计及控制功能失效的微电网信息物理系统可靠性评估

对隔离型微电网内各个微源的协调控制很大程度上依赖安全可靠的信息系统,信息元件随机故障将通过控制功能失效进而影响微电网的可靠性。本文提出一种计及频率控制影响的隔离型微电网可靠性建模与评估方法。首先根据隔离型微电网集中式频率控制方法及信息失效对频率控制模式的影响,建立了信息物理间接影响耦合关系;其次基于隔离型微电网调频模型,提出了元件故障后果量化评估方法;定义了新的微电网可靠性指标,以表征控制失效对系统可靠性的影响,并采用基于频率控制仿真的序贯蒙特卡罗模拟法对隔离型微电网信息物理系统可靠性进行了评估。算例仿真分析了信息元件失效通过频率控制对隔离型微电网可靠性的影响,验证了本文所提指标、模型和方法的正确性。研究成果可为隔离型微电网的规划和运行提供有效技术支撑。     

信息系统对微电网能量调度经济性的影响量化方法

信息系统的失效将会影响微电网能量调度策略的运行经济性,为此提出量化信息系统对微电网能量调度策略经济性影响的分析方法,用于提升信息系统的可靠性。该方法通过研究微电网能量调度机理建立对应的信息系统模型,并结合物理系统拓扑模拟信息物理融合环境下能量调度策略的运行过程。以微电网交互成本和电动汽车用户成本为分析指标,基于模拟的运行过程,该方法能够计算微电网在考虑信息系统失效后的实际经济效益,并通过对模型参数、信息元件及拓扑结构的灵敏度分析有效识别和改善信息系统的薄弱环节。     

面向完全分布式控制的微电网信息物理系统建模与可靠性评估

微电网及其控制系统是一种典型的信息物理系统(cyberphysicalsystem,CPS)。微电网物理系统的可靠性与与之耦合的信息系统的准确和高效运行密切相关。对微电网进行信息—物理的综合分析,从机理上研究其耦合本质,对于提高系统运行可靠性具有重要意义。面向完全分布式控制的微电网,研究信息流和能量流的交互过程、信息传输过程以及通信系统的拓扑结构,完成微电网信息物理融合系统的建模与分析。进一步提出基于熵理论的微电网CPS可靠性评估指标。算例结果表明所提模型和方法可以有效分析微电网的信息物理系统,量化微电网通信网络状态对系统稳定性的影响,有效评估分布式微电网运行过程的可靠性。     

基于系统短期时序状态转移抽样法的孤岛运行微电网可靠性评估

孤岛运行微电网完全利用自身的分布式电源(DG)和储能装置满足微电网内负荷的供电需求,因此有必要对其进行充裕度可靠性评估。本文针对孤岛运行微电网未来短期可靠性具有时变性,及可靠性评估解析法难以获得故障持续时间信息的问题,提出一种孤岛运行微电网短期可靠性评估的模拟法。首先,提出系统短期时序状态转移抽样法,以获得微电网时序系统状态;再建立考虑控制策略的DG装置出力模型,并计及故障解列、孤岛系统切负荷及静态安全约束的影响进行孤岛运行微电网短期可靠性评估,得到包括负荷点平均停电时间在内的短期可靠性指标值。算例系统的短期可靠性评估结果及分析验证了所提方法的正确性和有效性,具有一定的工程应用价值。     

计及实时需求响应的综合能源信息物理系统可靠性分析

信息通信技术的飞速发展促使能源网络和信息网络耦合程度不断加深,为实时需求响应的实施提供了有效的技术支撑。为充分考察信息网络和需求响应技术对综合能源系统可靠性的影响,提出一种计及实时需求响应的能源-信息耦合系统可靠性评估方法。首先,构建综合能源信息物理系统框架并分析其实时需求响应机理;其次,建立信息传输可靠性模型,并采用混合蒙特卡洛法抽样元件状态、生成多时段故障场景;再次,将元件状态变量纳入能量平衡约束,以购能成本、负荷削减成本和需求响应成本最低为目标,建立最优负荷削减模型;然后,提出能源信息物理系统可靠性评估指标及评估流程;最后,通过算例分析了实时需求响应、物理域元件以及信息域元件对可靠性的影响,同时量化分析了物理元件和信息元件在系统中的重要程度。算例结果表明,不同元件对能源信息物理系统可靠性的影响不同,实时需求响应能够有效提升其运行经济性和可靠性;文章所述方法能够有效识别能源信息物理系统物理域和信息域薄弱环节,为其经济运行和强化建设提供参考。     

