多功能并網(wǎng)逆變器及其在微電網(wǎng)中的應(yīng)用

曾正，楊歡，趙榮祥

摘要：目的：隨著可再生能源滲透率的不斷提高，微電網(wǎng)作為一種局部的新能源消納系統(tǒng)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?、廣闊的應(yīng)用前景。由于本地非線性、單相和無功負(fù)荷的影響，微電網(wǎng)急需解決多種電能質(zhì)量問題的挑戰(zhàn)，以適應(yīng)敏感負(fù)荷對電能質(zhì)量的嚴(yán)格要求。提出了一種多功能并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，在?shí)現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)的同時，利用逆變器的剩余容量，補(bǔ)償微電網(wǎng)內(nèi)的無功、諧波和不平衡電流，探索其在微電網(wǎng)電能質(zhì)量問題治理、潮流控制中的應(yīng)用。方法：基于三相組式結(jié)構(gòu)的多功能并網(wǎng)逆變器拓?fù)洌芯科湓谔嵘㈦娋W(wǎng)電能質(zhì)量，以及調(diào)節(jié)微電網(wǎng)潮流中的應(yīng)用。首先，基于無鎖相環(huán)的同步坐標(biāo)系投影方法，建立了多功能并網(wǎng)逆變器的參考電流生成算法，包括電能質(zhì)量補(bǔ)償電流和功率跟蹤控制電流兩部分。其次，基于并網(wǎng)逆變器在輸出濾波器前后電流的測量與反饋，采用加權(quán)電流反饋控制，以及滯環(huán)電流控制，建立了多功能并網(wǎng)逆變器對參考電流的精確跟蹤控制方法，確保對微電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的準(zhǔn)確補(bǔ)償。最后，還建立了微電網(wǎng)中常規(guī)逆變器的控制方法，包括恒功率P/Q 控制和V/f 控制，以適應(yīng)微電網(wǎng)并網(wǎng)和離網(wǎng)這兩種不同的運(yùn)行模式，同時給出了微電網(wǎng)并—離網(wǎng)、離—并網(wǎng)的控制策略。在PSCAD/EMTDC 軟件中，搭建了一個典型微電網(wǎng)的仿真測試系統(tǒng)，利用大量仿真實(shí)驗結(jié)果及對比分析，證明多功能并網(wǎng)逆變器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果：從仿真結(jié)果及其對比分析可以發(fā)現(xiàn)，多功能并網(wǎng)逆變器的主要貢獻(xiàn)包括：（1）提升微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的電能質(zhì)量，通過本地電能質(zhì)量問題的檢測、反饋和控制，多功能并網(wǎng)逆變器能補(bǔ)償微電網(wǎng)本地負(fù)荷的諧波、無功和不平衡電流，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量問題的就地補(bǔ)償、就地平衡，降低配網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量治理的負(fù)擔(dān)；（2）改善微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時的電能質(zhì)量，通過多功能并網(wǎng)逆變器對諧波和不平衡問題的治理，保證離網(wǎng)微電網(wǎng)電壓三相對稱、無畸變，為常規(guī)P/Q或V/f運(yùn)行模式的逆變器提供電壓控制的基準(zhǔn)，避免逆變器因電能質(zhì)量惡化而跳閘，確保離網(wǎng)微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；（3）提高微電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，直接受益于電能質(zhì)量的提升，多功能并網(wǎng)逆變器可以為微電網(wǎng)爭取更高的上網(wǎng)電價，避免因電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的罰款，此外，還可以避免微電網(wǎng)安裝額外的電能質(zhì)量裝置，降低系統(tǒng)的投資成本、安裝成本、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；（4）增強(qiáng)與配電網(wǎng)的互動能力，多功能并網(wǎng)逆變器在改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量的同時，還能控制微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的潮流，實(shí)現(xiàn)潮流的雙向可控，在必要時可為配電網(wǎng)提供一定的有功和無功支撐。結(jié)論：多功能并網(wǎng)逆變器，是一種具有電網(wǎng)輔助服務(wù)功能的并網(wǎng)逆變器，具有一機(jī)多職的能力。通過控制程序的升級換代，常規(guī)并網(wǎng)逆變器可以進(jìn)化為多功能并網(wǎng)逆變器，拓展其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。得益于靈活的控制策略，多功能并網(wǎng)逆變器可以治理微網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題，包括不平衡、諧波和無功等，避免安裝額外的電能質(zhì)量治理裝置。此外，還可以調(diào)節(jié)微網(wǎng)與電網(wǎng)之間的潮流，使得的能量交互對電網(wǎng)更加友好。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(4): 28-34

入選年份：2016

基于雙層優(yōu)化的電動汽車充放電調(diào)度策略

姚偉鋒，趙俊華，文福拴，等

摘要：目的：作為解決能源安全、環(huán)境污染和全球氣候變暖的一種有效途徑，電動汽車擁有廣闊的市場前景。大量電動汽車廣泛采用后，如果不對其充放電行為進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，就有可能危害電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，在滿足車主行駛需求的前提下，如何對大量電動汽車的充放電行為進(jìn)行優(yōu)化管理就是一個值得研究的問題。方法：基于分層分區(qū)的調(diào)度模式，提出了電動汽車有序充放電管理的調(diào)度架構(gòu)，并構(gòu)建了電動汽車充放電雙層優(yōu)化模型。該模型包括2 層結(jié)構(gòu)，上層模型的決策者為調(diào)度機(jī)構(gòu)，其通過確定下層各電動汽車代理商各時段的調(diào)度計劃（包括充電負(fù)荷和放電出力），使系統(tǒng)總負(fù)荷水平的方差最小化，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷；下層模型的決策者為各電動汽車代理商，其通過調(diào)度每輛電動汽車的充放電時段，以便與上層的調(diào)度計劃盡可能一致。上層模型屬于非線性規(guī)劃問題，可采用原始-對偶內(nèi)點(diǎn)法 進(jìn)行求解；下層模型則屬于大規(guī)模整數(shù)規(guī)劃問題，可 采用分支定界法求解。基于上述模型特點(diǎn)分析，采用AMPL/IPOPT 和AMPL/CPLEX 兩個高效的商業(yè)求解器對上下層問題進(jìn)行迭代求解，并提出了總負(fù)荷水平方差和電動汽車代理商調(diào)度偏差這2 個指標(biāo)來評價模型的優(yōu)化結(jié)果。結(jié)果：采用含5 個代理商的、修改的IEEE 30節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)來說明所構(gòu)建的模型與求解方法的可行性與有效性。根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，認(rèn)為一天中第一次出行開始時刻和最后一次出行結(jié)束時刻可近似表示為正態(tài)分布函數(shù)，日行駛里程可近似為對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)。假定該系統(tǒng)有2 萬輛電動汽車，通過蒙特卡洛抽樣仿真可獲取電動汽車接入、離開系統(tǒng)和日行駛里程等信息。將所提出的優(yōu)化充放電模式與自由充電模式進(jìn)行對比分析表明：自由充電模式會導(dǎo)致系統(tǒng)峰谷差增大，電力資源的利用效率降低；而采用優(yōu)化充放電模式時，不僅可以使峰荷明顯降低，還可以提高系統(tǒng)的谷荷水平，有利于減少機(jī)組啟停次數(shù)，改善系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。在所發(fā)展的雙層優(yōu)化模型中，把下屬各電動汽車代理商的調(diào)度偏差以罰函數(shù)的形式加入到上層目標(biāo)函數(shù)中，因此就有必要對懲罰系數(shù)的取值進(jìn)行靈敏度分析。從不同懲罰系數(shù)獲得的仿真結(jié)果可以看出：懲罰系數(shù)較小時模型的全局搜索能力較強(qiáng)，削峰填谷效果也較好，但下層各代理商的實(shí)際負(fù)荷/出力與上層制定的調(diào)度計劃的偏差會比較大，不能很好實(shí)現(xiàn)上層確定的調(diào)度計劃。因此，采用按指數(shù)增長規(guī)律動態(tài)變化的罰系數(shù)取值方案，迭代初期全局搜索能力強(qiáng)，而在迭代后期下層各代理商的調(diào)度偏差快速下降，這有利于保證上層調(diào)度計劃的落實(shí)。結(jié)論：大量電動汽車廣泛應(yīng)用后如果放任其無序充電則會給電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來威脅。在此背景下，提出了基于雙層優(yōu)化的電動汽車充放電 調(diào)度模型。對上下層問題分別采用 AMPL/IPOPT 和AMPL/CPLEX 進(jìn)行迭代求解，通過這兩個高效求解器的交互作用，發(fā)揮了原始-對偶內(nèi)點(diǎn)法和分支定界法各自的優(yōu)勢。所述模型與方法可對電動汽車充放電過程進(jìn)行優(yōu)化管理，從而實(shí)現(xiàn)平滑系統(tǒng)負(fù)荷曲線的目標(biāo)。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(11): 30-37

