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。     

虚拟电厂短时长精细化生产模拟方法与系统EI北大核心CSCD

分布式电源、电动汽车、温控负荷等需求侧可控异构分散资源渗透率逐步增加,迫切需要对其有效整合后参与电网调控。虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)是聚合和管控海量分布式能源(distributed energy resources,DERs)的有效形式,而运行仿真工具是发挥其作用的重要支撑。鉴于此,该文给出覆盖DER设备建模、异构DERs聚合和集群协同控制等全环节的VPP短时长精细化生产模拟方法,并设计面向VPP参与电网互动的开放式仿真系统。在分析VPP短时长精细化生产模拟需求的基础上,归纳精细化仿真关键技术;基于DERs物理特性分析及管控架构构建,提出包含设备层和管控层的VPP精细化建模方法;以通用开放为原则,设计仿真系统实现方案,通过模块化建模和通用化架构及互动接口设计,实现对多种电网仿真引擎和多类DERs模型兼容。以包含异构DERs的单个VPP为例,介绍典型日VPP生产模拟结果,并以包含多VPP的区域电网为例,给出DERs集群功率调节响应过程及其参与频率紧急控制和功角稳定紧急控制的效果,仿真结果验证了所述方法和系统的有效性。     

数据驱动技术在虚拟电厂中的应用综述EI北大核心CSCD

虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)作为电力市场下促进可再生能源消纳、应对能源分布不均的重要运营模式,近年来得到迅速发展。同时,国家电网逐渐普及配网量测装置,并推进通信网络建设,其与VPP的聚合及通信内核紧密融合,为VPP带来了新特点、新模式、新方法。鉴于此,探讨VPP的内涵、特性、功能及工程示范;深入分析大数据背景下VPP呈现出的新特点、新型构成主体及发展关键技术;基于海量广域实时数据,进一步研究数据驱动方法在VPP构成主体及外部环境预测、优化调控策略及电力市场分析3个角度的应用现状。     

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...     

计及电动汽车不确定性的虚拟电厂参与AGC调频服务研究EI北大核心CSCD

电动汽车用户出行和响应的不确定性,为调度电动汽车参与自动发电控制(automaticgenerationcontrol,AGC)带来了挑战。基于此,采用经验模态分解法将火电机组调频偏差分解为高频、中频和低频部分,作为超级电容器、蓄电池以及可入网电动汽车(plug-in electric vehicle,PEV)的参考出力功率。建立了基于韦伯-费希纳定律的PEV用户响应模型,并引入PEV响应偏差阈值的概念,实现PEV赔偿风险—收益之间的平衡。以AGC调频效果最好及净收益期望最高为目标,建立含火电机组、混合储能系统及PEV的虚拟电厂参与AGC调频决策模型,采用改进的遗传算法对混合储能系统进行优化配置并优化调度虚拟电厂各部分的出力,制定了各时段PEV充放电补偿电价。算例结果表明,该模型能够显著提高AGC调频效果,且通过合理设置PEV响应偏差阈值,能最大化净收益期望值。     

变电站数字孪生系统的设计与应用

"十四五"期间,雄安新区电网设备规模将快速增长,传统运检模式下需要配置大量运检人员,设备信息获取难以做到及时全面.提出建设变电站数字孪生系统,利用实时感知数据和设备三维数字模型,在虚拟空间构建现实变电站的映射体,实现变电站远程巡检、在线诊断和全寿命周期管理.该系统已在220 kV剧村变电站投入应用,验证了系统的有效性和...     

基于在线分布式优化的虚拟电厂自趋优运行方法研究EI北大核心CSCD

虚拟电厂(virtual powerplant,VPP)需要在快速变化的运行环境下协同大量分布式能源(distributed energy resources,DERs)满足上级电网的调节需求。当前有关VPP优化运行的研究需在每一个控制时段消耗较多的运算与通讯时间,不易应对快速变化的运行环境。自趋优(self-approaching optimization,SAO)为VPP运行提供了全新的理念,主张在变化的环境中,以细粒度的时间间隔快速更新DERs,确保VPP不断趋近于最优的运行状态。为实现这一理念,该文提出基于在线分布式优化(online distributed optimization,ODO)的VPPSAO运行方法。首先,建立含非储能型DERs和储能型DERs的VPP运行统一模型;其次,通过模型松弛变换等技术依次解决时间耦合、空间耦合、变量快速更新、激励机制与自主响应等问题,形成基于ODO的自趋算法;进而,定义趋优间隙以量化算法可能产生的最优性损失,并从理论上证明提出的算法具有严格的趋优间隙上确界。以分布式光伏、储能及电动汽车等DERs为例构造测试VPP,与其他不同方法进行算例对比,验证SAO运行方法在约束满足、优化性能、计算效率等方面的优势。     