储能装置运行策略及运行特性对微电网可靠性的影响

储能装置可有效平抑间歇性分布式电源的出力波动,有助于提高系统运行的可靠性。然而,储能装置运行策略和运行特性的选取对系统可靠性水平有着重要影响。搭建了计及储能运行策略和运行特性的、更为精准的储能充放电模型,提出了基于序贯蒙特卡洛模拟法的风/光/柴/储微电网可靠性评估模型,并分别针对负荷点、系统和储能提出了一系列评估指标。通过对IEEE-RBTS标准算例系统进行仿真,分析了储能装置的运行策略、容量、最大充放电功率对微电网可靠性水平的影响,并评估了切负荷策略中位置权重系数对负荷点及系统可靠性水平的影响,评估结果可为微电网的优化规划提供有益参考。     

不确定性环境下考虑信息失效的主动配电网可靠性评估

针对目前评估方法中存在的分布式电源、信息物理模型和交互作用分析考虑不充分的问题,文中提出了一种在不确定性环境下考虑信息失效的主动配电网可靠性评估方法。首先,建立了分布式电源与负荷模型、信息物理元件模型和信息传输可靠性模型。然后,结合信息失效对配电自愈过程的间接作用,量化分析了不确定性环境下信息系统不同层次失效对故障隔离、定位和供电恢复的影响,提出了采用蒙特卡洛抽样的可靠性评估方法。最后,通过算例仿真验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑物理-信息虚拟连接的电力信息物理融合系统的脆弱性评估

不断发展的自动化与信息技术的广泛应用明显提高了现代电力系统的运行水平,电力信息系统与电力物理系统的融合也逐步广泛和深入,从而进化为电力信息物理融合系统(CPPS)。在CPPS中,信息设备的故障会影响物理系统的安全可靠运行,而外部对物理与信息元件的攻击则可能导致停电事故。在此背景下,为了分析物理元件与信息元件的交互影响,将CPPS抽象模拟为物理节点、物理-物理连接、信息节点、信息-信息连接与信息-物理连接5类元素,并在此基础上评估信息系统受损对物理系统运行的影响。在博弈论的框架下构建了双层数学规划模型分别对物理与信息环节进行了防御资源分配,用于量化存在假想攻击下系统中各环节的重要程度。以修改的IEEE 14节点系统为例进行了仿真计算,结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估方法

配电网短期可靠性可有效反映系统的运行风险,而分布式电源出力变化、网络重构与信息系统状态都是其重要影响因素。为此,提出了计及故障重构与信息约束的有源配电网短期可靠性评估模型和方法。首先构建基于马尔可夫过程的配电网元件短期停运模型,然后建立考虑故障重构与信息物理耦合的有源配电网故障后最优负荷削减模型,提出基于有向虚拟多商品流模型的考虑故障重构与孤岛划分的最优负荷削减策略,建立适用于故障重构与孤岛划分的辐射状拓扑约束以及考虑信息系统对配电网支撑作用的信息约束,实现对故障后果的精确分析。在此基础上,提出基于模型驱动的有源配电网短期可靠性评估方法,并进一步针对基于模型驱动的方法所存在的快速性不足缺点,采用“离线建模,在线评估”思想,提出基于最小二乘支持向量机的改进短期可靠性快速评估方法,实现了短期可靠性的快速评估。基于算例分析了负荷削减策略、分布式电源出力、信息物理耦合对系统可靠性的影响,验证了所提方法的有效性以及所提负荷削减策略对可靠性提升的优越性。     

考虑天气对无线接入网影响的配电信息物理系统可靠性评估

为量化配电网可靠性评估中天气对无线通信质量及故障处理过程的影响，提出一种新的配电信息物理系统可靠性评估方法。首先，分析天气对无线通信性能的影响，建立信息系统链路有效性模型；其次，采用故障模式影响分析法量化分析配电网故障时信息链路失效对配电网自愈过程的影响；最后，提出基于蒙特卡罗模拟的配电信息物理系统可靠性评估方法，以评估系统可靠性。算例采用改进的IEEE RBTS BUS6 F4，通过仿真分析验证了所提方法的有效性。     