入選年份：2016

基于電池荷電狀態(tài)和可變?yōu)V波時間常數(shù)的儲能 控制方法

張野，陸志剛，郭力，等

摘要：目的：可再生能源發(fā)電技術(shù)（如光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電）以其無污染、可再生、分布廣等優(yōu)點(diǎn)，受到了越來越多的關(guān)注。然而可再生能源發(fā)電具有波動性大、隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，就地配置一定容量的儲能系統(tǒng)，可以有效抑制可再生能源發(fā)電輸出功率的波動，提高電網(wǎng)接納可再生能源發(fā)電的能力。當(dāng)采用電池儲能對可再生能源出力進(jìn)行抑制時，若不考慮電池的荷電狀態(tài)，這樣一方面會因為過充/過放影響電池的使用壽命，另一方面會導(dǎo)致注入電網(wǎng)的功率出現(xiàn)劇烈波動，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。方法：針對可再生能源輸出功率波動性大且隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在計及儲能電池使用壽命等約束條件的基礎(chǔ)上，提出了一種基于實(shí)測電池荷電狀態(tài)的可變?yōu)V波時間常數(shù)儲能控制方法。該方法首先確定電池正常工作時電池荷電狀態(tài)的上、下限值；接著，根據(jù)電池的荷電狀態(tài)值確定儲能系統(tǒng)的控制模式即正常工作、限制充電狀態(tài)和限制放電狀態(tài)；最后，該方法在基本濾波控制的基礎(chǔ)上加入荷電狀態(tài)反饋環(huán)節(jié)，通過實(shí)時調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)的輸出功率，對可再生能源輸出功率中某一特定頻段的波動成分進(jìn)行補(bǔ)償，同時根據(jù)電池的荷電狀態(tài)值，對濾波時間常數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使電池的荷電狀態(tài)值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，避免了電池的過充/過放。濾波時間常數(shù)的大小與整體的控制效果、儲能系統(tǒng)容量、可再生能源輸出功率波動頻率、蓄電池響應(yīng)速度和監(jiān)控系統(tǒng)通訊延遲等因素有關(guān)。風(fēng)電輸出功率波動劇烈，高頻的功率波動所占比例較高，因此濾波時間常數(shù)通常要取較小值；光伏輸出功率波動緩慢，中低頻功率波動所占比例較高，因此濾波時間常數(shù)通常取較大值。結(jié)論：針對實(shí)際光伏系統(tǒng)輸出功率曲線和儲能系統(tǒng)的特性，提出了光伏輸出功率緩慢波動的抑制方法。PSCAD 仿真結(jié)果表明，所述方法可以在避免電池過充/過放的同時，對光伏的輸出功率進(jìn)行整體上的平滑，既降低了中午時光伏處出力的峰值，又使其在傍晚負(fù)荷高峰時能提供一定的電力，起到了削峰填谷的作用。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(6): 34-38

入選年份：2016

充電站內(nèi)電動汽車有序充電策略

徐智威，胡澤春，宋永華，等

摘要：目的：隨著電動汽車的普及，大規(guī)模電動汽車接入電網(wǎng)充電將對電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行產(chǎn)生不可忽視的影響，其中重要影響之一在于大規(guī)模電動汽車充電將給電力系統(tǒng)帶來新一輪的負(fù)荷增長，尤其是電動汽車在用電高峰期充電將進(jìn)一步加劇電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，可能導(dǎo)致配電網(wǎng)變壓器和線路過載、電壓跌落、網(wǎng)損過高等一系列問題。研究電動汽車主要充電場所“充電站”（包括安裝有多個充電樁和充電監(jiān)控系統(tǒng)的停車場）的有序充電，對于有效降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險、提高電網(wǎng)運(yùn)行效益與可靠性具有重要意義。方法：以充電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，以充電站變壓器運(yùn)行不過載以及最大限度滿足電動汽車充電需求為約束條件，建立了電動汽車充電站有序充電控制的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。該數(shù)學(xué)優(yōu)化模型為線性整數(shù)規(guī)劃模型，可通過調(diào)用CPLEX 優(yōu)化工具包進(jìn)行求解。該模型在充電站每次進(jìn)入新的車輛時進(jìn)行重新求解站內(nèi)所有電動汽車每個時段的充電功率，當(dāng)模型求解無解時，則說明充電站受變壓器容量限制無法滿足新進(jìn)入車輛的充電需求，所提控制策略將自動計算充電站能夠滿足該新進(jìn)入用戶的最大充電需求量并提示用戶，由用戶自主決策是否繼續(xù)充電或放棄充電。結(jié)果：以一個小區(qū)為例進(jìn)行算例分析，該小區(qū)配電變壓器下同時接有居民常規(guī)用電負(fù)荷和80 個電動汽車充電樁負(fù)荷，電動汽車充電電價采用北京市工業(yè)分時電價。為模擬電動汽車充電需求，采用蒙特卡洛模擬法隨機(jī)抽取100 輛電動汽車用戶在早上以及傍晚下班回家2 個時間段的隨機(jī)充電需求。同時，為了驗證所提有序充電的控制效果，先計算無序充電情況下充電站運(yùn)營情況和變壓器負(fù)載情況，并將運(yùn)算結(jié)果與有序充電情形進(jìn)行比較。在無序充電情形下，只要充電站有空余車位，即可為新進(jìn)入的電動汽車提供持續(xù)充電服務(wù)，直到用戶離開為止，若在此之前電動汽車電池已經(jīng)充滿，也應(yīng)停止充電。通過400次模擬仿真，可計算在有序充電和無序充電2 種情形下的期望收益并通過疊加居民常規(guī)用戶負(fù)荷和電動汽車充電負(fù)荷得到2 種情形下的期望日負(fù)荷曲線，仿真結(jié)果顯示在有序充電模式下，充電站的運(yùn)營收益大約為在無序充電模式下的3 倍，有序充電方法的引入能夠使得充電站的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益大大提高。其次，在2 種充電模式下，充電站日放棄服務(wù)客戶的比例和降低充電需求所占的比例都維持在很低的水平，這說明充電站能在具有較高經(jīng)濟(jì)效益的同時，基本滿足用戶的充電需求。在計算時間方面，有序充電模式下，每計算一個時間段的控制策略平均時長僅為1 s 左右，計算速度快，適用于對大型充電站內(nèi)電動汽車進(jìn)行實(shí)時有序充電控制。比較2 種充電模式下的典型日負(fù)荷曲線，發(fā)現(xiàn)在無序充電模式下，在負(fù)荷晚高峰時，大量的電動汽車接入充電，使得晚高峰進(jìn)一步升高，加劇了峰谷差。而在有序充電模式下，盡管晚高峰并未進(jìn)一步升高，但在夜間谷電期，由于購電價便宜，充電站為獲取較大經(jīng)濟(jì)效益，在這段時間集中大量電動汽車充電，導(dǎo)致在夜間電網(wǎng)局部出現(xiàn)了一個用電高峰。結(jié)論：根據(jù)充電站實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，充分考慮進(jìn)入充電站用戶需求，以充電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，建立充電站充電數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了充電站內(nèi)電動汽車協(xié)調(diào)充電控制。通過仿真發(fā)現(xiàn)所提控制方法能顯著提高充電站收益，但所提控制策略在單一的分時電價機(jī)制下可能導(dǎo)致大量電動汽車在夜間低電價時段集中充電，使得局部電網(wǎng)出現(xiàn)另一個負(fù)荷高峰。進(jìn)一步的研究方向主要包括，（1）多目標(biāo)的有序充電控制及充電站間協(xié)調(diào)有序充電控制，以有效降低電動汽車充電對電網(wǎng)的影響。（2）在有序充電模型中考慮改變充電狀態(tài)對電池壽命的影響。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(11): 38-43