不同类型虚拟电厂市场及调度特性参数聚合算法研究综述EI北大核心CSCD

作为参与电力市场或电网调度的先决条件,确定虚拟电厂整体的运行特性在最近几年得到广泛研究。以算法的原理与优缺点为立足点,对虚拟电厂中分布式能源的运行特性聚合方法进行综述。从经济性和技术性两个角度出发,分析虚拟电厂中分布式能源的运行特性聚合难点;详述技术型虚拟电厂的可调节功率域和调节功率成本等两种运行特性的聚合算法;归纳商业型虚拟电厂作为价格接受者和价格制定者的竞标电价和竞标电量确定方法;最后,结合未来高比例新能源系统的发展要求,展望虚拟电厂运行特性聚合算法的研究方向。     

计及不确定性和需求响应的风光燃储集成虚拟电厂随机调度优化模型EI北大核心CSCD

为促进以风光为代表的分布式能源发电并网,集成风电、光伏发电、燃气轮机、储能系统和激励型需求响应为虚拟电厂(virtual power plant,VPP),引入条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)理论和置信度方法描述VPP运行不确定性,以运营收益最大化为目标函数,建立VPP常规调度优化模型,确定VPP运行收益的门槛值。然后,应用CVaR理论描述VPP运行目标函数中不确定性因素,应用置信度方法转换含不确定性变量的约束条件,建立考虑运行风险的VPP随机调度优化模型。最后,选择改进IEEE 30节点系统作为仿真系统,结果表明:价格型需求响应能够平缓用电负荷曲线,储能系统和激励型需求响应能够增加VPP运营收益。VPP常规调度收益为9 550.19元,风光并网电量为12.49 MW×h,风险规避调度收益为8 995.34元,风光并网电量为11.31 MW×h,这意味着CVaR理论和置信度方法能够用于描述VPP运行风险,通过设置门槛值和置信度反映决策者风险态度,为决策者提供风险控制工具。     

多虚拟电厂参与日前电力市场的鲁棒竞标博弈方法EI北大核心CSCD

针对风电出力的不确定性和多元决策主体间的复杂博弈关系对虚拟电厂(VPP)参与日前电力市场的竞标方案的影响,提出了一种基于非合作博弈理论和鲁棒优化思想的多VPP参与日前市场的竞标博弈方法。设计了多VPP同时参与能量市场和调峰市场的非合作博弈框架和相应的交易流程。建立了各VPP在其余竞标主体报价方案的基础上,聚合多种分布式能源参与市场交易的非合作博弈竞标模型。计及风电出力不确定性对VPP运营的影响,通过强对偶理论和鲁棒优化方法将确定性竞标模型扩展为鲁棒优化模型,并在模型中引入了鲁棒调节系数来灵活调整VPP竞标方案的保守性。通过重复执行多轮竞标博弈的求解策略,直至各市场主体均不能从单方面改变投标方案中获利后,确定各VPP在日前市场中的综合出清方案。算例分析表明,所提方法给出了VPP在能量市场和调峰市场的投标优化方案,可为VPP最优参与电力市场多类型交易产品提供参考。     

考虑虚拟电厂组合策略的售电公司优化调度及购售电决策EI北大核心CSCD

在开放的电力市场环境下,售电竞争愈发激烈。拥有配电网运营权的售电公司,在分散式资源交易准入和调度安全要求下,如何通过虚拟电厂整合多种资源参与电力市场运行,调度所辖配网内的电力资源,提高购售电收益,是售电公司在市场竞争中取得有利地位的关键。基于含虚拟电厂交易组合平台的售电公司运营框架,将虚拟电厂的实时动态组合纳入优化调度中,以售电公司的运营经济性为目标,提出了考虑虚拟电厂动态组合策略的售电公司调度方法。最后通过修改的IEEE33节点配电系统进行了算例分析,结果表明,通过合理组合虚拟电厂和调度分布式能源、可调负荷、虚拟电厂,可以使售电公司在保证所辖配电网安稳运行的同时,整合利用分散式资源参与市场,实现售电公司运行经济效益的最大化。     

基于数字孪生技术的城市新型电力系统应用架构

针对现有的电力系统数字化水平与发展需求不匹配问题,构建了“智慧感知+数字孪生”为特征的城市新型电力系统架构,以电网数字化转型发展为主线,数字化规划、电网智能化规划等专项规划为基础,数字孪生电网顶层设计为参考,提升了电网的互动性、开放性、安全性,逐步实现电网业务的自动化、智能化、无人化。以数字技术应用推动工作模式、业务模式的变革与创新,能够更好地促进电网数字化转型。     

