2024年 第46卷 第2期    刊出日期：2024-02-25

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配电网与人工智能

基于数字孪生技术的新型电力系统数字化

李成雲, 杨东升, 周博文, 杨波, 李广地

2024, 46(2):  1-11.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.001

摘要 ( 83 )   HTML ( 10 )   PDF (1118KB) ( 149 )  

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随着“双碳”目标的提出，大规模的清洁能源、电力电子设备和新型负荷将接入电力系统，传统的电力系统管理控制模式难以应对双侧随机性、波动性增强等问题，电力系统的安全稳定运行迎来巨大挑战。数字孪生技术作为重要的数字化手段，成为电力系统转型升级新方法。针对新型电力系统内在机理发生的深刻复杂变化，综述了数字孪生的发展历程以及其在电力系统领域的研究现状，并从新型电力系统数字化需求、数字建模方法、数字化平台建设3个层面研究了电力系统数字化转型进程。最终，提出了以数字孪生技术为核心的新型电力系统建模方法和框架。

考虑构网型和跟网型变流器的孤岛微电网小信号稳定性分析

张心怡, 杨波

2024, 46(2):  12-18.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.002

摘要 ( 50 )   HTML ( 5 )   PDF (1427KB) ( 91 )  

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由电力电子设备主导的孤岛微电网面临系统惯量小、无频率支持而导致的稳定性问题，恒功率负荷的渗透也加剧了系统的失稳风险。研究了由构网型变流器和跟网型变流器为主导的，计及恒功率负荷的孤岛微电网稳定性。首先，建立了孤岛微电网系统的全阶小信号模型，通过特征值分析法研究了构网型变流器控制中下垂系数对稳定性的影响并得到了下垂系数的数值上界；其次，通过参与因子法揭示了系统参数和控制参数对小信号稳定性的影响；最后，在Matlab Simulink中建立了该孤岛微电网的开关模型，仿真验证了小信号分析结果的准确性。

考虑长期负荷概率预测的储能多阶段优化配置

李益民, 董海鹰, 丁坤, 王金岩

2024, 46(2):  19-27.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.003

摘要 ( 45 )   HTML ( 5 )   PDF (1010KB) ( 99 )  

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随着高比例新能源对电网的逐渐渗透，其出力的随机性和不确定性对电力系统的安全稳定运行提出了更高的要求。储能的源荷双向特征，可以作为灵活性资源提升电网的调节能力，当应用在电网侧时，储能配置的功率和容量大小影响电力系统的稳定运行和经济规划。提出了一种考虑长期负荷概率预测的储能多阶段优化配置方法，对电网侧的独立大规模储能进行容量配置。首先，分析电网侧独立储能的成本效益，以多阶段经济性最优为目标，采用非参数组合回归的长期负荷概率预测模型，建立优化模型并采用改进粒子群算法求解。最后，用酒泉地区电力系统进行算例分析，验证所提方法和模型的可行性和优越性，并且从峰谷电价差和新能源利用率两个方面对储能经济性进行了灵敏度分析。

基于变分模态分解改进生成对抗网络的短期风电功率预测

江善和, 李伟, 徐小艳, 王德凯

2024, 46(2):  28-35.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.004

摘要 ( 36 )   HTML ( 4 )   PDF (3272KB) ( 58 )  

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风电功率的可预测性和预测准确性取得了一定的研究成果，但风电数据中气象和功率的强非线性制约了短期预测精度的进一步提高，提高短期风电功率预测的精度已成为研究的热点与难点。针对风电数据非线性且非稳定的特点，基于分解思想提出一种基于变分模态分解改进生成对抗网络的短期风电功率预测方法。该方法使用变分模态分解分散风电数据中的非线性，将复杂序列的预测任务转化为多个较为简单序列的预测任务；设计了激活函数和损失函数，解决传统生成对抗网络模型不稳定问题，并对所设计激活函数的关键参数进行了分析。Bengaluru风电场某风机数据的算例测试表明，所提方法取得了较好的预测结果，其均方误差相比长短期记忆网络和变分模态分解-长短记忆网络方法分别下降了79.65%和51.83%。

基于控制灵敏度的微电网有功无功协调二次控制方法

龚伟, 孙丹, 李逸源

2024, 46(2):  36-42.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.005

摘要 ( 32 )   HTML ( 2 )   PDF (942KB) ( 77 )  

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在中低压等级的微电网中，由于线路的电阻与电抗大小十分接近，因此在潮流控制时不再呈现明显的有功与无功解耦的情况。若仍旧按照大电网中有功、无功独立调节的方式进行微电网的二次控制，则容易产生超调和振荡。为了解决该问题，提出了一种基于控制灵敏度的微电网有功无功协调二次控制方法。首先，根据不同类型的微电网一次控制架构，推导了二次控制时控制灵敏度的计算公式；然后，基于控制灵敏度建立了以频率电压偏差最小、有功无功按比例分配为控制目标的二次规划模型，通过求解此二次规划模型得到微电网二次控制的调节量。以某实际海岛微电网为算例进行分析，通过与有功无功独立调节的二次控制相比较，证明了本文所提方法能有效提高控制的准确性与稳定性。

市场研究与潮流分析

基于增量交换的主动配电网分布式多目标最优潮流

陆文甜

2024, 46(2):  43-48.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.006

摘要 ( 33 )   HTML ( 3 )   PDF (1009KB) ( 64 )  

