2022年 第44卷 第10期    刊出日期：2022-10-25

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优化配置

考虑设备变工况特性的园区综合能源系统两阶段规划优化方法研究

温港成, 石鑫, 张怡, 房方

2022, 44(10):  1-11.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.001

摘要 ( 98 )   HTML ( 4 )   PDF (1515KB) ( 226 )  

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园区综合能源系统通过多能耦合互补和协同优化调度，可以显著提高能源利用率和促进可再生能源消纳，已成为用户侧满足多能供需的一种新的能源利用实现方式。以河北雄安新区某园区作为研究对象，提出了一种考虑设备变工况特性的园区综合能源系统两阶段优化方法：第1阶段基于带有精英保留策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对园区能源站设备类型及容量进行优化，是一个多目标规划优化问题，其目的是实现经济成本和环境成本的协调优化；第2阶段是一个运行优化问题，针对上一阶段规划得到的多组Pareto前沿解，考虑风、光出力的不确定性，以系统运行经济、环境总成本和用户舒适度为优化目标，利用Benders分解算法优化求解各规划方案对应系统运行时设备出力计划，针对不同规划方案计算其综合成本，结果作为确定系统最佳规划方案的重要参考。算例分析结果表明所设计规划方法可以在第2阶段考虑系统运行的不确定性，充分考虑设备变工况特性实现设备精细化运行模拟，可以有效降低系统运行成本和保障负荷供给可靠性，对指导园区综合能源系统规划更具实用性。

计及高比例分布式光伏能源接入的配电网状态估计

王义, 杨志伟, 吴坡, 刘明洋, 裴杰才, 李春蕾

2022, 44(10):  12-18.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.002

摘要 ( 150 )   HTML ( 2 )   PDF (1160KB) ( 196 )  

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分布式能源具有节能环保、资源丰富、建设简单等优势，被广泛引入到传统配电网中。为保证含分布式能源配电网的安全运行，亟须建立适应分布式能源接入的配电网状态估计方法，以提高状态估计结果的精确度和可靠性。以接入光伏发电（PV）系统的配电网为研究对象。首先，对接入光伏电源的配电网进行数学建模，基于PV较少或不发出无功功率的特点，将PV处理为PQ节点；其次，结合PV系统的特性，提出基于改进加权最小二乘法的配电网状态估计方法。最后，通过IEEE 33节点系统算例分析验证了所提出的计及光伏电源接入的配电网状态估计方法的可行性和有效性。

基于改进量子粒子群算法的综合能源系统优化配置

王翔, 胡明, 闫岩, 王瑞瑞

2022, 44(10):  19-24.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.003

摘要 ( 70 )   HTML ( 3 )   PDF (1424KB) ( 162 )  

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传统能源系统难以满足不断变化的发电结构及用户用能需求。包含冷、热、电等多能流的综合能源系统可以充分发挥能量耦合互补优势。为此，以系统经济性最小为优化目标，利用改进量子粒子群算法对综合能源系统模型进行求解，对综合能源系统中的燃气轮机、燃气锅炉、蓄热槽、吸收式制冷机和电制冷机等设备容量进行优化配置，并与其他搜索算法结果比较。最后，利用算例进行结果分析，算例结果表明改进后的量子粒子群算法能够同时兼顾系统经济性和环保型，使系统配置结果更加优化，为之后的能源供给系统的规划提供理论依据。

优化运行与控制

考虑风电机组虚拟惯量的新型电力系统频率分布式模型预测控制策略

屈涛涛, 綦晓, 蒋文珂, 杜鸣, 潘岩

2022, 44(10):  25-32.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.004

摘要 ( 70 )   HTML ( 1 )   PDF (3448KB) ( 179 )  

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“双碳”目标下，大规模风电并网对新型电力系统频率安全造成严重威胁。风机虚拟惯量控制和模型预测频率控制是解决上述问题的主要研究方向，但当前模型预测频率控制研究中的预测模型往往未考虑虚拟惯量控制过程，致使预测精度不足，频率控制受到干扰。为此，提出了一种考虑风机虚拟惯量的频率分布式模型预测控制策略。首先，设计虚拟惯量控制环节以发挥风电机组自身的调频能力；其次，为解决风机虚拟惯量控制导致系统等效惯量变化的问题，重构了考虑风机虚拟惯量的调频预测模型；最后，根据重构模型设计频率分布式模型预测控制器，并在Matlab/Simulink中建立四区域互联电力系统模型验证其有效性。

高比例可再生能源的多区域电力系统负荷频率自抗扰控制

李朋真, 刘艳红, 吴振龙

2022, 44(10):  33-41.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.005

摘要 ( 74 )   HTML ( 2 )   PDF (2103KB) ( 164 )  

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由于可再生能源的波动性和随机性，多区域可再生能源电力系统的负荷频率变化复杂且难以控制。为了改善电力系统的稳定性，针对多区域可再生能源电力系统的负荷频率控制问题提出了一种基于多目标遗传算法的串级自抗扰控制方法。该方法通过设计线性自抗扰控制并引入其串级结构来提高系统的抗干扰能力，借助多目标遗传算法对设计的控制器参数进行优化以减小频率和联络线功率偏差，达到更好的控制效果。此外，进行不同控制策略下电力系统的仿真和对比，结果表明所设计的控制系统具有很好的动态性能，加入负荷扰动后能够快速消除干扰并维持系统稳定。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。

基于增益调度模型预测控制的SOFC-GT混合动力系统温度控制

王丽, 李蓓, 张帆, 陈金伟

2022, 44(10):  42-49.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.006

摘要 ( 83 )   HTML ( 2 )   PDF (1912KB) ( 207 )  

