分布式电源集群控制与电力信息实时仿真研究

随着智能电网的发展,大量高渗透率的分布式电源以集群形式接入电网,通信网络与电力网络耦合不断加深,电力信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)的架构不断完善。针对高比例分布式电源集群区域电网,提出了基于多代理一致性的群内自治和群间协调结合的分层协同控制方案。为了全面考虑通信系统对集群控制的影响,搭建了基于RT-LAB和OPNET的电力信息实时仿真平台,准确反映通信网络性能以及精确模拟策略的发出、通信、延时及响应全过程。另外,实现了控制器硬件在环,针对所提集群控制策略开发了集群控制器硬件。在CPS架构下通过不同通信场景下集群算例的仿真,验证了集群控制策略的有效性和本仿真平台的可行性和准确性。     

一种风电集群分层模型预测控制策略研究

针对分布式风电场大规模风电集群（WPC）在电力系统并网中存在的有功功率调度与控制问题,提出了一种基于动态电力调度的分层模型预测控制（HMPC）策略。首先,将调度框架分为日内调度、实时调度、集群优化和风电场调制四个层次,使得风电调度具有精细的时间尺度。其次,利用下行旋转和传输路径最大限度地提高风电场调制层的风电输出,并通过数值特征方法进行分层分析,提高优化模型中风电预报数据的准确性。最后,利用真实风电场数据进行仿真实验,验证所提控制策略的有效性。实验结果表明,所提HMPC策略能充分利用风电集群的多个时间尺度和适应因子的预测信息,能有效提高风力发电集群传输路径的利用率,提高了风电的可容纳空间和调度的准确性。     

考虑虚拟电厂灵活调节特性的现货市场出清模型及灵活性溢价评估方法

虚拟电厂(virtual power plants,VPP)作为新兴市场主体，逐步在多市场交易品种中获得准入地位，通过聚合灵活分布式资源响应系统调度指令、执行交易结果，为新型电力系统拓展了可调节资源。现阶段，虚拟电厂处于以参与辅助服务市场为主、参与能量市场为辅的业务形态。随着高比例新能源的渗透，虚拟电厂向现货市场过渡将成为重要业务拓展方向。研究了适应虚拟电厂参与的现货市场出清模型，允许虚拟电厂通过引入灵活申报方式反应自身的灵活调节特性，用以提高电力市场交易供需双方匹配率；同时基于不同交易模型出清结果的对比分析，建立了虚拟电厂灵活性的溢价评估方法，实现了虚拟电厂定价体系由能量定价向“能量+灵活性”定价模式转变，从而提高了灵活资源虚拟电厂在电力市场中的竞争力和价值认证。     

面向电能交易的用户级直流微网母线电压分层控制策略研究

传统用户级直流微网运行策略无法满足微网用户分布式电能交易需求,为此提出一种面向分布式电能交易的直流微网母线电压分层控制策略。该策略依据直流母线电压信号,将微网划分为6个运行区域。根据每一层区域的特点,将微网内分布式单元设置为特定的电压主控单元(控制直流母线电压设备对象)和能量单元(提供功率输出设备对象)。分布式单元依据微网运行区域的变化而改变其运行模式。考虑用户光伏、储能多种资源参与交易的可能性,基于微网交易模式,提出售电状态和购电状态下的微网控制策略。仿真结果验证了所提策略的可行性和正确性。     

交互能源:实现电力能源系统平衡的有效机制

风电、光伏等间歇性可再生能源的大规模引入,以及电动汽车、热泵等新型可控负荷的不断应用,将给电力系统的安全运行带来很大的挑战。在传输网层面,系统的功率平衡需要考虑新的调频资源和控制方法,而在配电网层面,分布式能源(包括可再生能源和新型负荷)的大量接入会引起网络的拥塞、电压和其他电能质量问题。为了提高分布式能源的接入比例,优化分布式能源就地利用率,保证电网的安全运行,系统需要控制和协调大规模分布式能源的有功或者无功出力。从控制策略上说,单纯的以电网安全运行为目标进行的集中式控制,因忽视社会整体效益而很难奏效。为此,将介绍一种兼具市场特性和控制功能的机制:交互能源。对交互能源机制的基本概念和特征进行阐述,并对基于交互能源机制的示范项目及系统应用的发展概况进行总结。最后,提出了交互能源机制的若干关键支撑技术。     