燃煤电厂大气重金属排放控制策略EI北大核心CSCD

燃煤是人为源大气重金属的主要排放源,为制定适合我国燃煤电厂且经济高效的大气重金属排放控制策略,该文系统分析我国原煤中6种重金属(Hg、As、Pb、Se、Cd、Cr)的含量和分布特征,以及燃煤电厂大气重金属排放控制措施,建立最佳可行技术/最佳环境实践(best available technique/best environment practice,BAT/BEP)的决策树模型,并评估不同BAT/BEP控制策略的大气重金属减排效果。结果表明:燃煤电厂大气重金属排放与煤质、炉型、常规烟气污染物控制设备(air pollution control devices,APCDs)组合等显著相关。对于安装选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝+静电除尘器(eletrostatic precipitator,ESP)+湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)(或+湿式静电除尘器(wet electrostatic precipitator,WESP))组合的超低排放或近零排放燃煤机组,改性飞灰专门脱汞技术对大气汞深度脱除效果最显著,适用范围广泛;强化协同控制技术(APCDs提效)对其他大气重金属(As、Pb、Se、Cd、Cr)的深度脱除效果最显著。     

兼顾物理状态和用户行为的虚拟电厂紧急功率调节能力量化评估EI北大核心CSCD

高比例新能源、电动汽车、储能电站等并网,迫切需要改进电网安全稳定控制技术体系,将海量分散可控资源纳入电网紧急控制范畴。针对紧急控制在线决策需求,该文给出以虚拟电厂(virtual power plant,VPP)为管控形式的分布式能源(distributed energy resources,DERs)紧急功率调节能力量化描述和在线评估方法。首先,分析紧急功率调节能力的内涵及表述要求,给出调节能力的量化描述方法;其次,构建反映物理特性及考虑用户行为约束的VPP紧急功率调节能力评估综合模型;最后,给出考虑状态转移及边界约束的紧急功率多时间尺度调节能力计算方法,设计相关仿真计算模块,并实现与PSS/E接口。以含300台电动汽车及1000台空调的VPP为例,仿真验证所述方法的有效性。     

虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计EI北大核心CSCD

随着分布式电源在电力系统中所占容量越来越大,亟需一种新的控制方式使得分布式电源能够主动参与到电网的功率调节中去,而虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术作为一种可能的解决方案,得到了广泛关注。建立VSG的工频小信号模型,并证明在一定条件下,其有功环和无功环是近似解耦的,因此在设计闭环参数时,有功环和无功环可以分别独立设计。基于建立的模型,给出一种VSG控制参数的设计方法,该方法能够快速准确地计算出相应的控制参数,并兼顾系统的稳定性、动态性能与对功率脉动的抑制能力。最后进行实验验证,实验结果证明了文中理论分析的正确性与设计方法的有效性。     

面向高压设备数字孪生的虚拟传感器设计与应用技术

针对高压设备数字孪生的模型构建、信息交互、动态仿真等需求,对虚拟传感器的设计与应用技术进行了分析,虚拟传感器是具有传感器行为的计算机仿真系统,能够基于功能、结构和服务要求对复杂数字孪生系统进行解耦,降低工程应用的复杂性。文中提出虚拟传感器在高压设备数字孪生工程应用上的设计要求,给出了观测虚拟传感器、参量计算虚拟传感器和预测告警传感器的设计方法及其应用方式。研究结果表明：虚拟传感器具备组件化、服务化、易重构、可进化等优点,可作为数字孪生单元级功能组件的设计手段,解决目前工程应用中数据获取和融合困难、仿真预测算法耦合复杂等问题,支撑设备状态全面感知、趋势精准预测、风险提前预警和设备全寿命精益管理等应用。     

继电保护数字孪生技术应用展望

数字孪生作为“工业4.0”背景下的新兴研究热点，为应对新型电力系统给继电保护带来的挑战提供了关键技术支撑。为此剖析了数字孪生的内涵，并结合继电保护领域的实际应用需求，定义了继电保护数字孪生相关术语，归纳了继电保护数字孪生的期望特征。在此基础上，提出一种继电保护数字孪生系统的典型架构，并针对现有继电保护数字孪生研究在数据实时交互能力、保护逻辑透明性和接口标准化等方面的不足，指出其构建的关键技术。最后挖掘了继电保护数字孪生的潜在应用价值，预期能为后续数字孪生技术在继电保护领域的进一步研究和应用提供一定的参考。     

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...     

电网调控领域人工智能技术框架与应用展望EI北大核心CSCD

以深度学习和大数据分析为特征的新一代人工智能技术,已成为推动电力等传统领域技术进步的重要手段。首先分析了电网发展新特点和调度控制面临的挑战;进而按照人工智能与现有技术体系深度融合的思路,开展电网调控领域人工智能应用技术框架研究,提出总体思路、建设目标,设计了系统体系架构;最后对电网调控领域人工智能应用进行展望,分析了应用发展方向,为相关研究建设提供参考。