入選年份：2016

考慮污染氣體排放的熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)多目標(biāo) 運(yùn)行優(yōu)化

顧偉，吳志，王銳

摘要：目的：熱電聯(lián)供型（combined heat and power，CHP）微電網(wǎng)具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。CHP 微電網(wǎng)是一個復(fù)雜多樣的能量系統(tǒng)，用戶可根據(jù)熱電需求特性、運(yùn)行目標(biāo)等多方面確定微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備容量，具有很大的靈活性。目前，國內(nèi)對微電網(wǎng)的研究主要集中在經(jīng)濟(jì)調(diào)度上，未考慮微電網(wǎng)中污染氣體排放的影響。建立以運(yùn)行費(fèi)用、CO 排放量和NOx 排放量為多目標(biāo)的優(yōu)化模型，提出綜合考慮發(fā)電效率、制熱效率和污染排放的微型燃?xì)廨啓C(jī)（micro gas turbine，MT）運(yùn)行模型；此外還考慮熱電負(fù)荷的隨機(jī)性，建立含隨機(jī)變量的多目標(biāo)機(jī)會約束規(guī)劃模型，采用隨機(jī)模擬技術(shù)處理機(jī)會約束規(guī)劃模型，最后針對提出的多目標(biāo)機(jī)會約束目標(biāo)向量集的確定方法，提出采用局部和全局記憶體的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法（particle swarm optimization，PSO），以適應(yīng)的優(yōu)化模型。方法：建立由光伏電池、蓄電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)，余熱鍋爐、蓄熱槽和熱電負(fù)荷組成的CHP 微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，以運(yùn)行費(fèi)用、CO 排放量和NOx排放量作為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮系統(tǒng)能量平衡約束以及各微源的運(yùn)行約束?？紤]光伏和負(fù)荷的隨機(jī)性，利用CCP 方法以概率的形式描述相關(guān)約束，使得能夠在一定的置信水平下成立。為了求解機(jī)會約束下的優(yōu)化模型，引入隨機(jī)模擬技術(shù)對隨機(jī)變量進(jìn)行抽樣，采用加權(quán)歐式距離法確定多目標(biāo)情況下的目標(biāo)向量集，并檢驗機(jī)會約束是否成立。鑒于所建模型的復(fù)雜性，采用基于pareto 最優(yōu)解的粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法。對于每個粒子，利用隨機(jī)模擬技術(shù)檢驗粒子是否滿足機(jī)會約束以及每個粒子的適應(yīng)值，并利用加權(quán)歐式距離法確定該粒子當(dāng)前的pareto 最優(yōu)解集。結(jié)果：根據(jù)熱負(fù)荷種類的不同，分別計算在醫(yī)院和學(xué)校2 種不同工況A、B 下的運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果。（1）在醫(yī)院工況A 下，一天的熱電負(fù)荷波動較小，pareto 最優(yōu)解集中有75 個非劣解。結(jié)果中運(yùn)行費(fèi)用、CO 排放量以及NOx排放量的取值范圍分別為1653～1685 g，170～4047 g，330～342 g。費(fèi)用最小時，MT 共在18 個時段正常運(yùn)行，其余6 個時段停止工作；以CO 最小為目標(biāo)時，在滿足熱能需求的情況下，微型燃?xì)廨啓C(jī)避免以低功率運(yùn)行；以NOx排放量最小為目標(biāo)時，在滿足熱能需求的前提下，MT無需一直保持最大功率，可在低功率區(qū)運(yùn)行。（2）學(xué)校工況B的熱電需求晝夜變化大，pareto 最優(yōu)解集中共有100 個非劣解。結(jié)果中運(yùn)行費(fèi)用的范圍為1605～1639 g，CO 排放量范圍為170～4417 g，NOx排放量范圍為328～ 338 g。與工況A 相比，工況B 的最小費(fèi)用有所減少，并且運(yùn)行費(fèi)用區(qū)間也較小。這是由于工況B 的負(fù)荷主要集中于白天，光伏電池產(chǎn)生的電能大部分用來滿足電力負(fù)荷，額外電能能夠被蓄電池吸收，然后在其他時段供給電力負(fù)荷。結(jié)論：考慮了含有隨機(jī)特性的可再生能源的熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)的多目標(biāo)優(yōu)化問題，建立了各微源的具體模型。建立了以運(yùn)行費(fèi)用、CO 排放量和NOx排放量為多目標(biāo)的機(jī)會約束規(guī)劃模型，并采用基于隨機(jī)模擬、pareto 最優(yōu)解的改進(jìn)粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法求解。實(shí)例分析結(jié)果表明，優(yōu)化微型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行計劃可明顯減少微電網(wǎng)污染氣體的排放量，而合理的微源配置對微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要影響。研究成果可應(yīng)用于微電網(wǎng)智能管理系統(tǒng)，進(jìn)行日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度，為微電網(wǎng)運(yùn)行提供建議。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(14): 177-185

入選年份：2016

計及需求響應(yīng)的含風(fēng)電場電力系統(tǒng)發(fā)電 與碳排放權(quán)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度

