基于主从博弈的独立储能系统参与日前现货联合市场的交易策略研究

储能资源具有双向快速调节功率的能力,是优质的调频资源,其参与电力市场可以增加电力系统的灵活性。为了研究储能参与现货电力市场的交易策略,建立了独立储能系统参与现货联合市场的双层模型,独立储能系统作为上层领导者以实现自身收益最大为目标,调度和交易中心作为下层跟随者以实现购电成本最小为目标,进行Stackelberg主从博弈。然后,利用驻点法将双层模型简化为易于求解的均衡约束数学规划问题。最后通过算例对所提出的模型进行验证。     

基于深度强化学习的新型电力系统调度优化方法综述

随着新能源并网规模不断扩大,能源形式更加灵活多变,电力系统调度运行面临新的挑战。随着系统复杂度和不确定性增加,传统基于物理模型的优化方法难以建立精确的模型进行实时快速求解,而深度强化学习（DRL）可以从历史经验中自适应地学习调度策略并实时决策,避免了复杂的建模过程,以数据驱动的方式应对更高的不确定性和复杂度。文中首先介绍了新型电力系统调度运行问题;然后,介绍了DRL原理及其分类算法;接着,分析了各类DRL算法在求解新型电力系统调度决策问题时的优势与劣势;最后,对需进一步研究的方向进行了展望。     

含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法综述

随着“双碳”目标的推进,高比例可再生能源广泛接入,电力系统呈现出不确定性因素多、源荷变化快、多重随机性强等特点,给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。解析法是最常用的运行可靠性评估方法之一,具有数学模型清晰、计算效率稳定、枚举状态关系明确等优势,有助于保障电力能源的安全可靠供应。从电力系统运行可靠性的概念和评估流程出发,归纳亟待解决的问题。在此基础上,从可靠性评估效率提升、考虑极端灾害的不确定性建模和序贯解析评估3个方面归纳了现有研究成果及其存在的不足。最后,展望了含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法的未来研究方向。     

考虑储能用户与新能源双边交易调峰服务的电力系统联合运营模式

新能源并网规模的不断扩大和并网容量的大规模增加给电网的调节能力和新能源消纳问题带来了严峻的挑战,采用储能系统参与调峰是推进新能源发展的重要手段。为此,提出了综合考虑储能用户满意度和新能源调峰需求的电力系统双边交易联合运营模式和交易模型,以各方综合效益最大为目标,建立新能源侧、电网侧和用户侧的投标和出清模型,其中储能用户与新能源于日前完成双边交易以直接减小电网的调峰服务压力,最终由电网侧的储能消纳剩余新能源出力。算例仿真结果表明,所提运营模式不仅有效地调动了用户主动调峰的积极性,还减小了电网侧储能的调峰压力,在促进新能源发展和保障电力系统稳定运行方面具有重要意义。     

基于主从博弈的发电商与大用户双边合同交易模型

在开放的电力市场环境下,双边合同交易的竞争不仅包括合同签订双方即发电商和大用户之间的竞争,还包括多个发电商之间为获得更多的发电量而产生的合同电价的竞争。在此背景下,文中构建了计及多个发电商与多个大用户之间的双边合同交易的主从博弈模型。其中发电商的目标是通过与其他发电商进行非合作博弈,从而确定最优合同报价以使其通过双边合同售电的利润最大;而大用户则根据发电商的报价及预测的现货电价来选择其购电策略,从而使其购电成本最小。对主从博弈的纳什均衡解的存在性进行了证明并给出了博弈纳什均衡解的求解思路。算例结果表明博弈的参与者,即发电商和大用户都因参与博弈而受益。     

新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望

随着“碳达峰·碳中和”目标的提出,未来电网日益凸显的“高比例可再生能源、高比例电力电子设备”问题显著影响系统安全稳定运行。虚拟同步机(VSG)技术可以使以电力电子逆变器为接口的新能源设备具备类似同步机的电网支撑能力,因而得到广泛关注。文中首先梳理了构网型电源和跟网型电源,并介绍了VSG原理、作用和国内外应用情况。其次,梳理VSG对电力系统稳定性的影响以及限流对系统运行的影响。最后,从辅助服务角度对VSG在新型电力系统下的定位进行分析,在大电网、配电网、微电网层面对VSG的应用提出构想,并对VSG发展和后续研究提出相应建议。     

