数字孪生虚拟电厂系统框架设计及其实践展望EI北大核心CSCD

随着国家“双碳”及“构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标的提出,清洁化、数字化越来越成为电力系统面临的迫切需求。虚拟电厂基于先进的控制、计量、通信等技术聚合需求侧海量多元分布式资源,可以通过多样化的调节手段为电力系统提供必要的灵活性支撑,并同时助力可再生能源消纳。而数字孪生技术利用大数据、云计算、人工智能等数字技术对分布式资源物理实体的特征、行为、过程和性能等进行虚拟建模,是实现虚拟电厂运行优化的理想途径。该文展望虚拟电厂未来技术发展方向,基于数字孪生的概念、架构和特征,提出数字孪生虚拟电厂系统,深入阐述数字孪生虚拟电厂的内涵,构建基于物理实体、数字孪生体、孪生数据、连接以及智能应用等的数字孪生虚拟电厂总体架构,分析相关关键技术,并对其未来应用实践进行总结与展望。     

基于多源信息感知和光学图像处理的电力装备数字化运维技术研究

将数字孪生技术引入新型电力系统高端电力设备,依据其孪生模型进行现场运维模拟试验和大电流、高电压、多谐波载荷下的功能性响应分析。从机械振动、气体成分、光学视觉、电气参量四个传感维度分析了新型电力系统装备智能感知技术提升,并实现了现场运行参数与数字孪生模型数据之间的交互联动。另一方面,提出了支撑数字孪生多源感知技术的GPU算力拓展技术,可有效支撑10-5~103 s设备动态行为仿真监测,并提出了高端装备运行寿命评估策略。研究结果可为数字孪生技术应用于高端电力设备场景提供理论指导和技术参考,有效支撑“双高特征”为主的新型电力系统安全稳定运行。     

数字孪生在卫星星座系统中的应用探索

数字孪生是针对复杂产品多物理、多尺度、多领域集成的高保真度仿真,能够对物理世界进行忠实映射及交互融合。随着大数据、工业互联网以及数字化设计技术的融合与发展,数字孪生在复杂产品与系统中的应用潜力得到越来越多的关注。针对卫星星座系统规模庞大且技术多样,设计难度大等问题,探索数字孪生在卫星星座系统设计中的应用。首先对数字孪生的概念、应用及技术发展进行了总结分析,基于数字孪生理论,提出了基于数字孪生的卫星星座系统应用框架;然后分析了应用实施过程中的需突破的关键技术与问题;最后基于统一标准,展示了卫星星座系统数字孪生模型的多领域集成建模,为未来数字孪生在卫星星座系统中的进一步落地应用提供理论与方法参考。     

基于北斗与数字孪生技术的智能电网运维平台研究

针对电力系统日益复杂的运维问题,本文将北斗精准时空技术与数字孪生系统理论相结合,提出构建智能电网运维平台的方法。该方法通过将北斗与物联网传感器相结合,形成可以进行状态预测、故障诊断、自愈等功能的数字孪生运维平台。本文首先分析了北斗数字电力孪生系统总体架构,然后从数字孪生体建模理论、基于北斗的数据采集智能终端、数字孪生平台的运行模式等方面展开讨论电力系统的数字孪生体构建方法,最后进行了应用试验分析。研究结果表明,本文提出的方法对提升智能电网的运维能力具有参考价值。     

河北电科院:打造数字孪生电网全场景仿真验证平台

本刊讯 2月21日,河北电科院实现数字孪生电网全场景仿真验证平台软件基础设施完成首次测试运行.河北电科院认识到新型电力系统建设需要数字技术与能源技术深度融合、广泛应用,电网数字化转型与新型电力系统构建需要相互作用、相融并进.为此,电科院加强数字孪生电网应用技术研究工作,推动数字孪生电网全场景仿真验证平台建设.该平台目前...     