劉曉，艾欣，彭謙

摘要：目的：為解決能源和環(huán)境問題，風(fēng)能被大規(guī)模開發(fā)并接入電網(wǎng)，電網(wǎng)調(diào)度面臨兩個重要問題。一方面，在目前風(fēng)電大規(guī)模接入的情況下，僅依靠發(fā)電側(cè)調(diào)度已難以滿足快速增長的風(fēng)電并網(wǎng)需求，電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力受到限制；另一方面，碳排放管制和交易將對傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式產(chǎn)生根本影響，發(fā)電計劃將不得不同時考慮碳排放權(quán)在機(jī)組之間的優(yōu)化分配，同時碳排放具有了貨幣價值，使其成為一類可調(diào)度資源，電網(wǎng)調(diào)度要實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本與碳排放的協(xié)調(diào)。在以往研究中，很少關(guān)注電與碳之間的協(xié)調(diào)，決策結(jié)果容易偏于單一方面的優(yōu)化；或者并未考慮到網(wǎng)絡(luò)安全約束下的機(jī)組組合問題，解法難以應(yīng)用到大規(guī)模系統(tǒng)中。本文將需求響應(yīng)作為一種零碳排放的可調(diào)度資源，建立了多目標(biāo)的安全約束機(jī)組組合模型，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法：進(jìn)行求解，詳細(xì)研究了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)和碳排放交易背景下，新能源電力系統(tǒng)發(fā)電與碳排放權(quán)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度這一模式，以及其建模與解法問題。方法：首先建立聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)，采用多目標(biāo)的安全約束機(jī)組組合模型，將需求響應(yīng)視作可調(diào)度資源，優(yōu)先安排風(fēng)力發(fā)電，目標(biāo)函數(shù)同時考慮機(jī)組發(fā)電成本、啟停成本和需求響應(yīng)調(diào)用成本，以及碳排放成本最??；其次對約束條件進(jìn)行建模，約束條件包括負(fù)荷平衡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束，火電機(jī)組的容量約束、最小開停機(jī)時間約束、機(jī)組爬坡速度約束，需求響應(yīng)資源的容量約束、連續(xù)調(diào)用時間和不調(diào)用時間約束，以及碳排放上限約束，同時采用直流潮流模型描述線路容量約束；最后對機(jī)組運(yùn)行成本和碳排放進(jìn)行分段線性化，對機(jī)組啟停成本進(jìn)行離散化，并引入轉(zhuǎn)移因子將線路潮流表示為各節(jié)點(diǎn)注入功率的靈敏度形式，最終將目標(biāo)函數(shù)及約束條件全部轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃可以求解的模型，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法進(jìn)行求解。結(jié)果：利用IEEE 30 節(jié)點(diǎn)和118 節(jié)點(diǎn)算例系統(tǒng)進(jìn)行驗證。算例分析表明，本文提出的聯(lián)合調(diào)度模型適用于較大規(guī)模的系統(tǒng)，能夠顯著減少碳排放，有利于實(shí)現(xiàn)碳排放權(quán)的優(yōu)化分配。隨著碳排放管制強(qiáng)度的不斷加大，總成本在不斷增加，說明減排和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)之間只能取得折中解。需求響應(yīng)為調(diào)度提供了寶貴的零碳資源，也顯著提高了風(fēng)電消納能力，具有顯著的節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益。同時，線路輸電能力約束對碳排放有直接影響，但斷面約束對碳排放的影響結(jié)果因斷面內(nèi)機(jī)組的排放特性而異。結(jié)論：隨著碳排放問題日益嚴(yán)峻，節(jié)能減排形勢下優(yōu)化調(diào)度問題受到廣泛關(guān)注，本文提出了發(fā)電與碳排放權(quán)聯(lián)合調(diào)度模型和基于混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的解法。算例分析表明，聯(lián)合調(diào)度能夠取得兼顧排放和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的決策結(jié)果，解法適用于較大規(guī)模系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用價值。節(jié)能減排還要充分考慮需求響應(yīng)的作用。研究表明，引入需求響應(yīng)資源可以明顯減少系統(tǒng)燃料成本和碳排放，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和碳排放目標(biāo)得到進(jìn)一步優(yōu)化。而且當(dāng)風(fēng)電場接入后，調(diào)用需求響應(yīng)資源還可顯著提高系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力，充分發(fā)揮風(fēng)電的節(jié)能減排效益。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(1): 213-218

入選年份：2017

并網(wǎng)光伏電站的發(fā)電可靠性評估

汪海瑛，白曉民，馬綱

摘要：目的：光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的來源是太陽光輻照能，這是一種間歇的、隨機(jī)的自然能源。大規(guī)模接入這種能源給時刻要求能量平衡的電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來很大的挑戰(zhàn)。發(fā)電可靠性是對并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組可按標(biāo)準(zhǔn)滿足電力系統(tǒng)需求能力的度量。對并入可再生能源的電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評估，是對含有不穩(wěn)定能源供給系統(tǒng)保持穩(wěn)定可靠運(yùn)行能力的度量。基于此目的，采用序貫蒙特卡洛方法，綜合考慮光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和光伏電池功率轉(zhuǎn)換特性等影響光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性的主要因素進(jìn)行可靠性建模，并在此基礎(chǔ)上對接入光伏的系統(tǒng)發(fā)電充裕度進(jìn)行評估。方法：首先分析了影響光伏電站功率輸出特性的主要因素，包括到達(dá)地面或者說光伏組件的輻照度（也稱為輻射通量密度）、環(huán)境溫度及電池能量轉(zhuǎn)換特性，在此基礎(chǔ)上對光伏電站進(jìn)行可靠性建模。然后將此模型應(yīng)用于專用的可靠性測試系統(tǒng)RBTS 中，應(yīng)用序貫蒙特卡洛方向在matlab 中編制程序?qū)尤牍夥蟮南到y(tǒng)可靠性進(jìn)行評估。所考察光伏電站分別處于我國太陽能資源比較豐富的I 類和II 類地區(qū)，其每年月平均晴空指數(shù)分別為0.496 與0.431，研究使用的主要可靠性指標(biāo)有缺電時間期望（loss of load expectation，LOLE）和缺電頻率（loss of load frequency，LOLF）。利用第一步得到的可靠性指標(biāo)，分別對不同容量發(fā)電機(jī)組的峰荷承載能力參數(shù)進(jìn)行評估，得到理論上光伏電站可以替代的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組容量。結(jié)果：（1）根據(jù)系統(tǒng)采用樣例計算結(jié)果，無論是太陽能資源較好的I 類地區(qū)，還是次之的II 類地區(qū)，光伏的加入都不會帶來LOLF 指標(biāo)的顯著改善，即使在光伏的穿透率水平（此處定義為光伏裝機(jī)容量和系統(tǒng)峰荷的比值）近似達(dá)到40%的情況下。出現(xiàn)這種情況的原因主要在于測試系統(tǒng)所采用的負(fù)荷持續(xù)曲線與光伏的運(yùn)行特性不匹配。（2）對負(fù)荷曲線進(jìn)行修正后再進(jìn)行評估，隨著光伏容量的增大，LOLF 指標(biāo)有了顯著改善。這種結(jié)果證明，當(dāng)負(fù)荷變動特征與光伏運(yùn)行特性一致后，可對光伏改善系統(tǒng)充裕度的能力有很大提升。（3）由于光伏發(fā)電的間歇性，很難帶來LOLF 的顯著提高，但新加入的發(fā)電容量總是可以不同程度地緩解系統(tǒng)缺電情況，增加系統(tǒng)裕度，從而從總體上減少系統(tǒng)停電的持續(xù)時間。結(jié)論：光伏有別于風(fēng)能及傳統(tǒng)可再生能源的發(fā)電特性，在對其進(jìn)行發(fā)電可靠性評估時，如果選用的負(fù)荷曲線變化特征與它的運(yùn)行特性不匹配，會對其可靠性收益結(jié)果產(chǎn)生很大影響，從而對它為系統(tǒng)的貢獻(xiàn)做出偏離實(shí)際的評價。與風(fēng)能一樣，作為一種間歇性的可再生能源發(fā)電技術(shù)，在以LOLF 和LOLE 作為評估光伏峰荷承載能力的準(zhǔn)則時，得到的結(jié)果差距非常明顯。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(10): 1-5

入選年份：2016

大電網(wǎng)安全分析、預(yù)警及控制系統(tǒng)的研發(fā)

