修改后的IEEE39节点为算例验证文中提出的模型可均衡各层收益主体,在维持安全稳定运行的前提下,系统运营利润最大化,有效实现了电力系统的可持续性发展;同时也验证了多目标飞蛾扑火算法的有效性与竞争性。     

考虑需求响应的含光热电站可再生能源高渗透率电力系统多源优化调度

在可再生能源高渗透率电力系统中,如何考虑可再生能源发电的不确定性并实现多源协调优化调度是电力系统运行的重要问题。为此,构建了基于光热电站出力灵活调度的多源电力系统随机机组组合优化调度模型,并将需求响应机制引入该模型,以应对可再生能源高渗透率电力系统中光伏、风电的预测误差以及波动性导致的不确定性问题。该模型以多个场景集下的综合成本最优为目标,在兼顾场景多样性的同时,综合考虑系统的综合成本。最后,以改进的IEEE-30节点系统为例,通过多种调度方式的对比,验证了所提模型的有效性与经济性。算例结果表明,所提调度方式总成本较传统方式降低了4.41%,切负荷量减少了93.74%,可再生能源渗透率提高了1.93%。通过源荷两侧的协调调度,该模型能够在降低系统调度成本的同时保证高渗透率电力系统的稳定性与安全性。     

基于扩展序列运算的含不确定性需求响应电力系统优化调度

未来高比例可再生能源的随机性给电力系统运行带来了前所未有的挑战,灵活性资源的不足限制了可再生能源的发展,柔性负荷可作为一种灵活性资源参与电力系统的调峰和备用。文中根据响应机制的不同,将柔性负荷分为激励型负荷和价格型负荷两种。基于扩展概率性序列运算理论,分别建立表征激励型负荷和价格型负荷响应不确定性的概率模型,表征风电出力不确定性的概率模型也随之建立。在此基础上,以应对风电波动性和随机性为背景,基于风险约束和风险成本理论,构建了同时考虑风电出力和需求响应不确定性的电力系统日前优化调度模型。针对构建的随机优化问题,文中通过序列运算对机会约束条件进行转化,将其转化为一个约束条件为线性的确定性优化问题进行求解。最后,通过仿真算例验证了模型的有效性,并分析了序列运算应用于不确定性问题的实用价值。