低碳经济下电动汽车集群与电力系统间的协调优化运行

随着电动汽车(EVs)大规模接入电网,其充放电行为的随机性将给电力调度带来新的问题。在研究电动汽车与电网间信息、能量交互机制的基础上,深入分析EV集群运行模式及其对电力系统发电调度的影响。基于低碳经济理念,以电力系统发电能耗成本、CO_2排放费用和V2G服务补贴费用最小化为目标函数,综合考虑EV行驶需求、碳排放配额、碳排放交易机制等相关约束,建立低碳经济环境下EV集群与电力系统间的协调优化运行模型。采用所建模型对10机系统进行仿真分析,优化结果验证了模型的合理性和有效性。     

从四川高温干旱限电事件看新型电力系统保供挑战与应对展望EI北大核心CSCD

2022年8月,四川遭遇大范围长时间极端高温干旱天气,从而面临“三最”叠加的局面,即历史同期最高极端温度、最少降水量、最高电力负荷。四川水电大幅减发,而负荷又急剧攀升,造成较大的电力供需缺口,继而发生严峻的应急限电事件,引起业界广泛关注。基于此,从高温干旱极端天气出发,剖析了四川限电事件的关键影响因素,并着重对四川源网荷储灵活性资源进行了深入分析。其次,从电力保供维度归纳了新型电力系统电源侧随机化、电网侧互联化、负荷侧电气化、灵活资源市场化与运行控制智能化等多维特征。进一步,从规划、运行、交易、政策4个层面研判新能源占比逐渐提高的新型电力系统将面临的保供挑战。最后,对规划、运行、交易、政策4个层面的挑战提出相应的应对措施、解决思路与建议,为新型电力系统电力保供提供思路。     

基于负荷均衡加载的电力系统分布式经济调度策略

在构建以新能源为主题的新型电力系统背景下,电网面临以电动汽车为代表的电气化交通负荷剧增的巨大挑战。针对上述问题提出一种负荷均衡优化模型,将负荷均衡后的集群电动汽车依次并入电网。然后应用多智能体一致性算法,以发电机组的增量成本和集群电动汽车的增量效益作为一致性变量,设计一种集群电动汽车参与电力系统经济调度的算法,通过分布式优化方式解决经济调度问题。建立4种典型的仿真情景,分别验证集群电动汽车分步参与电力系统分布式优化调度的有效性、对不同通信拓扑和功率受约束情况的适用性以及分布式优化算法在集群电动汽车参与经济调度时“即插即用”的能力。在IEEE 39节点系统上进行算例仿真,验证了策略的有效性。     

光伏集群有功功率分层预测控制策略

针对光伏集群有功功率的波动性和随机性会显著影响电力系统安全稳定运行的问题，基于大系统分层递阶控制理论，提出光伏集群有功功率分层预测控制策略。该策略在空间尺度上分为3个层级：在日前集群跟踪层以跟踪日前调度计划为目标，建立光伏集群调度计划跟踪模型，并将优化后的调度计划值下发给子集群层；在子集群层中建立协调优化分配模型，同时将集群下发的控制指令合理分配给各子集群，并给出子集群内部电站的优化出力值；在实时电站控制层建立电站有功控制模型，该模型根据运行工况及所接收的优化出力值，自适应采取最大出力模式或跟随模式工作。最后，仿真结果表明所提方法在保证系统安全稳定前提下，能够提高目标区域内光伏消纳，且使得各个光伏电站有功出力更加平稳。     