湯涌，王英濤，田芳，等

摘要：目的：對于大面積電網(wǎng)事故，需要從全局角度進(jìn)行分析、預(yù)警和控制。在應(yīng)用功能層面，在電網(wǎng)處于穩(wěn)態(tài)時，需要評估系統(tǒng)故障后可能出現(xiàn)的中長期穩(wěn)定問題；在電網(wǎng)故障后，需要定位薄弱斷面、機(jī)組并提供預(yù)防性控制措施；在電網(wǎng)處于緊急、失穩(wěn)狀態(tài)下，對于低頻振蕩、電壓穩(wěn)定等問題，需要提供實(shí)時決策控制功能。在量測信息層面，反映電網(wǎng)安全穩(wěn)定的量測數(shù)據(jù)、應(yīng)用信息有待梳理、規(guī)范，為安全穩(wěn)定應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一、實(shí)時接口。需要建立統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析及控制框架體系，整合各種安全分析技術(shù)，研發(fā)快速分析功能，構(gòu)建高度協(xié)調(diào)、良好互動性的應(yīng)用系統(tǒng)，加強(qiáng)穩(wěn)定控制的協(xié)調(diào)性等方面，提高電網(wǎng)快速分析、控制故障的能力，保證電網(wǎng)從各種不安全的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到安全狀態(tài)。方法：在系統(tǒng)總結(jié)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制規(guī)律的基礎(chǔ)上，從體系架構(gòu)、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)服務(wù)等方面，完成系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)工作。在體系架構(gòu)上，建立基于狀態(tài)機(jī)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定全過程描述模型，基于該模型，研究各種穩(wěn)定分析技術(shù)相互配合的方案。在電網(wǎng)處于靜態(tài)時，通過涵蓋電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)、中長期動態(tài)過程的全過程安全評估技術(shù)，對電網(wǎng)進(jìn)行分析、調(diào)節(jié)控制；在電網(wǎng)處于警戒狀態(tài)時，采取基于知識發(fā)現(xiàn)的專家系統(tǒng)以及基于超實(shí)時仿真的運(yùn)行方式推演系統(tǒng)，進(jìn)行快速啟發(fā)式分析，定位薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行預(yù)防控制；在電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)下，采取基于WAMS 的預(yù)警技術(shù)，對電網(wǎng)安全進(jìn)行分析、緊急控制，抑制低頻振蕩，改善電壓無功分布，調(diào)節(jié)斷面潮流，避免系統(tǒng)故障擴(kuò)大；在電網(wǎng)處于失穩(wěn)狀態(tài)時，將常規(guī)穩(wěn)定控制和WAMS 技術(shù)結(jié)合起來，采取具有全局性、預(yù)測性的協(xié)調(diào)控制措施，實(shí)施協(xié)調(diào)解列、減載、切機(jī)等措施，避免電網(wǎng)無序崩潰；在電網(wǎng)處于大停電狀態(tài)，提供系統(tǒng)的恢復(fù)控制策略。在系統(tǒng)功能上，采取分散、協(xié)調(diào)的設(shè)計思想，建立系統(tǒng)間統(tǒng)一的信息接口及工作流程，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的協(xié)同工作。主要應(yīng)用系統(tǒng)包括：（1）電網(wǎng)全過程安全評估系統(tǒng)。將靜態(tài)安全分析、機(jī)電暫態(tài)仿真、小擾動分析、中長期仿真程序結(jié)合起來，對電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定、功角穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、中長期動態(tài)等各種過程進(jìn)行綜合分析、評估，提出穩(wěn)定控制措施。（2）運(yùn)行方式專家系統(tǒng)。基于豐富電力系統(tǒng)分析知識及數(shù)據(jù)挖掘原理，抓住電網(wǎng)關(guān)鍵特征，提出控制決策集，提供給沙盤推演系統(tǒng)進(jìn)行分析。（3）沙盤推演系統(tǒng)。通過多維可視化技術(shù)，構(gòu)建專家與系統(tǒng)良好互動工具，基于超實(shí)時仿真技術(shù)，對專家系統(tǒng)的控制決策集進(jìn)行快速評估，確定合理的運(yùn)行方式。（4）廣域分析及控制系統(tǒng)?；趶V域量測系統(tǒng)，跟蹤分析電網(wǎng)各類擾動過程，對連鎖反應(yīng)進(jìn)行快速預(yù)警，提供低頻振蕩、失步解列的控制功能。在數(shù)據(jù)服務(wù)上，對調(diào)度自動化系統(tǒng)量測數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以總線方式，為各種應(yīng)用功能提供服務(wù)。量測數(shù)據(jù)總線集 成EMS/SCADA 系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)、WAMS 系統(tǒng)的同步 相量、繼電保護(hù)系統(tǒng)的暫態(tài)錄波；應(yīng)用數(shù)據(jù)總線集成EMS/SCADA 的調(diào)度計劃、負(fù)荷曲線等應(yīng)用信息。通信規(guī)約包括實(shí)時數(shù)據(jù)交換協(xié)議（DL 476-92、GB 104 協(xié)議、IEEE C37.118 等通信協(xié)議）。結(jié)果：實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動化系統(tǒng)的WAMS、SCADA 數(shù)據(jù)與全過程安全評估系統(tǒng)、廣域分析及控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、沙盤推演系統(tǒng)的集成。以三華電網(wǎng)為研究目標(biāo)，在實(shí)時仿真裝置上構(gòu)建“數(shù)字電力系統(tǒng)”，仿真各種電網(wǎng)故障，通過數(shù)字、模擬接口，以與實(shí)際電網(wǎng)同樣的周期，發(fā)出WAMS/SCADA 實(shí)時量測數(shù)據(jù)，并接收應(yīng)用系統(tǒng)的控制命令進(jìn)行閉環(huán)仿真。通過實(shí)時仿真測試，大電網(wǎng)安全分析、預(yù)警及控制系統(tǒng)能夠?qū)Υ箅娋W(wǎng)靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)各種過程進(jìn)行全過程安全分析、預(yù)警和控制，保證大電網(wǎng)安全穩(wěn)定。全過程安全評估系統(tǒng)，以15 min 的計算周期，完成靜態(tài)、暫態(tài)、中長期過程安全評估，實(shí)現(xiàn)中長期電壓穩(wěn)定在線評估，分析負(fù)荷發(fā)電變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。專家系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷水平、運(yùn)行裕度、網(wǎng)架強(qiáng)度、有功/無功備用、運(yùn)行電壓等運(yùn)行狀態(tài)，生成電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的評估結(jié)果，提供可行的運(yùn)行方式及控制策略集合，供沙盤推演系統(tǒng)推演運(yùn)行方式。沙盤推演系統(tǒng)根據(jù)專家系統(tǒng)提供的控制決策集，進(jìn)行仿真推演，形成切機(jī)、切負(fù)荷、切線路等穩(wěn)定控制措施。廣域分析及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三華電網(wǎng)主干網(wǎng)（500 kV 及以上電壓等級）及主力電廠的動態(tài)可觀，快速分析電網(wǎng)穩(wěn)定，預(yù)測系統(tǒng)失穩(wěn)，并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。以二灘電廠低頻振蕩為例，基于PMU 實(shí)時數(shù)據(jù)，快速分析機(jī)組振蕩模式、振蕩能量分布，定位引起振蕩的機(jī)組集合，通過機(jī)組出力快速調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。結(jié)論：在對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制規(guī)律系統(tǒng)總結(jié)基礎(chǔ)上，研究提出統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的大電網(wǎng)安全穩(wěn)定在線分析、預(yù)警及控制的框架體系，開發(fā)了全過程安全評估、專家系統(tǒng)、沙盤推演、廣域分析及控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成電網(wǎng)安全穩(wěn)定在線應(yīng)用系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)安全穩(wěn)定全過程進(jìn)行綜合分析、預(yù)警、控制，該系統(tǒng)的研究和應(yīng)用極大提高大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制水平。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(7): 1-11