数字孪生技术在电网运行中的典型应用与展望

随着电网建设规模的扩大和数字经济的推动,电网数字化和智能化越来越成为电力行业发展的迫切需求。数字孪生技术基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制和平台化服务等信息技术体系,为推进电网安全稳定运行、建设能源互联网企业提供了新思路和途径。该文基于数字孪生的概念、基本架构和特征,提出了数字孪生电网的内涵,构建了数字孪生电网的框架,阐释了数字孪生电网的运行模式,分析了数字孪生电网的关键技术,并从设备层、电网层、业务层和运营管理层4个层面提出了数字孪生技术在电网企业可实现的典型应用,为数字孪生电网的建设提供了理论支撑,指明了发展方向和建设思路。     

基于数字孪生的配电自动化终端设备状态评价与故障预判

数字孪生旨在构建物理实体从现实空间到虚拟模型的映射,通过双向交互数据的实时闭环驱动,模拟出物理实体的实时状态和动态特征。配电自动化设备作为电力系统中的重要元件,一旦发生故障将会给电力系统造成重大经济损失。该文以数字孪生技术作为配电自动化终端设备与配电主站间信息交互、预判故障、辅助配网运维的基础,通过统计分析某地区配电自动化终端采集的历史数据与处缺信息,在数字孪生体系中构建并实时更新、修正状态评价评语集、评价权重及故障集,同时搭建智能状态评价与故障预判模拟模型,为实现对配电自动化终端设备状态的实时监测、进行配网运维检修指导提供了参考。     

数字孪生在电力系统应用中的机遇和挑战EI北大核心CSCD

电力数字孪生系统(digitaltwinofpowersystems,PSDT)旨在充分利用电力物联网所承载的数据流,通过实时态势感知、超实时虚拟推演2种手段来认知电力系统继而辅助电网运管调控的决策制定。不同于现行的仿真软件,PSDT具备数据驱动、实时交互和闭环反馈3大特点。围绕上述2种手段和3大特点,从工程和科学2个视角剖析了PSDT提出的背景和目的,并阐述了其建设的思路和特色,进一步设计了PSDT的实现框架并探究了其建设所面临的关键问题和核心技术。最后,阐明了PSDT在电力系统多个领域的应用现状与前景。文中的工作也是数字孪生(digitaltwin,DT)在电力领域的早期系统性探索,其研究一方面可为电力物联网的建设提供借鉴;另一方面,也会推动DT技术和数据科学在工程中的应用。     

数字孪生在电力系统应用中的机遇和挑战

电力数字孪生系统(digitaltwinofpowersystems,PSDT)旨在充分利用电力物联网所承载的数据流,通过实时态势感知、超实时虚拟推演2种手段来认知电力系统继而辅助电网运管调控的决策制定。不同于现行的仿真软件,PSDT具备数据驱动、实时交互和闭环反馈3大特点。围绕上述2种手段和3大特点,从工程和科学2个视角剖析了PSDT提出的背景和目的,并阐述了其建设的思路和特色,进一步设计了PSDT的实现框架并探究了其建设所面临的关键问题和核心技术。最后,阐明了PSDT在电力系统多个领域的应用现状与前景。文中的工作也是数字孪生(digitaltwin,DT)在电力领域的早期系统性探索,其研究一方面可为电力物联网的建设提供借鉴;另一方面,也会推动DT技术和数据科学在工程中的应用。     

电力装备行业数字孪生关键技术与应用展望

数字孪生技术是电力装备行业数字化转型的关键技术。为此分析了电力装备行业数字化转型的研究现状,并提出了电力装备数字孪生通用架构。结合行业的发展情况指出与仿真建模方面相关的四大关键技术:统一信息建模技术、多层级仿真建模技术、多物理场多参数反演技术及复杂多维信息合成与可视分析技术。根据产业链不同环节的特点描述了数字孪生技术在智能设计、智能制造、供应链动态管理及运维管理等方面的典型应用场景,并分析了现阶段研究不足与未来研究重点。最后展望了数字孪生技术应用后为行业带来的变革,为电力装备行业的数字化转型提供了借鉴和参考。     