主动配电网能量管理与分布式资源集群控制

大量分布式资源并网运行的主动配电网,若采用传统集中式的调控决策体系,面临控制敏捷性、系统可靠性、海量通信和信息隐私等问题。文中设计了"集群自律-群间协调-输配协同"的主动配电网能量管理与运行调控的体系结构,并开发了相应的系统。然后,重点介绍了这种集群控制、多级协调的调控体系特点和关键技术:①主动配电网网络分析技术;②分布式集群调控技术;③考虑不确定性的配电网有功和无功协调优化技术;④输配电网分布式协调调度技术。最后,简要介绍了该系统在高比例分布式可再生能源配电网的应用效果,并对后续的研究方向进行了展望。     

新型电力系统居民分布式资源管理综述

随着新型电力系统建设加快推进,能源供需平衡模式正在经历由“源随荷动”向“源荷互动”的深刻变革。靠近电力需求侧的居民分布式资源以其庞大规模和灵活调节能力,具备支撑新型电力系统清洁低碳、安全高效发展的潜力。为此,在全面梳理国内外居民分布式资源管理具体进展的基础上,阐述其对新型电力系统建设的推动作用。首先,介绍了户用光伏、户用储能、电动汽车、柔性负荷4类居民分布式资源,并阐述了居民分布式资源管理概念及发展。其次,围绕新型电力系统四大关键特征,讨论了分布式资源在促进电网安全高效运行、推动能源清洁低碳转型、实现电力柔性灵活调控、助力智慧融合系统建设4个方面发挥的重要作用。同时,从政策制度与管理机制、硬件设备与软件平台、管理技术与优化方法 3个方面综述了居民分布式资源管理的核心要素,并分析了居民分布式资源管理内外部重要影响因素。最后,提出了对新型电力系统居民分布式资源管理的未来展望,包括完善政策机制、升级基础设施、优化市场交易、强化技术方法 4个方向。     

提升配电网新能源消纳能力的分布式储能集群优化控制策略

针对分布式电源大规模接入配电网造成的资源浪费与储能系统经济性有待提高的问题,提出一种用于提高分布式电源消纳和储能系统经济性的集群储能控制策略.首先,建立了兼顾系统模块度与有功功率平衡度的综合性能指标,并提出了基于遗传算法的集群划分方法.然后,通过逐层进行配电网与集群层面的削峰填谷,依次确定集群储能及节点储能功率;在计及配电系统安全、储能系统运行等约束条件下,构建了集群储能经济模型,分析既有储能配置下可消纳新能源比例及储能系统日运行收益,确定各节点储能最优时序出力.仿真结果表明,所提控制策略可以促进配电网新能源消纳,提高储能系统运行经济性.     

风电集群有功功率控制及其策略

鉴于大规模风电并网的集中控制和精细化调度要求,文中基于区域有功功率分层调度思想,设计了风电调度中心站—风电集群控制主站—风电场控制执行站3层体系架构的风电集群有功功率控制系统,并给出风电集群控制主站和各场站间控制接口的设计方案。继而考虑风电场、分散接入风电机组的调节性能差异,针对运行实际需求提出一套面向集群控制主站的有功功率控制策略,实现风电场有功控制模式的在线决策和相应模式下的有功功率指令值的在线快速计算,并验证了控制策略的有效性。所建系统可实现风电集群内风电场、分散机组的统一调度与监控,并且在充分利用电网接纳风电能力的同时提高集群运行的经济性,有效解决目前风电分散控制导致的资源浪费、协调困难等问题。     

光储式5G通信基站集群灵活性聚合与协同调度策略

5G通信基站通常配备光储,数量庞大、功耗可调,是一种优质的电力灵活性调节资源。提出了多类型光储式5G基站集群灵活性资源聚合方法以及参与电网调峰的协同调度策略。首先,分析休眠机制下多类型基站功耗可调特性与计及基站备用电量的储能调节能力。基于极限场景思想,构建了光储式5G基站的灵活性空间量化模型。在此基础上,利用闵可夫斯基和法刻画异构基站柔性资源的时空耦合能量轨迹,得到海量基站集群的灵活性资源聚合可调域。其次,建立了基站集群聚合资源参与电能量市场和辅助服务市场的协同调度优化模型,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)的分层分布式基站集群协同优化调度策略,将大规模基站集群调度问题降维分解为统一协同调峰功率响应、聚合功率自治调度和基站集群功率分配3个子问题进行求解。通过算例对比分析可知,所提策略可降低通信基站69.86%的用能成本,为提升通信资源利用率和电力系统灵活调节能力提供了有效手段。     

