基于双层优化模型的能源互联网自愈及优化运行策略研究

电网和天然气网通过双向耦合可实现高可靠性运行。为解决电-气耦合的能源互联网故障自愈问题,提出了一种能源互联网自愈及优化运行方法。首先,该方法基于电-气耦合特性,充分利用天然气网对电网的能量补充,在考虑天然气网经济性和新能源出力不确定性的基础上,建立双层优化模型,实现综合能源系统的故障快速自愈及优化运行。上层模型利用基于广度优先搜索法的改进蚁群算法,优化供电恢复路径,得到系统开关状态。下层模型基于电-气耦合特性分析,以天然气网经济性为主要目标,采用条件风险价值理论(conditional value at risk, CVaR),同时考虑新能源出力不确定性带来的运行风险,构建电-气耦合的能源互联网优化重构模型。然后,对双层优化模型进行求解并进行全局优化,得到电-气互联型能量调度最优的故障恢复和优化运行方案。最后,通过IEEE33节点配电网和7节点天然气网耦合的能源互联网仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

基于比例强度模型的继电保护系统风险成本优化评估方法

提出一种基于比例强度模型(Proportional Intensity Model,PIM)的继电保护系统故障风险成本优化评估方法。该方法综合考虑设备历史运行信息和状态监测信息,对设备的运行健康状态进行综合评价,结合检修成本和故障损失成本给出单位时间最小故障风险损失。首先,建立了基于比例强度模型的继电保护系统关键设备故障风险成本优化评估模型;其次,给出了利用设备历史运行数据和状态监测数据对比例强度模型参数进行估计以及计算设备失效率的具体方法;最后,将所提出的优化评估方法用于我国不同地区继电保护本体以及互感器二次回路的风险评估问题。结果表明,所提出的方法能够针对我国南北方不同的运行环境对继电保护系统主要设备的风险成本进行优化评估,为运检工作提供理论依据。     

基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识

为有效辨识电-气综合能源系统薄弱环节,防止级联性重大事故,提出一种基于时间Petri网的电-气综合能源系统薄弱环节辨识方法。利用Petri网对系统做抽象化建模,确定故障源的关联区域子系统,并构建基于级联故障路径的时间Petri网模型,描述电-气系统故障传播的动态特性和时序差异,将级联危害评价计算融入到Petri网的运行过程中,寻找引发级联失效的关键环节,以IEEE30节点和25节点天然气系统组成的电-气耦合系统仿真分析,验证所提方法的有效性。     

恶劣天气下基于N-2故障组合剪枝法的电网多重故障风险评估

预想事故集筛选是电力系统多重故障风险评估的关键部分,现有筛选方法容易将大量高概率低风险故障加入预想事故集或是生成预想事故集的过程涉及复杂网络拓扑计算,影响风险评估效率。因此,本文提出了一种基于N-2故障组合剪枝预想事故集快速筛选方法。首先,利用低维度的风险信息来进行剪枝操作,生成多个剪枝后的故障状态树。然后,使用回溯算法完成树的深度优先遍历,得到满足故障概率阈值且风险指标高的多重故障组合,筛选合并后作为预想事故集。最后,以IEEE-RTS 79系统作为测试对象,应用所提方法进行多重故障风险评估。结果表明：所提方法的风险评估结果在算例中与N-4故障遍历的评估结果相当,计算效率有明显提升。所提方法适用于恶劣天气下电网多重故障扫描和预想事故排序,为电网风险防控提供快速计算方法。     

基于生物质热电混合供能的城镇综合能源双层优化

生物质发电相当于小型火电,单独发电时效率低,且现有研究对含生物质热电联产机组系统的优化调度关注较少。针对上述问题,提出了适用于城镇综合能源系统的多种新能源高效消纳的综合能源运行双层优化方法。通过补燃设备调整热天然气和生物质电联产机组的运行状态,建立可补燃生物质热电联产运行模型;研究了多个可补燃热电联产机组的联合控制,分别以综合供能费用和能源利用效率作为上下层优化目标,同时对热电联产机组间的能源分配调度和各热电联产机组内部运行状态进行优化,构建包含光伏生物质和天然气在内的区域能量枢纽双层优化模型。算例验证了可补燃的生物质热电混合供能对提高系统能效、降低供能费用的设计目标。     

计及多评价指标的园区能源互联网双层优化配置

在坚持走能源可持续发展道路的背景下,园区能源互联网成为能源领域重要的发展趋势。搭建了园区能源互联网的典型架构,并对能源设备进行建模;提出了综合能源自给率、综合能源利用率和能量缺额期望的评价指标;进一步,计及上述评价指标,构建了园区能源互联网双层优化配置模型。所述模型考虑了能源设备N-1故障的能量缺额惩罚成本,以及综合能源自给率、综合能源利用率、能量缺额期望的约束,并以结合灾变遗传算法和CPLEX求解器的混合算法进行求解。最后通过典型住宅区进行验证,结果表明所述方法能够兼顾系统的经济性、能源可持续性、高效性和可靠性。     