考虑有效距离接近中心性的信息设备重要度评估

电网信息物理系统中,信息系统失效与遭受的攻击可能造成物理系统的能量损失。针对这一问题,文中提出了一种考虑有效距离接近中心性的信息设备重要度评估方法。首先,将信息系统结构抽象为有权有向的拓扑图,使之适用于量化评估。其次,根据信息系统对物理系统可靠性的影响大小,计算拓扑图中各有向边的权重。在此基础上,引入有效距离的概念,计算各个节点的有效距离接近中心性,实现从能量损失角度对信息设备重要度的量化评估。最后,对测试系统进行了信息设备重要度排序,验证了所提方法的有效性。     

基于IEC 61850的微网能量管理系统数据通信模型及其验证

将IEC 61850系列标准应用于微网能量管理系统,可以规范、统一微网能量管理系统中的通信标准,解决不同厂商制造的设备间的互操作问题。文中将微网通信体系分为三层,详细设计了各层的体系结构及对应的IEC 61850服务器和IEC 61850客户端。根据IEC 61850标准建模规范和实时数据在能量管理系统中的应用特点,提出了面向分布式电源整体系统或负荷单元系统来建立微网底层设备的信息模型,并以风力发电单元为例介绍了建模过程。针对所建立的数据模型设计了4个实验,从不同的角度对微网各层通信体系结构下的信息交互进行了实际测试。测试结果验证了所建立信息体系和微网IEC 61850模型的有效性,同时为数据交换模式的优化提供了基础,为微网的设备集成、运行分析及智能控制提供了有效的技术手段。     

考虑可削减负荷参与的含风光储微网经济优化调度

现有的微网经济运行大都以分布式电源及储能单元为可控变量进行优化调度,对微网负荷资源的管理关注较少。首先提出了微网中可削减负荷补偿代价模型,其次以微网运行一天综合经济成本最低为目标建立了可削减负荷、分布式电源、燃料电池联合优化调度的四种模式。以一典型微网系统为例,在Matlab环境下编写了优化算法程序,针对四种模式建立了能量优化调度策略,分析了四种模式下微网优化运行结果。仿真结果表明,微网与主网间的能量双向交互能明显降低微网的运行成本,可削减负荷的参与能够有效提高微网运行的经济性。此外,优化模型为微网中联合优化调度进一步发展提供参考依据。     

基于低频电流注入的船舶直流微电网线路阻抗检测

下垂控制是船舶直流微电网中一种实现系统能量分配的有效方法。在传统下垂控制中,系统内各微源之间线路阻抗不一致,导致各分布式微源承担的功率也不一致,严重时微源直流变换器甚至出现过载故障。为了解决船舶直流微电网中由线路阻抗引起的负载均流精度问题,提出利用低频注入来检测线路阻抗的方法。通过在电感电流上注入低频交流信号,检测注入后的变换器电压、电流信息,利用傅里叶变换求得线路阻抗值,进一步补偿下垂系数。该方法可以提高微电网系统直流母线电压质量,改善直流变换器并联均流时的负载均分效果,对系统稳定运行影响小。最后仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于多代理的实时电价机制下微网需求侧协同调控优化

为使微网中各元件稳定运行且经济效益提高,采用多代理技术对需求侧负荷、蓄电池以及发电侧微源进行协调控制,使微网中各代理间信息及时反馈,减少系统故障。其次在微网并网运行的实时电价机制下,制定蓄电池充放电控制策略,分析蓄电池输出功率特性,以协调一天内不同时刻的各微源出力。同时采用多Agent混沌粒子群优化算法对考虑用户满意度的微网经济运行模型进行求解。并通过算例对比分析以验证所提出的基于多代理协调控制的微网能有效提高运行效益。     