Systematic evaluation for multi-rate simulation of DC grids

With wide applications of power electronic devices in modern power systems, simulation using traditional electromechanical and electromagnetic tools suffers low speed and imprecision. Multi-rate methods can enhance efficiency of simulation by decreasing the scale of systems in small time-steps. However, the existing traditional methods for multi-rate simulation suffer the problems of instability and simulation errors. These have hindered the application of multi-rate simulation in power industry. Therefore theoretical evaluation on different multi-rate simulation methods is crucial to understand the feasibility and limitation of the methods, and to contribute to overcome the drawbacks of the traditional methods. In this paper, the multi-rate simulation performance based on two traditional technologies and a Modified Thevenin Interface are evaluated to provide an overall feasibility of multi-rate algorithms in the power simulation. The Modified Thevenin Interface is proposed to overcome the drawbacks in synchronization. Three theorems are proposed and proved for theoretically analyzing the stability of the simulation methods. Error analyses of the multi-rate methods are performed to identify the relationships between errors and simulation conditions. Besides, the accuracy and efficiency performance in a practical project of VSC-MTDC shows the feasibility and necessity by using multi-rate simulation. Through the theoretical analysis, the issues of stability and accuracy of multi-rate simulation for the DC grids have been better understood, based on which an improved simulation algorithm has been proposed to overcome these issues. Long-term system dynamics of large-scale systems containing DC grids and fast transients of HVDC converters can be investigated simultaneously with high speed and sufficient accuracy.     

多区域新能源接纳能力评估模型研究及应用

在传统调峰平衡和生产模拟分析方法基础上,提出一种基于混合整数优化的多区域新能源接纳能力评估模型,该模型将各区域可接纳的新能源装机规模作为决策变量,综合考虑新能源出力特性、各类型发电机组特性、输电断面、供热、机组组合等一系列运行约束的情况下,实现运行模拟和各区域可承载新能源装机规模的联合优化,可有效评估一定限电比例要求下可接纳的新能源装机规模。基于所提模型对中国“十三五”新能源接纳能力进行了评估,得到了基准情景、火电灵活性改造放缓情景和高电力流情景下全国各区域新能源接纳能力,并给出了促进新能源消纳的相关建议。     

基于模糊综合评判法的电力系统信息安全评估

结合电力信息系统的应用现状,提出了利用模糊综合评判法进行基于系统安全工程能力成熟度模型(SSE-CMM)的电力系统信息安全评估的模型和方法.首先介绍了SSE-CMM和模糊综合评判法,然后阐述了如何根据SSE-CMM划分评判层次,并根据电力信息系统的特点合理确定模糊评判矩阵和权重系数集,最后通过算例分析阐明了应用模糊综合评判法进行基于SSE-CMM的电力系统信息安全评估的具体步骤.计算结果表明,文中提出的方法具有可行性和指导性.     

电力系统硬件在环仿真应用的现状及展望

硬件在环仿真(HILS)是提升现代大电网系统仿真准确性、支撑开展高压直流/新能源等装置可靠性验证的有效手段。首先,在介绍HILS基本架构和优势的基础上阐述了HILS在提升电网一次系统仿真准确性、支撑电网二次控制系统测试验证方面的技术及应用现状;然后分析了电力系统HILS平台构建面临的挑战,提出可接入多异构数据模型的灵活架构技术、有限仿真资源下新能源场站等值和大型二次系统等效技术、控制对象接入的通用接口技术等技术方向;最后,从传统技术深化和与新技术融合发展2个角度探讨了电力系统HILS的未来发展趋势,以期对相关平台研发和仿真实验工作提供一定参考。     

基于连续潮流的配电网供电能力评估

随着非全相运行的分布式电源大量接入配电网,配电网固有的三相不平衡特征更加突出,传统配电网供电能力评估因忽略配电网三相不平衡特征导致结果不准确。为了准确分析三相不平衡特征对配电网最大供电能力评估的影响,建立了以配电网供电负荷参数最大为目标函数,考虑了支路热约束和节点电压等状态变量和分布式电源的有功和无功功率等控制变量的含分布式电源三相不平衡配电网供电能力评估模型。选择电压跌落情况最严重的相作为连续参数,确保预测-校正过程的的连续潮流法求解的结果更加精确。最后,采用拓展的IEEE33节点配电系统进行仿真验证,表明文中所提的模型和求解方法是有效的。     