图深度学习技术在电力系统分析与决策领域的应用与展望

新型电力系统的高比例可再生能源、高比例电力电子设备特性给电力系统分析与决策带来巨大挑战。以深度学习(deep learning,DL)为代表的数据驱动技术擅长应对大规模高维非线性数据建模问题,在电力系统分析与决策的应用愈发受到业界的关注。作为近年来的热门分支之一,图深度学习(graph deep learning,GDL)将DL技术拓展到了不规则拓扑关联数据的处理,加快DL技术实用化的步伐。该文对电力系统分析与决策各领域的任务需求、DL应用现状做了简要归纳,结合GDL的发展脉络与前沿热点技术,全面总结GDL在电力系统分析与决策应用优势与不足,围绕通用性/迁移性、可靠性以及可解释性等方面探讨GDL框架的未来发展思路。     

含能源路由器的交直流互联配电网协调动态优化

能源路由器(energy router,ER)作为能源互联网的关键设备,可以灵活控制潮流分配,提升电压水平,实现区域互联、能量互济、故障隔离等功能,研究采用ER实现交直流互联配电网的优化运行具有重要意义。考虑到ER和多种有功和无功调节设备的协同运行,提出了一种日前–日内双时间尺度下的有功–无功协调动态调度模型,该模型以系统综合成本和电压偏移度为目标函数,通过日前离散设备调度和日内连续设备调节相互配合,实现协调动态优化。提出了一种改进的多目标粒子群算法求解模型,以改进的IEEE 33节点交流配网和13节点直流配网系统作为仿真样本,结果表明,ER的接入对降低配电系统损耗、改善电能质量、优化运行策略、促进新能源消纳和降低综合成本有积极影响,并验证了所述算法的有效性。     

支撑中国能源安全的电氢耦合系统形态与关键技术

氢能作为新兴的零碳二次能源,对于推动中国能源体系转型、支撑中国能源安全具有重要意义。为进一步推动氢能与电力系统的深度融合,支撑中国高比例新能源发展,对电氢耦合系统形态与关键技术展开研究。首先,构建了电氢耦合系统的技术框架。然后,从氢能供应链的制-储-输-用4个方面评述相关技术发展趋势,进而从发电侧、电网侧和消费侧3个角度出发论述氢能对电力系统典型场景的关键支撑技术,分析支撑中国能源安全的电氢耦合系统形态。最后,针对当前电氢耦合系统发展中的问题进行阐述并给出相关政策建议。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标,合理有效的电力系统规划至关重要,需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此,设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型,以投资成本与运行成本之和最低为目标,内嵌全年8760 h时序运行模拟模型,采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模,协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量;下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据,基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型,合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后,在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警

随着“双碳”目标的提出,可再生能源集群大规模并网,导致电力系统频率安全问题再次凸显。因此,借鉴深度学习方法,提出一种基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警模型。首先,对电力系统的频率安全进行多级精细划分,提出并构建频率安全多级预警模型。该模型在第1阶段利用基于改进残差网络的分类评估器对受扰后的频率是否会超出安全预警值进行评估,并给出预警等级;在第2阶段利用回归预测器进一步给出预警样本的危险程度。最后,以改进IEEE 10机39节点系统和美国伊利诺伊州200节点系统为算例对该模型进行测试,结果表明该模型具有较高的安全预警准确率,不但优于其他浅层学习方法和深度学习模型,而且可以精确地预测频率危险程度,并具有良好的鲁棒性和抗噪能力。     