计及源荷不确定性及需求响应的离网型微电网两阶段日前经济调度

离网型微电网在远洋海岛、偏远地区等有举足轻重的作用,但源荷不确定性对其稳定运行具有一定负面影响。为减轻日内调度压力,提出了一种适用于离网型微电网的两阶段日前调度模型。利用混沌相空间重构、多目标粒子群、数据驱动及线性规划等方法,通过灵活资源调控降低源荷不确定性所带来的弃风和失负荷等负面影响,可在降低调度成本的基础上,兼顾系统高效性及可靠性。第一阶段以微电网综合运行成本最低,可再生能源就地利用率最高及系统失负荷率最小为目标,建立了计及需求响应的离网型微电网多目标经济调度模型。第二阶段针对第一阶段调度后产生的弃风与失负荷,采用极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)及XGBoost构建了蓄电池消纳弃风模型和调频电源调度模型。最后通过仿真算例的对比表明,需求响应对于系统高效性的增强是以增加调度成本和降低负荷可靠性为代价的,相比之下,所提两阶段日前调度方法可在降低调度成本的基础上,同时兼顾系统高效性及可靠性,为偏远地区和海岛等地区的离网型微电网运行提供参考。     

基于负荷分类调度的孤岛型微网能量管理方法

目前,国内外对微网运行的能量管理研究已取得了一定的成果,但是,主要是针对并网型微网运行的研究,而对孤岛型微网能量管理的研究还相对较少。因此,针对孤岛型微网的运行特点,研究了微网中的需求侧管理与调度方法,建立了孤岛型微网能量管理的优化调度模型。首先分析了在微网中开展需求侧管理的意义,将微网内的负荷按重要程度和用电特性分为三类,并作为可调度的对象。其次以总运行费用与停电损失之和最小为目标,计及停电量约束、储能设备运行约束和备用容量约束等条件,建立了孤岛型微网能量管理的混合整数规划模型,并使用CPLEX软件进行求解。算例结果表明,引入需求侧管理增加了孤岛型微网能量管理的灵活性,提高了可再生能源发电的利用率,降低了微网的运行成本。     

基于弹性负荷分时调度和多电源联合供电的微网经济运行

微网中负荷的供电特性各异,这必将对分布式单元的调度以及微网的运行成本产生影响。提出了一种基于弹性负荷分时调度的微网能量管理策略。首先依据燃气轮机发电成本曲线及电网分时电价,与接入的较大容量储能设备ES2协同供电,减少微网对电网的依赖。其次根据各机组的发电成本函数,建立相应的数学模型,将优化目标转换为二次规划问题,利用内点法优化各机组的功率输出。然后根据用户负荷的不同供电特性,分别在三个调度区间上完成了弹性负荷的调度,并分析了不同比例的两类用户对需求侧负荷管理的影响。最后通过算例仿真,验证了所提控制策略的有效性,提高了微网运行的经济性和可靠性。     

考虑交互功率与可再生能源功率波动的微电网调度优化模型

电动汽车的发展普及与V2G (Vehicle to Grid)思想的提出,对微电网系统的经济、安全运行带来了新的挑战,如何合理调度电动汽车有序充放电,促进微电网的经济、平稳运行成为当下的研究热点。针对含电动汽车的风光储并网型微电网环境,构建了最小化微电网与外部电网交互功率和平抑可再生能源功率波动的多目标调度优化模型。通过对某商业区域微电网运行算例的仿真求解,从微电网运行经济效益、日交互电量以及出力功率平均变化量等方面验证了所建模型的合理性和正确性。算例结果表明,以微电网为平台集成利用具有一定出行规律的电动汽车与可再生能源是一种理想的协同利用模式,既可以提高微电网运行的经济效益,又能有效改善微电网的交互功率和出力波动。     

一种基于先进变流器的微电网潮流态势感知方法

为了实现微电网安全持续供电,微电网潮流态势感知技术得到关注。随着随机性和间歇性分布式能源的快速发展,微电网稳定性面临的挑战比过去更加严峻。解决这个问题的关键是如何能在微电网电能质量出现异常情况之前采取行动,通过对微电网系统的感知、理解、预测以及利导来调节微电网保持稳定状态。提出一种采用先进变流器的微电网潮流态势感知方法。首先对微电网系统进行潮流计算,获得不同情形下相应的雅克比矩阵。再对引入负荷预测模型的微电网潮流雅克比矩阵进行奇异值分解,获得系统稳定情况。然后通过先进变流器提前预测选择相应模式保持系统稳定,以实现微电网态势感知以及最优模式运行,为保证微电网稳定提供了更多的方法和手段。