入選年份：2016

平抑風(fēng)電功率的電池儲能系統(tǒng)控制策略

李蓓，郭劍波

摘要：目的：目前影響電網(wǎng)接納風(fēng)電的主要因素是風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行后對電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的影響，尤其是我國風(fēng)電主要開發(fā)區(qū)域的西北、華北、東北地區(qū)，在冬季時節(jié)大部分火電機(jī)組都要承擔(dān)供熱任務(wù)，系統(tǒng)調(diào)峰容量有限，而風(fēng)電在冬季正處于大發(fā)時段，從而造成在某些特殊運(yùn)行方式下出現(xiàn)棄風(fēng)情況。國外已有多項關(guān)于風(fēng)光儲聯(lián)合系統(tǒng)的示范應(yīng)用，但其研究角度多側(cè)重于風(fēng)電或光伏系統(tǒng)，而電池系統(tǒng)側(cè)的控制與分析則相對較簡單。利用大規(guī)模儲能系統(tǒng)功率雙向流動的特點(diǎn)，結(jié)合風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，通過協(xié)調(diào)控制對風(fēng)電輸出功率進(jìn)行部分“削峰填谷”，將風(fēng)電出力限制在給定的范圍內(nèi)，極大改善風(fēng)電的并網(wǎng)特性，提高風(fēng)電供電可靠性。國內(nèi)關(guān)于風(fēng)儲聯(lián)合應(yīng)用的研究雖然剛剛起步，但近年來也有很多關(guān)于儲能系統(tǒng)平滑風(fēng)電輸出方面的研究成果公布。方法：全釩電池儲能系統(tǒng)（vanadium redox flow battery energy storage system，VRB-ESS）具有可頻繁響應(yīng)充放電切換以及循環(huán)壽命長等運(yùn)行特性，適用于輔助具有間歇性和波動性的風(fēng)力發(fā)電?；谌C電池儲能系統(tǒng)在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合風(fēng)電短期預(yù)測技術(shù)，針對電池儲能側(cè)的運(yùn)行與控制進(jìn)行詳細(xì)研究，提出平抑風(fēng)電功率的電池儲能系統(tǒng)控制策略。平抑策略強(qiáng)調(diào)對風(fēng)電輸出功率在0～24 h 內(nèi)波動幅值的縮減作用。通過平抑控制將風(fēng)電在0～24 h 內(nèi)的波動抑制在給定包絡(luò)線內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)對風(fēng)電的“削峰填谷”，提高風(fēng)電出力的可靠性。結(jié)果：依托50 MW 算例風(fēng)電場進(jìn)行仿真驗證，該風(fēng)電場在3月份內(nèi)0～24 h 功率波動大于風(fēng)電場裝機(jī)容量50%以上的概率高于47%，風(fēng)電輸出功率的波動性對系統(tǒng)調(diào)峰帶來較大壓力，容易導(dǎo)致極端情況下棄風(fēng)，急需借助電池儲能系統(tǒng)將其輸出功率的大幅波動限制在給定范圍。以可接受波動范圍為裝機(jī)容量的10%為例仿真驗證該電池儲能控制策略的平抑控制作用。當(dāng)可接受功率波動范圍設(shè)定為|10%|時，電池儲能系統(tǒng)抑制該風(fēng)電場風(fēng)電功率波動的作用比較明顯，風(fēng)電場0～24 h 功率波動大于風(fēng)電場裝機(jī)容量50%以及80%以上的概率分別由47%與27%降低到15%與0，且風(fēng)電場功率波動率主要集中在40%以內(nèi)，電池儲能系統(tǒng)“削峰填谷”作用顯著。但因為風(fēng)電短期功率預(yù)測的誤差問題，導(dǎo)致電池儲能系統(tǒng)控制作用的體現(xiàn)受到影響，然而，雖然短期預(yù)測結(jié)果誤差較大，但由于允許波動的范圍|10%|比較嚴(yán)苛，所以仍能體現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)的平抑控制作用。當(dāng)設(shè)定的可接受波動范圍較大時，根據(jù)仿真算例可知，將由于不滿足實(shí)施電池系統(tǒng)控制操作的啟停條件，導(dǎo)致電池儲能系統(tǒng)始終處于熱備用狀態(tài)，從而不能體現(xiàn)電池系統(tǒng)的控制作用。可見，影響平抑風(fēng)電波動控制策略的因素，除了風(fēng)電功率的預(yù)測精度之外，還與選擇的可接受波動范圍相關(guān)，預(yù)測精度越高，可接受波動范圍越小，則越能發(fā)揮電池平抑波動、“削峰填谷”的作用。值得注意的是，波動范圍大小的選擇，將直接關(guān)系電池儲能系統(tǒng)容量的配置。結(jié)論：（1）所提的平抑風(fēng)電功率波動控制策略可根據(jù)風(fēng)電出力限制的要求，利用儲能裝置降低風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)峰的壓力、減少棄風(fēng)、提高風(fēng)電利用率，其作用效果與短期預(yù)測精度和儲能容量有關(guān)。（2）可接受的波動范圍決定了電池儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，波動限制范圍越嚴(yán)苛，平抑控制效果越顯著，同時意味著所需電池儲能容量越大；而風(fēng)電輸出功率可接受的波動范圍與風(fēng)電接入電網(wǎng)的調(diào)峰能力有關(guān)。因此，需根據(jù)電源結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟(jì)性與工程可行性等因素，恰當(dāng)選擇功率波動范圍。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(8): 38-43

入選年份：2016

直流電網(wǎng)在中國的應(yīng)用前景分析

溫家良，吳銳，彭暢，等

摘要：目的：隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境壓力的日益增加，中國面臨著能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，傳統(tǒng)能源向可再生能源過渡勢在必行。然而風(fēng)電、太陽能、海洋能等可再生能源具有間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，大規(guī)模接入電網(wǎng)時對傳統(tǒng)電力裝備、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。利用換流器直流端互聯(lián)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)電網(wǎng)，對廣域內(nèi)可再生能源發(fā)電進(jìn)行直流連接，可充分利用其互補(bǔ)性，提高新能源發(fā)電的利用率。同時，采用地下電纜輸電的直流輸電技術(shù)，比交流電纜占用空間小，單位輸送功率高，是城市配電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。方法：首先綜述了世界各研究機(jī)構(gòu)對直流電網(wǎng)給出的定義，介紹歐洲超級電網(wǎng)計劃的構(gòu)想，提出應(yīng)用于不同用途的直流電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨后分析可再生能源發(fā)電間歇性與不穩(wěn)定性的地域分布特點(diǎn)，調(diào)研中國傳統(tǒng)電力能源、可再生能源及負(fù)荷中心的分布現(xiàn)狀，提出通過建設(shè)廣域覆蓋的直流電網(wǎng)以有效解決可再生能源集中并網(wǎng)的有功波動問題，并且結(jié)合俄羅斯遠(yuǎn)東、西伯利亞、蒙古及中亞等低價能源基地提出未來中國直流輸電網(wǎng)的主干結(jié)構(gòu)設(shè)想。最后分析了城市配電網(wǎng)面臨的負(fù)荷集中增加、距離加大、輸電走廊成本大等挑戰(zhàn)，提出交流負(fù)荷區(qū)采用交流配電、直流負(fù)荷區(qū)采用直流配電的分區(qū)供電方式，同時通過DC/AC 變流器實(shí)現(xiàn)分區(qū)間的相互支持。結(jié)果：在充分分析中國電力能源分布后提出建設(shè)全國性的直流骨干輸電網(wǎng)的設(shè)想，不僅最大限度減小可再生能源發(fā)電的間歇性及不穩(wěn)定性問題，也將積極推動堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)。提出了中國城市配電網(wǎng)改造方案，采用交直流混合配電網(wǎng)，以提供更靈活可控、安全穩(wěn)定的智能化城市能源供給方案。同時還點(diǎn)明了該趨勢下面臨的挑戰(zhàn)，包括直流網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、運(yùn)行調(diào)度技術(shù)、大容量直流斷路器等關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)等。對直流電網(wǎng)在中國建設(shè)的可行性進(jìn)行了具體分析，提出了中國直流電網(wǎng)主干結(jié)構(gòu)設(shè)想圖，指出了直流電網(wǎng)建設(shè)的一些關(guān)鍵技術(shù)問題得到結(jié)論如下：（1）直流電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)西北、沿海地區(qū)大規(guī)模可再生能源的高效、穩(wěn)定并網(wǎng)及遠(yuǎn)距離輸送；（2）直流電網(wǎng)可以解決由國外能源基地、中國西南部水電基地、西北部火電基地向中東部負(fù)荷中心大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電的問題；（3）基于VSC 的直流輸電技術(shù)使直流電網(wǎng)具有高可控性，將對中國堅強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)起到支撐作用；（4）直流配電網(wǎng)可有效解決城市用地緊缺、電力供應(yīng)不足問題，并可大幅提高用戶電力智能化水平；（5）中國未來直流電網(wǎng)將由骨干輸電網(wǎng)與城市直流配電網(wǎng)共同構(gòu)成。