基于最小特征轨迹的电力系统稳定器参数整定方法

电力系统中低频、超低频等振荡的发生会威胁电网的安全稳定运行。电力系统控制器的参数设置直接影响系统低频和超低频振荡等小干扰问题的稳定性。为分析控制器参数对于稳定性的影响,从频域角度提出了一种基于最小特征轨迹的小干扰稳定分析方法。首先,建立转子回路的紧凑形式Heffron-Phillips模型,并根据特征轨迹得到频域稳定裕度表达式;然后,对该稳定裕度进行灵敏度分析,实现了参数对稳定性影响的量化分析。此外,基于该方法对励磁模式进行了分析,并从理论层面解释了电力系统稳定器增益存在上界的原因,同时,给出了励磁模式频率及电力系统稳定器临界增益求解方程。最后,提出了一种控制器参数整定方法,并通过算例验证了所提方法的有效性与实用性。     

分布式源荷参与辅助服务的市场机制与实现方法

有效的分布式源荷参与辅助服务的市场机制可以扩大市场参与者的范围,提供多样化的能量、容量和调节服务,帮助电力系统实现快速调节、平衡供需和应对突发事件,从而维持系统运行安全性和提升运行经济性。在此背景下,首先,从有功平衡服务、无功平衡服务、事故应急及恢复辅助服务等方面综述和比较了国内外分布式源荷参与辅助服务市场机制的发展现状和发展思路。然后,基于独立主体和聚合2种参与形式,系统地总结了分布式源荷参与辅助服务市场的聚合和控制技术。接着,对分布式源荷参与辅助服务市场的计量、结算和成本分摊机制进行了梳理,并分析了区块链技术、共享商业模式在分布式源荷参与辅助服务市场中应用的现状和问题。最后,面向中国新型电力系统建设需求,展望了分布式源荷参与辅助服务市场的研究方向。     

新能源自同步电压源接入电力系统频率特性分析

随着新能源渗透率的提高,研究新能源以自同步电压源形式接入后的系统频率动态特性对系统频率稳定分析具有重要意义。基于此,文中采用负荷容量为基准容量,构建了包含同步发电机、跟网型电流源接入新能源、构网型自同步电压源接入新能源在内的系统频率动态聚合模型,分别采用阻尼比、H∞范数等指标分析了自同步电压源型新能源占比与自同步电压源控制参数对系统频率动稳态性能的影响。研究结果显示,自同步电压源型新能源占比对系统频率性能的影响存在临界范围,当自同步电压源型新能源占比超出临界范围时,占比提高对频率性能的提升作用明显降低。最后,通过基于RT-LAB的实时仿真,验证了所提系统频率动态聚合模型的有效性及分析结果的正确性。     

基于机会约束规划的智能楼宇与社区综合能源系统协调优化

为考虑智能楼宇(IB)与社区综合能源系统(ICES)协调优化中的不确定性及多主体的差异化利益诉求,提出了基于机会约束规划的IB与ICES主从博弈协调优化调度策略。首先,基于IB的蓄热特性,采用热阻-热容网络对热量在楼宇围护结构的热动态过程进行建模。随后,基于该热动态模型,构建了含可调散热器的楼宇用户热需求响应模型。其次,为考虑ICES和IB的差异化利益诉求,利用主从博弈方法对二者的协调优化进行建模。然后,为考虑风电和光伏出力不确定性对ICES与IB协调优化调度的影响,进一步采用机会约束规划的方法对ICES与IB的主从博弈优化模型进行求解。最后,通过算例验证了所提方法可以在风光出力不确定性下保证ICES与IB双方的经济利益,并在兼顾经济性的同时促进风光消纳。     

基于节点碳势的配电网分布式资源低碳调度策略

双碳目标的提出加快了新型电力系统建设进程,随着大规模的可再生能源和分布式资源接入电力系统,如何有效利用这些多元化资源的灵活性来配合电力系统调度降低系统运行的总碳排放量成为亟须解决的关键技术难题。因此,研究了基于节点碳势的配电网分布式资源低碳调度策略,该方法能够兼顾电网运行的经济性和低碳性优化系统调度策略,从而降低系统总碳排放量。首先基于碳排放流理论对配电网进行碳势分析,然后以系统碳势为依据调整系统的购电及发电计划,并引导分布式资源优化调整自身用能方案。为保障配电网的安全稳定运行,所研究方法将电网安全运行约束考虑在内,通过仿真算例的对比分析说明了所提出策略可以提升可再生能源消纳率、降低配电网网线路损耗、减少配电网总碳排放量以及总运行成本。     

