电网信息物理系统的数据驱动架构设计及应用

为了实现信息系统和电力系统更加紧密的融合与协作,电网信息物理系统(power grid cyber physical system,PGCPS)需要满足数据驱动、软件定义、泛在连接、虚实映射、异构集成和系统自治六大特征。其中,数据驱动是PGCPS的灵魂,而软件定义则是PGCPS的实现形式,这两者共同构成了实现其余4大特征的基础,也是构建PGCPS的基础和难点所在。该文提出了一种基于数据驱动的系统设计方案——基于自律分散系统(autonomous decentralized system,ADS)理论的数据驱动系统架构及其关键技术:数据资源的抽象和数据交互机制。具体地,以数据元接口作为数据资源的抽象表达形式,并集成到信息交互协议中,从而将数据驱动和软件定义相融合,进而为基于ADS理论的数据驱动系统架构的横向扩展和纵向集成提供支撑,有助于实现该系统架构的泛在连接、异构集成和系统自治;提出了基于主动通信的数据交互机制,该机制定义了各模块的信息发布准则,并且提升了虚实映射的实时性和效率。该方案从系统架构、信息共享协议和数据交互机制3个维度支撑数据驱动系统架构的实现,为构建PGCPS奠定了坚实的基础。     

基于新能源消纳边际贡献的用户绿电份额评估方法

提升新能源消纳能力是新型电力系统最重要的目标。从需求侧入手,有待研究一种用户绿电份额的评估方法,进而引导激励广大用户更多地消费绿电。为此,提出基于用户时序用电曲线对新能源消纳边际贡献的绿电份额评估方法。首先,基于与用电量级无关的负荷轮廓线形状定义并推导了新能源消纳边际贡献指标;其次,分别考虑纯负荷类用户和具有可调负荷、储能及分布式能源的产消者园区用户,基于边际贡献指标提出了绿电份额评估方法;最后,构造多种不同类型的用户进行绿电份额的评估,并通过算例验证了绿电份额评估方法的合理性。结果表明,园区用户可通过提高净负荷形状与系统新能源发电趋势的相似度、消纳本地新能源、合理优化可调负荷与储能运行方式等提升园区绿电份额,进而提升全网新能源消纳能力。     

事故备用分散转移的实现方式

随着大量可再生能源并网和直流投运,导致系统惯性降低、事故备用短缺、低频风险增大。为了解决该问题,提出了事故备用分散转移(DTCR)的实现方式,能够支持发电侧事故备用向用电侧分散转移。首先,给出了DTCR的系统设计和实现思路。然后,提出了一种支持DTCR的毫秒级电器级负荷频率控制方法,其核心是三阶段响应策略:瞬时保守响应(ICR)、可靠延时响应(RLR)和最优动态控制(ODC)。为了兼顾ICR的瞬时性和准确性,提出了一种考虑电器优先级和功率差异的本地侧零通信主动响应形式。为了增强ICR的试错能力,提出了保守响应量的整定公式,能够利用最少负荷资源避免频率低于危险阈值,同时最小化误动作带来的频率冲击。最后,通过修改的IEEE 39节点系统仿真验证了该方法的有效性。DTCR方案有助于缓解事故备用负担和提升系统安全性。     

分布式能源资源的通用数字孪生体构建与模拟方法

分布式能源资源的复杂、异构、海量、随机等特点为运行模拟带来了巨大挑战。文章基于数字孪生思想,系统地提出了DER的通用数字孪生体构建与模拟方法。首先基于功率分解思想提出了DER通用稳态模型和暂态模型;然后提出了基于通用模型的DER数字孪生体运行模拟方法。通过算例测试表明,所提方法的有效性,能够实现各类DER运行模拟和预测,为实际电网调度提供参考,有利于促进可再生能源消纳和系统优化运行等。     

配电网的严格与非严格安全边界

本文提出配电网严格安全边界和非严格安全边界的定义与计算方法。首先,根据安全边界点的临界性强弱程度定义了严格和非严格边界。严格边界具有严格临界性;非严格边界具有非严格临界性,二者共同构成完整的安全边界。其次,分析严格边界的成因,并将其分为相交型和独立型两类:绝大多数配电网的严格边界都是相交型边界,即由多个超平面取交后形成;只有某些特殊小算例,其N-1后所有负荷均受到同一约束时会形成独立型严格边界。再次,建立了基于判定矩阵的边界类型判定定理及推论,然后提出严格和非严格边界的求解算法:先利用判定矩阵依次判断所有相交型边界,得到完整的严格边界,再求取严格边界的补集,得到完整的非严格边界。最后,通过算例验证本文方法,并可视化地展现了严格与非严格边界。     

事故备用分散转移的效益评估

由于可再生能源装机比例增大,传统机组预留大量事故备用,运行经济性显著降低。为此,首先提出了事故备用分散转移(DTCR)的概念:将原本集中在发电侧和电网侧的部分事故备用向用电侧分散转移。然后,提出了DTCR的效益评估方法和参考指标:观测到DTCR的边际效益递减现象可作为选取合理分散备用容量的参考;提出经济负载率阈值,可用于定量评估产生DTCR效益的经济负载率区间。最后,结合14节点至300节点等5个IEEE标准系统,并计及风机和需求响应的影响,分析了DTCR的效益大小、产生机理、影响因素和适用场景。结果表明,DTCR能够在日常调度中持续产生经济效益,优化潮流分布和降低网损。     

适应新型电力系统的电力互替品市场——（一）理念与构想

新型电力系统重塑了能源生产消费结构,电力市场机制也需随之改变。首先,分析指出提升系统调节能力是新型电力系统下市场机制设计的首要目标;围绕该目标给出了市场机制应具备的特点,包括利于激发调节动力、释放调节能力、接纳各种新型调节资源等。其次,对世界各国现货市场普遍采用的分时交易机制进行了分析,指出其与新型电力系统存在诸多不适应之处,包括市场主体调节贡献无法被量化表征,市场主体连续运行特性与分时交易机制相矛盾、调节能力难以完全释放,以及难以满足海量柔性资源直接参与电力市场的需求等。为此,文中舍弃分时交易的方式,转而提出整体交易机制与电力互替品概念,介绍了形成与交易电力互替品的主要思路,并以电力互替品为核心构想了新型市场机制。该机制可通过调节责任划分量化各主体调节贡献,激发市场主体的调节动力;同时,也能促进市场主体主动优化自身运行方式,释放调节能力;具有易于扩展的优势,可轻松接纳新型电力系统下层出不穷的各类新型主体。     

计及需求响应不确定性的节点负荷准线：概念与模型

基于负荷准线的需求响应（DR）具有规模化推广、常态化实施等优势，是挖掘需求侧灵活调节潜力的良好手段。但是，当前研究对负荷准线的制定尚未考虑网络拓扑关系以及用户在DR中的响应不确定性，对用户精准引导有所不足，大规模开展时可能引起线路潮流越限等问题。为此，提出为各节点发布负荷准线的方式，引导大规模可调负荷参与DR。首先，提出了节点负荷准线的概念，并给出了鲁棒安全的节点负荷准线的数学定义，以反映节点负荷准线作为各节点引导目标对避免大规模DR下潮流越限的意义。其次，从局部、整体两方面构建可调负荷响应偏差的不确定集，并在此基础上提出了鲁棒安全的节点负荷准线计算模型。再次，给出了基于节点负荷准线的DR实施方案。最后，算例分析表明，所提节点负荷准线对于约定DR响应范围内的任意实际响应结果均能够保证经济最优下的所有线路潮流不越限。