來源出版物：中國電機(jī)工程學(xué)報, 2012, 32(13): 7-12

入選年份：2016

智能用電中自動需求響應(yīng)的特征及研究框架

盛萬興，史常凱，孫軍平，等

摘要：目的：智能用電的核心特征是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶能量流、信息流、業(yè)務(wù)流的靈活互動，需求響應(yīng)作為智能用電中最能體現(xiàn)靈活互動特征的核心業(yè)務(wù)，目前正向自動需求響應(yīng)的技術(shù)方向發(fā)展。從分析智能用電條件下需求響應(yīng)面臨的新發(fā)展條件出發(fā)，提出自動需求響應(yīng)研究框架，設(shè)計自動需求響應(yīng)總體業(yè)務(wù)信息流程，以期為自動需求響應(yīng)的系統(tǒng)性研究提供一定參考作用。方法：智能用電的發(fā)展與建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)自動需求響應(yīng)提供了技術(shù)條件。一是信息交互總線等技術(shù)的發(fā)展與在智能用電中的應(yīng)用促進(jìn)了各環(huán)節(jié)之間信息融合和業(yè)務(wù)貫通，從而在制定需求響應(yīng)策略過程中可以更加及時、準(zhǔn)確地掌握供電側(cè)調(diào)用需求側(cè)資源的需求，為系統(tǒng)側(cè)的需求響應(yīng)智能決策提供了技術(shù)條件。二是隨著用電側(cè)遠(yuǎn)程信道、本地信道以及用戶內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，為需求響應(yīng)決策、執(zhí)行過程中的信息收集、信息交互提供了更為及時可靠、便捷多樣的通信和交互方式。三是樓宇/家庭用能管理系統(tǒng)、智能用電交互終端、智能家居的發(fā)展，可以為用戶的需求響應(yīng)執(zhí)行提供本地化的智能決策技術(shù)環(huán)境和自動化控制手段。結(jié)果：自動需求響應(yīng)的主要特征是業(yè)務(wù)全過程的自動化，表現(xiàn)在信息交互標(biāo)準(zhǔn)化、決策智能化和執(zhí)行自動化等3 個方面。提出的自動需求響應(yīng)研究框架包括了需求響應(yīng)基本機(jī)理、基礎(chǔ)理論方法、供電側(cè)需求響應(yīng)智能決策、用戶側(cè)需求響應(yīng)智能決策控制以及需求響應(yīng)仿真與評價等5 大模塊，系統(tǒng)分析了各個組成模塊主要研究任務(wù)及發(fā)揮的作用。（1）基本機(jī)理：通過對其作用機(jī)理、經(jīng)濟(jì)學(xué)原理、機(jī)制適用性等基本機(jī)制的研究，為準(zhǔn)確建立需求變化分析與預(yù)測、電力系統(tǒng)影響分析以及供電側(cè)需求響應(yīng)決策等環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型提供基本原則。（2）基礎(chǔ)理論方法：自動需求響應(yīng)業(yè)務(wù)決策執(zhí)行過程中需要大量的基礎(chǔ)理論方法作支撐，主要包括基本負(fù)荷計算、需求變化特性分析、負(fù)荷預(yù)測、需求響應(yīng)對系統(tǒng)運(yùn)行影響等4 方面。（3）供電側(cè)需求響應(yīng)智能決策：以需求響應(yīng)基本機(jī)制和基礎(chǔ)理論方法研究為基礎(chǔ)，以均衡社會、電網(wǎng)、用戶等需求響應(yīng)各相關(guān)方利益為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)研究需求響應(yīng)實(shí)施策略與各相關(guān)方優(yōu)化目標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型，以及對應(yīng)的動態(tài)電價費(fèi)率決策模型、激勵＆懲罰決策模型和需求響應(yīng)事件啟動策略模型，為制定供電側(cè)需求響應(yīng)相關(guān)策略提供支持。（4）用戶側(cè)需求響應(yīng)智能決策控制：研究實(shí)現(xiàn)用戶內(nèi)部可控負(fù)荷資源間的自動和協(xié)調(diào)控制，重點(diǎn)是研究科學(xué)描述用戶側(cè)響應(yīng)行為與各項優(yōu)化目標(biāo)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型和對應(yīng)決策方法，以及配套典型控制模式。（5）需求響應(yīng)仿真與評價：主要是為需求響應(yīng)業(yè)務(wù)決策提供仿真技術(shù)支持，為執(zhí)行效果評價提供依據(jù)。依托上述研究框架，設(shè)計了自動需求響應(yīng)總體業(yè)務(wù)信息流程，主要包括實(shí)施前期工作、事件決策規(guī)劃、事件信息交互、用戶側(cè)響應(yīng)執(zhí)行以及執(zhí)行效果評價與結(jié)算等環(huán)節(jié)。結(jié)論：自動需求響應(yīng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)級問題，除去在技術(shù)層面的技術(shù)攻關(guān)、配套軟硬件研發(fā)任務(wù)外，還在配套政策、操作機(jī)制制定，現(xiàn)有電力營銷機(jī)制、負(fù)荷控制管理機(jī)制的銜接和平穩(wěn)過渡，電網(wǎng)與用戶信息交互標(biāo)準(zhǔn)化，以及用戶信息的隱私保護(hù)等很多方面都需要不斷的摸索和嘗試，尤其要注重相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系的建設(shè)，穩(wěn)妥開展試點(diǎn)示范建設(shè)，逐步探索適合中國的自動需求響應(yīng)發(fā)展與建設(shè)模式。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(23): 1-7