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固体氧化物燃料电池（SOFC）因其发电效率高、环境污染小等优势得到了广泛应用。工作温度是影响SOFC寿命和性能的主要因素，为保证SOFC长期安全运行，需要将其工作温度控制在一定范围内。但SOFC具有耦合强、非线性特性显著等特点，尤其在大工况范围运行过程中温度变化显著。针对固体氧化物燃料电池-燃气轮机（SOFC-GT）混合动力系统中的SOFC温度控制系统，设计了一种基于增益调度模型预测控制的温度控制策略，以实现系统在大工况范围内变化时的SOFC工作温度调控，保证SOFC-GT混合动力系统在大工况范围内安全运行。

基于调度信号的自抗扰控制器设计研究

王佑, 孙立明, 薛亚丽

2022, 44(10):  50-56.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.007

摘要 ( 54 )   HTML ( 0 )   PDF (1908KB) ( 119 )  

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在我国面向“双碳”目标进行能源结构转型的背景下，火电机组将在保障电力安全、灵活调峰方面发挥重要作用。为了在机组宽负荷频繁调峰时提高对非线性、大惯性热力过程的控制性能，提出了一种基于调度信号的前馈补偿自抗扰控制器设计方法。在自抗扰控制的基础上，通过引入调度信号，并利用被控过程在变工况下的动态模型信息，分别对前馈控制器、反馈控制器、补偿环节和扩张状态观测器进行变参数设计和实时调整，从而形成变参数的前馈补偿自抗扰控制器设计方法，提高自抗扰控制器对系统大惯性和变工况的适应能力。通过某机组主蒸汽压力的控制仿真结果，验证了该方法的可行性和有效性。该方案中所提出的控制器结构简单，便于参数整定和现场实现，具有良好的实际应用前景。

基于概率鲁棒的改进自抗扰控制器设计

史耕金, 李东海, 丁艳军

2022, 44(10):  57-64.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.008

摘要 ( 68 )   HTML ( 0 )   PDF (1568KB) ( 110 )  

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过热汽温是火电机组日常运行的重要参数，为适应其大惯性大滞后的特性，常采用串级控制策略进行控制，但控制结构较为复杂，控制器整定较为繁琐。一种改进的自抗扰控制器可简化传统过热汽温的控制结构并获得满意的控制效果，但由可再生能源系统接入引起的不确定性客观存在，改进的自抗扰控制仅是在标称工况下设计的，无法有效应对不确定性。采用不确定系统的随机分析方法——概率鲁棒设计改进自抗扰控制器，旨在保证机组工况发生变化时控制器仍可最大概率满足控制指标要求。仿真结果表明，基于概率鲁棒的改进自抗扰控制器能够获得良好的动态性能与强鲁棒性，展现了其未来应用于火电机组的前景。

能量管理与经济性分析

技术-经济因素对天然气分布式能源系统经济性影响分析

冯乐军, 付志浩, 刘锋, 龚雨桐, 李艺敏, 韩东江, 隋军

2022, 44(10):  65-70.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.009

摘要 ( 47 )   HTML ( 0 )   PDF (979KB) ( 127 )  

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天然气分布式能源系统通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，具有节能、经济、环保的优点。以静态投资回收期为经济性评价指标，从技术和经济角度分析了各个参数对天然气分布式能源系统经济性的影响规律。通过灵敏度分析，确定节能率、投资成本、运行时长和气电价格比为主要影响因素。以投资回收期为优化目标，分析了各个主要参数在不同投资回收期下的边界，可为天然气分布式能源系统实际项目的运行和政策制定提供指导。

海上风电-水下压缩空气储能系统建模及经济性分析

余思贤, 周允康, 刘雷伟, 何婷

2022, 44(10):  71-82.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.010

摘要 ( 71 )   HTML ( 1 )   PDF (1254KB) ( 387 )  

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为实现“双碳”目标，加快发展风电和太阳能等新能源是我国能源绿色低碳转型的必然选择。风能的波动性和随机性会对电网的安全稳定运行造成威胁，实际应用中往往将风力发电与储能技术相结合，相比于传统的风力发电，可在一定程度上减小系统输出电能对电网的冲击。建立了海上风电-水下压缩空气储能系统模型并以此作为研究对象进行系统模型的仿真与分析，采用随机概率和真实数据拟合相结合的方法对系统的能效、经济性进行分析。结果显示：在风速随机波动的条件下，系统发电效率可达65%，理论平均收益为11 675 元/d，在有效寿命期20 a内总利润可达1 346万元。

基于随机模型预测控制的智能楼宇能量管理方法

张怡, 房方

2022, 44(10):  83-90.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.10.011

摘要 ( 69 )   HTML ( 1 )   PDF (1552KB) ( 183 )  

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建筑楼宇不仅是我国的能耗大户，更是碳排放的重要来源。智慧建筑能耗管理对于提高建筑楼宇系统能量利用效率、实现节能降碳至关重要，然而由于环境温度、辐照度等环境因素预测的不确定性，对系统经济运行造成不可忽略的影响。提出了一种考虑建筑蓄热特性，基于机会约束随机模型预测控制的智能楼宇能量管理方法。该方法通过将建筑热动态特性引入楼宇能量系统模型，考虑了由于室外温度和光照强度预测偏差导致状态约束违背的概率描述，通过机会约束与仿射扰动反馈结合，将概率约束转化为确定性约束，提出基于机会约束随机模型预测控制的楼宇能量管理优化问题，实现各用能设备的优化调度。仿真结果表明，该方法能够有效减少环境因素预测不确定性引起运行成本的增加，提升用户舒适度及系统整体运行的鲁棒性。