考虑供能设备故障风险的电-气-热综合能源系统优化运行

为了应对综合能源系统(Integrated Energy System, IES)中供能设备存在的潜在故障风险,建立了基于运行状态的设备故障概率模型以及基于负载率的设备故障严重度模型,表征设备不同运行状态与系统安全风险关联关系。在此基础上,以运行成本和风险值为优化目标,综合考虑电力、天然气和热力管网以及机组出力等多种约束,建立了IES多目标优化运行模型。运用二阶锥松弛、分段线性化和宽容分层序列法将该模型处理为混合整数二阶锥规划模型,并用宽容度表征系统对风险的接受程度。算例分析结果表明该模型求取的运行策略可以较好地兼顾系统运行安全性与经济性,验证了所提模型和方法的合理性和有效性。     

基于渗流和风险理论的电力系统连锁故障分析

基于渗流理论结合电气性质研究连锁故障发展机理,探索故障发展路径。首先构建了支路故障渗流概率模型,结合支路健康度指标、重要度指标综合得到支路故障停运概率模型,可以辨识正常运行状态下系统脆弱支路、预测故障运行状态下系统故障支路。其次,构建了系统连锁故障路径综合后果指标,结合路径发生概率构建路径风险评估模型,全面诊断分析连锁故障可能发展路径。最后,以IEEE 39节点系统的算例验证了所述方法的有效性。     

考虑关键故障筛选的电-气互联综合能源系统混合控制方法

电网与气网耦合日益加深,分析电网或气网故障对电-气互联综合能源系统安全稳定运行的影响具有重要意义。在此背景下,计及电-气互联综合能源系统的互补特性,提出一种考虑关键故障筛选的混合控制方法。该方法为一种迭代算法:主问题针对预想故障集中的关键故障集,提出最优预防控制策略;子问题基于主问题控制策略,针对预想故障集中关键故障外的其他故障进行优化校正,并根据切负荷阈值筛选出其中关键故障添加至关键故障集。最后,以IEEE24节点电力系统和25节点天然气系统为算例,验证了所提算法的有效性。     

电-气综合能源系统多故障两阶段恢复策略

考虑电-气综合能源系统中电力系统和天然气系统的耦合运行情况,并运用储电、储气、P2G等设备,提出了两阶段的恢复策略和恢复模型。在应急恢复阶段以恢复过程中电-气综合能源系统的经济损失最小为目标,优先恢复负荷能源供应及一部分故障设备,在综合恢复阶段恢复剩余的故障设备。构建了一个考虑多种设备的两阶段故障恢复混合整数模型,并运用分段线性化的方法进行处理。得出故障恢复过程中的最优拓扑恢复序列,并给出最优恢复方案,最终使系统在恢复进程中综合经济损失最小并使恢复效率达到最大。最后通过仿真验证了所提策略的有效性。     

基于热网-电网综合潮流的用户侧微型能源站及接入网络优化规划

提出一种考虑热网-电网综合潮流的用户侧综合能源系统的规划方法。考虑经济、节能、环保等因素,建立含风机、光伏、储能、微型燃气轮机及燃气锅炉的微型能源站二层规划模型。上层规划目标函数为年费用最小,优化变量为微型能源站安装位置、容量及接入网络;下层规划考虑储能与微型燃气轮机的优化调度,规划目标包含一次能源节约率、可控分布式能源运行费及网损费用。基于热电耦合,提出热网-电网综合潮流计算方法与流程。采用改进遗传算法和粒子群优化算法对模型进行求解。某用户侧综合能源系统算例验证了所提模型和方法的有效性。     

全局输配电网电压稳定故障筛选与排序的分布式计算方法

随着传统配电网向含大量分布式电源的主动配电网转变,输电网、配电网电压稳定评估已不再适宜各自独立计算。基于输电网、配电网分属于不同控制中心调控,提出一种全局输配电网电压稳定故障筛选与排序的分布式计算方法。该方法分为两阶段：阶段1中采用输配电网主从分裂分布式潮流工具在系统要求最小负荷裕度值的工况下进行各预想故障的潮流计算,采用最优乘子法筛选出潮流不可解的严重故障;阶段2中采用基于输配电网分布式连续潮流的步长加速二次曲线拟合方法计算严重故障的负荷裕度并进行排序。由1个IEEE 118节点输电网和2个IEEE 33节点配电网组成的全局输配系统的仿真算例表明所提方法能够快速可靠地实现全局输配电网电压稳定故障筛选与排序。     

Calculation of weighting factors of static security indices used in contingency ranking of power systems based on fuzzy logic and analytical hierarchy process

Contingency screening and ranking is one of the most important issues for security assessment in the field of power system operation. The objective of contingency ranking is to quickly and accurately select a short list of critical contingencies from a large list of potential contingencies and rank them according to their severity. Then suitable preventive actions can be implemented considering these contingencies that are likely to affect the power system performance. In this paper a novel approach is presented for contingency ranking based on static security assessment. This method employs weighted performance index with the application of fuzzy logic based analytical hierarchy process in order to select appropriate weighting factors to be imposed. The proposed method is applied to IEEE 30 bus system and the results are presented.     