面向双碳目标的电力系统规划方案量化归因分析方法

面向双碳目标的电力系统规划需要在众多新安全挑战与低碳技术耦合的背景下进行系统发展的决策分析。各项低碳技术在电力系统低碳转型方案中起到的作用尚不明确且无法量化。在此背景下,相比于仅求得最优的规划方案,进一步理解规划模型给出规划方案的原因并且明确其带来的效益对规划者十分重要。文中针对电力系统规划问题引入了量化归因的概念,并提出了基于路径积分的规划方案量化归因方法 ,用以对各项设备带来的潜在效益进行分析。应用该方法对Garver-6节点测试系统和中国西北电力系统的“碳中和”规划结果进行了量化归因分析,结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于多目标合作博弈的储能平滑风功率运行控制策略

为了平滑风电功率波动,针对现有的控制策略未考虑储能运行过程中多个目标之间的竞争冒险关系,基于合作博弈论提出了用于平滑风功率的多目标储能运行控制策略。模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)中预测区间M的大小与储能运行策略有着密切联系。该研究以MPC中预测区间M为决策变量,探究其变化对风电平抑效果和储能控制策略的影响,并以此制定储能运行策略。首先建立了风-储联合发电系统模型,分析了储能运行过程中因M的改变导致目标函数间产生的合作博弈关系,其次改进了多目标哈里斯鹰算法(improved multi objective Harris hoptimizer,I-MOHHO)获取了沿所有目标均匀分布的Pareto最优前沿。最后在Pareto最优解集中选择一个M作为Pareto最优解嵌入到MPC中进一步滚动优化储能运行控制策略。结合储能运行成本的变化与传统控制策略对比分析,结果表明：1)M的改变对储能运行策略影响显著;2）考虑了合作博弈后的储能运行各项指标均得到了优化;3）基于多目标合作博弈的储能日运行成本降低了55.91%。     

基于信息物理社会融合的新能源消纳策略

随着信息物理系统的概念逐渐扩展为信息物理社会系统,以及新能源对新型电力系统的大规模渗透,新能源消纳水平提升和新型电力系统经济运行面临着更高的挑战。通过高可靠性的蜂窝星形网络的信息采集和传递将信息、物理和社会系统紧密相连,构建了基于信息物理系统和信息物理社会系统的优化调度模型。为提升新能源的消纳水平,还通过考虑碳交易成本来减少火力发电的占比。在社会系统中,电动汽车聚合商受充电成本的刺激从而积极参与电力系统的优化调度。通过CPLEX对分别包含基于信息物理系统和信息物理社会系统两种优化模型的IEEE 33节点电力系统进行仿真,计算和对比优化结果验证了基于信息物理社会系统优化模型的有效性,其不仅大幅提升了新能源的消纳水平,还减少了电动汽车聚合商的充电成本。此外,发电系统的运维成本和碳交易成本也得到了改善。信息物理社会系统在能源转型中的应用实现了新型电力系统中各主体之间的互利共赢。     

考虑多维时域特征的行业中长期负荷预测方法

中长期负荷预测是电力系统规划与设计的重要依据,准确的行业中长期负荷预测能为电网布局规划、检修计划制定等提供决策支撑。在此背景下,针对行业中长期负荷隐含的多维时域特征,提出一种基于分解和预测思想的行业中长期负荷预测方法。首先,构建了基于周期趋势分解算法的行业中长期负荷特征分解模型,以得到分别表征行业负荷变化趋势性、周期性以及随机性特征的趋势分量、周期分量及残差分量;接着,针对分解得到的各维度分量,分别构建了基于门控循环单元的行业负荷全局趋势特征提取与预测模型、基于卷积神经网络的负荷周期局部特征提取模型,以及基于改进自适应高斯核密度估计的负荷残差概率密度预测模型,由此形成考虑多维时域特征的行业中长期负荷预测方法。最后,以中国某市化工行业负荷数据为例,验证了所提预测方法的有效性。