基于轨迹灵敏度频域特征提取的电力系统仿真误差主导参数识别

电力系统动态仿真中主导参数的准确识别是进行仿真验证的前提,传统方法通过比较各参数的轨迹灵敏度时域特征大小确定主导参数.对此,提出了一种基于轨迹灵敏度频域特征提取的电力系统仿真误差主导参数识别方法.通过分析仿真误差曲线的频域特征,提取误差敏感频点;建立评估参数对轨迹灵敏度频域影响的特征指标,通过指标分析各参数轨迹灵敏度在敏感频点处的频域特性,进而得到仿真误差的主导参数集.采用WSCC 3机9节点系统验证了所提方法的有效性,结果表明所提方法弥补了从时域角度提取轨迹灵敏度信息不充分的不足,可为电力系统仿真验证提供理论支持.     

电力系统聚合理论概念及研究框架

针对分布式发电、大规模可再生能源及电动汽车等新型主动体入网引起电网运行的安全、稳定及经济性问题,将电力系统与生态学、社会学结合,提出电力系统聚合理论的分析方法.重点研究聚合体的特性建模、聚合过程与评价体系、聚合体间的管理框架及相互关系,进而构建主动体聚合化的资源系统、安全防卫系统、再建系统和智能控制系统等四大系统,实现电力系统的聚合化.进一步对基础聚合单元微电网和高级聚合单元多微电网、虚拟电厂（VPP）、超级电网等各种聚合体的结构、物理及社会特性进行研究,探讨聚合体运行过程中的演变规律和互动方式等动态特性.电力系统聚合理论是一崭新的智能电网基础理论,适应大量智能化、多元化、分布式主动体接入智能电网的发展需求.     

基于分类回归树算法的在线静态电压稳定裕度评估

随着电力负荷的不断增加,电压稳定问题日益凸显;为防止电压失稳,电网运行人员迫切需要了解电网当前的运行状态。提出运用分类回归树算法构建决策树模型,对静态电压稳定裕度进行在线评估。首先根据PV曲线分析和电压稳定裕度计算获得决策树训练样本集;然后通过模态分析和相关系数分析降低属性集的维度,确定训练决策树的输入属性;最后利用离线数据,运用决策树分类回归树算法训练出在线电压稳定裕度的评估规则。以某省实际电网为例对所提方法进行验证,其决策规则具有较高的准确性,能够实时地评估电网运行状态。     

基于分频器理论的新能源电网暂态频率稳定分析方法

在分析输配电线路频率相关参数时,将频率固定为额定值的时域仿真法是电力系统暂态频率稳定分析的常用方法。然而,随着新能源比例不断提升,电网各节点频率时空分布差异更为显著,已有传统数值微分频率分析方法难以保证分析精度。因此,文中提出一种基于分频器理论的新型电力系统暂态频率分析方法。与传统频率分析方法相比,该方法所得节点频率可随节点间电气距离变化而改变,在暂态过程中可更准确地刻画瞬态条件,实现各节点实时频率准确获取。通过建立简单含风电的三端系统,分析了基于分频器理论的实现方式,通过仿真验证了所提方法的正确性和优越性,可为新型电力系统频率稳定分析和控制设计提供新的思路和参考方案。     

轻型高压直流输电系统的仿真与故障分析

轻型高压直流输电（high voltage direct current light,HVDC Light）是一种基于电压源换流器（voltage sourced converters,VSC）和脉冲宽度调制技术的新型直流输电形式,其运行控制简单,输出波形好,解决了传统高压直流输电换相困难,两端必须采用有源电源等问题。分析了HVDC Light系统的结构及基本原理,针对定直流电压和定有功功率的控制方式,构建了HVDC Light系统的MATLAB仿真模型;分析了系统的功率和直流电压的稳态特性,并针对几种常见的交流侧物理量扰动和三相短路故障进行了仿真分析。结果表明,受到扰动后的系统能够在0.3 s左右恢复稳态。仿真结果证明了HVDC Light系统的可行性和仿真模型的正确性,为HVDC Light系统的实际应用提供了参考。