考虑最优负荷削减与热负荷惯性的综合能源系统可靠性评估

综合能源系统(integrated energy system,IES)具有灵活调度和多能互济的特点,针对当前综合能源系统供能可靠性研究尚不充分的问题,提出一种考虑最优负荷削减与热负荷惯性的综合能源系统可靠性评估方法.首先,建立了综合能源系统总停供损失期望指标,充分体现了综合能源系统停供能造成的经济损失;其次,考虑能源...     

Contingency ranking for voltage stability using a genetic algorithm

This paper presents a new contingency ranking approach based on genetic algorithms. It formulates contingency ranking as an optimization problem with the objective of finding all critical cases. The genetic algorithm was selected as the search method because of its ability to find the optimal or near optimal solution while only evaluating a small percent of the problem space. In addition to limiting the number of evaluated contingencies, this approach can encompass other techniques intended to reduce the computational burden of analyzing each contingency. The severity of a particular contingency is measured by the minimum singular value of the power flow Jacobian. Test results showing the effectiveness of the proposed approach on two test systems are included.     

基于故障风险指标排序的安全约束最优潮流

安全约束最优潮流(SCOPF)是一种常用的电力系统运行调度方法,但由于需要考虑大量的预想事故,问题的求解十分困难。如何加快SCOPF的求解速度是现阶段研究的热点问题。在传统的基于故障严重度排序的安全约束最优潮流基础上进行改进,采用改进过载风险指标代替传统的严重度指标,并考虑电力网络实时的天气状况,提出了一种新型的基于故障过载风险指标排序的安全约束最优潮流算法。算例分析表明,该算法所采用的故障集更小,具有迭代速度快、安全性高和经济性好的特点,可为调度员的运行决策提供重要参考。     

基于电热耦合潮流的综合能源系统风险评估方法

安全可靠是综合能源系统的基本要求,为保障综合能源系统的供能可靠性,开展其风险评估研究具有十分重要的意义。文章首先建立考虑蒸汽网络的电热耦合潮流计算算法,接着设计考虑运行侧与用户侧的综合能源系统风险评估指标体系,最后提出基于电热耦合潮流的综合能源系统风险评估流程。算例结果表明,文章所提出的风险评估指标及分析方法可以有效识别多能流系统的整体风险。     

基于二层规划的用户侧能源互联网规划

针对能源系统规划中对多个供能区域的协调互济及多能流联合调度考虑不足的现状,研究基于二层规划的用户侧能源互联网规划方法。首先,梳理供能系统结构,对各能量单元建模,并分析用户侧能源互联网内的负荷特性;其次,综合考虑多种能源互联、多个供能区域协调互济及多能流联合调度,建立用户侧能源互联网的二层规划模型,上层以年费用最低为目标,各能量单元的安装容量为优化变量,下层以年运行费最低为目标,各时段能量单元的调度值为优化变量;最后,采用精英保留策略遗传算法对上层规划模型求解,下层为0-1混合整数线性规划模型,采用分支定界法求解。算例表明:所提规划建模方法具有可行性和有效性;多能流联合调度、多区域协调互济可以大幅削减年费用,还可缓解负荷与燃机热电比不匹配等问题;通过多种能源网络实现互联较通过单一电网或热网互联更经济。     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

A methodology for probabilistic simultaneous transfer capabilityanalysis

This paper presents a methodology for simultaneous transfer capability analysis based on a probabilistic approach. All areas in a large scale power system are divided into three groups: (a) study area, (b) transfer participating areas, and (c) external areas which have no direct transactions or they have fixed transactions with the study area. A performance index based contingency selection procedure is applied within the study and transfer participating areas to rank those contingencies which will affect simultaneous transfer capability. The contingency ranking order is utilized by a variation of the Wind Chime diagram to selected contingencies which are then evaluated by an optimal power flow algorithm. Subsequently, the probability distribution of simultaneous transfer capability is computed based on the electric load, circuit and unit outage Markov models. The 24×3 bus IEEE RTS is utilized to evaluate the proposed method. The performance of the proposed method is also demonstrated on an actual large scale system (2182 bus, 8 area system)