基于分布式光伏集群协同优化的配电网电压控制策略

随着分布式光伏在配电网中渗透率的增加,负荷与光伏出力波动等原因引起的配电网电压越限问题日益凸出。为此,提出一种基于分布式光伏集群协同优化的配电网电压控制策略。首先,通过电气距离模块度指标对配网进行集群划分;然后,通过无功电压灵敏度矩阵选取各集群的主导节点,并利用集群电压偏差度判定各集群电压状态。危险集群的光伏逆变器采用就地控制模式调压;安全集群的光伏逆变器采用可变功率控制模式。利用集群之间无功电压的灵敏度,将安全集群与危险集群进行协同配合,从而使整个配电网电压运行在安全域内。最后,根据某实际配电网41节点系统的算例证明,基于光伏集群协同优化的配电网电压控制策略,比统一下垂控制和统一功率优化控制的效果更佳,能够有效提升配电网电压质量。     

面向新型电力系统的感知层网络技术研究

随着新型电力系统的发展，配电网低压侧测控、分布式新能源快速功率群控等新业务不断涌现。传统以采集为主的感知层通信网需要承载控制业务，对感知层通信的带宽、实时性、可靠性和安全性等方面提出更高要求。针对这种情况，分析新型电力系统下的感知层网络技术方案和安全方案，在变电站、配电房等电力业务集中的站点，统筹建设感知层网络，实现本地宽窄带有线和无线信号覆盖、统一管理、安全接入，避免无线资源抢占和有线网络重复建设。依托物联网总体架构从覆盖、性能、安全三个方面增强本地网络承载新型电力系统分布式新能源的控制能力，提升感知层网络深度与广度，降低电网感知成本。     

直流微电网集群多状态运行分级协调控制策略

为了对直流微电网集群进行协调控制并对其进行能量管理,提出一种多状态运行分级协调控制策略.该策略采用子微电网设备级控制与集群系统级控制的两级分级方式,在保证本微电网正常运行前提下利用分布式一致性算法控制集群微电网母线电压,并利用直流区域控制误差控制方法控制集群联络线功率.集群运行根据网内储能单元荷电状态值划分为多个运行状态,并针对不同运行状态制定不同的联络线功率控制策略,使集群内各子微电网在不同运行状态下的运行更加合理.最后,通过MATLAB/Simulink软件对所提控制策略在多工况下进行验证,结果表明采用所提控制策略时系统电压水平可以提高至额定电压附近,同时可以根据联络线功率控制策略在多个运行工况下切换并实现控制目标.     

区块链,能源行业的闯入者

正能源区块链旨在将大量由分布式能量采集装置,分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来,以电力系统为纽带,利用互联网思维和技术改造能源产业,从而构建横向多元互补、纵向源网荷储协调、能源与信息高度融合的新型能源供用体系。     

集群移动通信在广西电力系统应用前程探讨

介绍了集群移动通信特点、适用范围、发展方向和集群移动通信在全国电力系统应用的典范。参照外省电力系统应用集群移动通信为电力生产服务的成功经验，探讨了集群移动通信在广西电力系统生产中的应用前景。     

基于集群的主动配电网双层分布式优化调度策略研究

随着主动配电网中大量分布式能源资源的接入,传统的集中式调控架构体系将无法有效处理这些分布式单元,因此有必要对主动配电网分布式资源集群优化调度开展研究。以基于多智能体架构的主动配电网为研究对象,根据“群内自治、群间协调”的分级调控思想,提出一种基于“源-荷”集群功率偏差的双层分布式优化调度策略。在上层全局优化阶段,提出基于“源-荷”集群功率偏差的改进一致性算法对各集群间进行分布式协调优化;在下层局部优化阶段,基于分布式一致性算法对各分布式单元进行协调优化,获取最优效益下“源-荷”需求,同时对所提策略的收敛性进行证明。通过IEEE 33节点系统验证所提策略的有效性和合理性。