入選年份：2016

多時間尺度下基于主動配電網(wǎng)的分布式電源協(xié)調(diào)控制

尤毅，劉東，鐘清，等

摘要：目的：主動配電網(wǎng)是解決未來配電網(wǎng)兼容集成分布式新能源的有效技術(shù)手段，但由于間歇式新能源出力的頻繁變化對于主動配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制帶來了很大挑戰(zhàn)。多時間尺度下的主動配電網(wǎng)分布式電源協(xié)調(diào)控制框架及其控制方法的提出，解決主動配電網(wǎng)分布式電源的協(xié)調(diào)控制難題。方法：建立適應(yīng)多時間尺度的主動配電網(wǎng)分布式電源分層協(xié)調(diào)控制架構(gòu)。首先，通過調(diào)度控制中心，基于最優(yōu)潮流算法求解出長時間尺度下主動配電網(wǎng)全局優(yōu)化控制策略。然后，建立主動配電網(wǎng)自治區(qū)域，通過主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，基于饋線功率誤差的閉環(huán)控制方法求解出短時間尺度下主動配電網(wǎng)區(qū)域自治控制策略。結(jié)果：長時間尺度下的全局優(yōu)化控制最大化利用綠色可再生能源，并同步降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。短時間尺度下的區(qū)域自治控制實(shí)時響應(yīng)間歇式能源的出力波動，修正間歇式能源實(shí)際發(fā)電出力與預(yù)測出力的偏差，抑制饋線的總體功率波動，改善饋線總體負(fù)荷特性，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒性。結(jié)論：基于主動配電網(wǎng)分層控制架構(gòu)的分布式電源協(xié)調(diào)控制技術(shù)能實(shí)現(xiàn)分布式電源的有序并網(wǎng)和高效協(xié)同，其中長時間尺度下的全局優(yōu)化控制用于解決長周期的負(fù)荷以及間歇式能源大幅出力變化，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而短時間尺度下的區(qū)域自治控制主要針對短周期的負(fù)荷及間歇式能源小幅度快速擾動做出自適應(yīng)調(diào)節(jié)，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。間歇式能源發(fā)電的不確定性給配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行帶來了極大挑戰(zhàn)，主動配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)未來配電網(wǎng)集成間歇式新能源的有效技術(shù)手段。重點(diǎn)研究了正常態(tài)下主動配電網(wǎng)的多時間尺度分布式電源協(xié)調(diào)控制框架，包括長時間尺度下的主動配電網(wǎng)全局優(yōu)化控制和短時間尺度下的主動配電網(wǎng)區(qū)域自治控制。在此基礎(chǔ)上，提出了基于最優(yōu)潮流的主動配電網(wǎng)全局優(yōu)化算法和基于功率控制誤差的主動配電網(wǎng)區(qū)域自治控制算法。算例仿真結(jié)果驗證了多時間尺度下的主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的自趨優(yōu)特性以及其用于主動配電網(wǎng)實(shí)時調(diào)度的有效性。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2014, 38(9): 192-198

入選年份：2016

城市能源互聯(lián)網(wǎng)功能體系及應(yīng)用方案設(shè)計

黃仁樂，蒲天驕，劉克文，等

摘要：目的：為解決化石燃料的逐漸枯竭及其造成的環(huán)境污染問題，大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿确植际娇稍偕茉?，以新能源技術(shù)和信息技術(shù)深入結(jié)合為特征的一種新的城市能源利用體系正在形成，需要從能源供給/消費(fèi)形式、承載能源輸送的主要載體、管理決策與公共服務(wù)等幾個方面設(shè)計城市能源互聯(lián)網(wǎng)功能體系，為未來城市能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供指導(dǎo)。方法：城市能源互聯(lián)網(wǎng)更為關(guān)注能源的配給和綜合利用，將其劃分為能源生產(chǎn)與消費(fèi)層、能源傳輸層、綜合能源管理大數(shù)據(jù)平臺、應(yīng)用層。（1）能源生產(chǎn)與消費(fèi)層，未來用戶既是能源的生產(chǎn)者，又是能源消費(fèi)者，負(fù)荷更具柔性，具備調(diào)節(jié)能力；在這層構(gòu)成能源生產(chǎn)和消費(fèi)單元，具有局部自治能力。（2）能源傳輸層，主動配電網(wǎng)將是能源傳輸配送的主要載體，承擔(dān)能源路由的職責(zé)，其具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、潮流可控、設(shè)備利用率高。（3）綜合能源管理大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的匯集，支持能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等全過程的數(shù)據(jù)存儲、分析、挖掘和管理。（4）應(yīng)用層，為能源全壽命周期提供優(yōu)化控制決策服務(wù)，為能源互聯(lián)網(wǎng)的參與主體提供互動服務(wù)、為社會提供公共服務(wù)?；谝陨? 層架構(gòu)的能源互聯(lián)網(wǎng)模型，充分利用地區(qū)豐富的新能源資源，從能源生產(chǎn)與消費(fèi)、能源配送網(wǎng)絡(luò)、能源管理與公共服務(wù)、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營模式4 個層面進(jìn)行城市能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案設(shè)計。能源生產(chǎn)與消費(fèi)層面，規(guī)范分布式能源接入，調(diào)配用戶側(cè)可控資源，參與區(qū)域能源優(yōu)化；能源配送層面，建設(shè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、潮流可控的主動配電網(wǎng)；能源應(yīng)用層面，建設(shè)基于大數(shù)據(jù)平臺的能源管理服務(wù)中心，同時在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營模式層面就政策法規(guī)、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式進(jìn)行探索。結(jié)果：以北京延慶智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)為分析案例，功能體系設(shè)計如下：示范擬選擇在3 個地區(qū)從4 個層面進(jìn)行5 個項目建設(shè)，3 個地區(qū)分別為八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、延慶鎮(zhèn)北京環(huán)球新意百貨大樓、延慶井莊鎮(zhèn)柳溝村；4 個層面分別為能源生產(chǎn)消費(fèi)層面、能源網(wǎng)絡(luò)傳輸配送層面、能源管理優(yōu)化及公共服務(wù)層面、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營商業(yè)模式層面；5 個項目分別為多源協(xié)同的主動配電網(wǎng)、低壓直流用電網(wǎng)絡(luò)、柔性負(fù)荷主動響應(yīng)、新農(nóng)村多能源綜合優(yōu)化利用和能源管理與公共服務(wù)中心。前4 個項目構(gòu)成了整個能源互聯(lián)網(wǎng)體系的核心載體，最后一個項目進(jìn)行全局的能源優(yōu)化分析與決策，構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的智能中樞。結(jié)論：構(gòu)建了城市能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用框架模型，能源傳輸層主要是通過對現(xiàn)有配電網(wǎng)的升級改造，建成主動配電網(wǎng)，能夠大幅提高地區(qū)能量傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置能力，支持示范區(qū)高滲透率分布式能源的靈活接入和消納，實(shí)現(xiàn)多種能源協(xié)同優(yōu)化，提高區(qū)域能源安全、高效的利用。通過建設(shè)基于能源綜合大數(shù)據(jù)管理平臺的能源管理中心，匯集能源與社會生產(chǎn)的多元數(shù)據(jù)，提供能源數(shù)據(jù)分析優(yōu)化的基礎(chǔ)平臺，支持能源的協(xié)同優(yōu)化控制，進(jìn)行能量的分層分級平衡，實(shí)現(xiàn)分布式新能源的“區(qū)域自治，全局優(yōu)化”；構(gòu)建公共服務(wù)中心，提供面向電網(wǎng)、企業(yè)、社區(qū)、家庭、政府等不同的群體的能源公共服務(wù)。通過對商業(yè)運(yùn)營模式技術(shù)層面的探討，探索面向能源互聯(lián)網(wǎng)的多方參與、利益共贏的漸進(jìn)式合作建設(shè)與運(yùn)營模式。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2015, 39(9): 26-33

入選年份：2016