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接入高比例可再生能源的主动配电系统，配电网络运营商和能源运营商之间存在竞争与合作的复杂利益关系。为了提高分布式能源利用率，提出了一种基于增量交换的分布式多目标最优潮流（MO-OPF）算法。在MO-OPF模型中，网络运营商和能源运营商分布追求自己的运营目标，同时确保整个网络的电压和支路功率安全限制得到满足。该算法能够以分散的方式求解MO-OPF问题，而不会向网络运营商暴露任何能源运营商的私有信息。其核心思想是利用耦合变量增量的二次函数来描述能源运营商对网络运营商的影响，网络运营商通过求解累积二次规划问题来计算耦合变量的增量。以IEEE 33节点配电系统为例，验证所提方法不仅可以提供与使用集中式优化相同的帕累托最优解，而且具有电压调节能力。

基于图论的区域综合能源服务商交易路径优化

周冠廷, 徐凯, 刘建伟, 鹿百兴, 张乔, 陈新

2024, 46(2):  49-58.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.007

摘要 ( 34 )   HTML ( 2 )   PDF (1039KB) ( 61 )  

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随着电力体制改革的不断推进，区域能源服务商数量不断增加，电网结构日益复杂，购、售电交易双方之间的可选路径增多。在此背景下，提出了区域能源服务商交易路径两步选择法。首先基于p-中位模型的区域能源服务商交易路径第1步优化选择，考虑综合建设运行成本、能源站与负荷中心的最短路径距离、用户负荷需求三方因素，构建多目标优化模型，作用于区域综合能源服务商的站址规划；然后，基于OD矩阵和双约束重力模型提出了区域能源服务商交易路径第2步优化选择，以电能传输量最大和区域能源服务商日运营利润最大为目标函数，作用于多个区域能源服务商之间的能源传输路径选择。采用枚举法和Dijkstra算法对所建模型进行求解并通过算例仿真证明该模型能够有效降低网络损耗成本，减少弃风弃光量，提高区域能源服务商的运营利润。

新能源并网控制

新型电力系统场景下网侧规模化储能二次调频控制策略

孙娜, 董海鹰, 陈薇, 马虎林

2024, 46(2):  59-67.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.008

摘要 ( 43 )   HTML ( 3 )   PDF (2169KB) ( 100 )  

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针对大规模新能源并网时造成的新型电力系统频率波动问题，在新型电力系统场景下兼顾电网调频需求及储能调频能力提出一种网侧规模化储能二次调频控制策略。基于电网调频需求，对储能系统响应自动发电控制指令时的双信号自适应切换控制进行研究，在充分发挥两种调频信号优势的同时使储能系统更好地配合响应调频指令；考虑储能机组的技术特性，利用模糊控制对各储能单元的出力深度进行均衡控制，在维持其荷电状态的同时能够将频率偏差的波动以更快的速度控制在更小的范围内；最后在Matlab/Simulink中对所提控制策略进行仿真验证。结果表明，所提控制策略能够快速抑制频率偏差在更小的范围内、避免储能系统过充过放以及有效维持各组储能单元荷电水平。

园区受端新型电力系统电力电量再平衡方法

孔慧超, 王文钟, 雷一, 彭静, 李海波

2024, 46(2):  68-74.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.009

摘要 ( 39 )   HTML ( 3 )   PDF (926KB) ( 81 )  

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我国工业园区电能消耗占据了较高的比例，针对依托新型电力系统促进工业园区绿色低碳发展的需要，提出了一种面向工业园区受端新型电力系统的电力电量再平衡方法。首先，开展电力和电量需求预测并进行电力电量初平衡；然后，基于受端源网荷储协同作用并充分考虑园区节能、电能替代、各类分布式电源、储能和需求响应能力的作用进行电力电量再平衡，由此确定园区年度外调电和区内自产电的比例，进一步建立包含低碳效应和电力系统规模变化在内的量化指标评价体系，对电力电量再平衡带来的变配电容量缩减规模和降碳效用进行评价。以我国南方某工业园区新型电力系统的电力电量再平衡为例对以上方法进行了验证，结果表明：该园区2030年变配电规划容量可缩减10.1%，用电综合碳排放因子由0.60 kg/（kW·h）降至0.54 kg/（kW·h）；2060年变配电规划容量可缩减9.57%，电能替代实现减碳5.85 万t/a，可为受端新型电力系统的电力电量平衡提供有力的理论支撑。

西北四省太阳能资源分布与长期变化趋势分析

李春华, 朱飙

2024, 46(2):  75-81.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.02.010

摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (3327KB) ( 95 )  

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根据我国西北四省1978—2017年的观测数据，分析该区域太阳总曝辐量的空间分布特征，绘制太阳能资源区划图，并分析了以往研究中未涉及的太阳总曝辐量长期变化趋势。结果表明：西北四省多年平均年太阳总曝辐量为3 676~7 036 MJ/m²，且自西北向东南逐渐递减，高值区主要在青海大部、甘肃河西西部、宁夏大部与陕西北部。各季节太阳总曝辐量分布特征为夏季最高、春秋季次之、冬季最低。西北四省大部分地区太阳总曝辐量长期变化呈减少趋势，少部地区呈增加趋势，其中青海中西部区域减少最为明显，甘肃河西西部与武威地区、陕北部分地区增加趋势明显。在四季中，秋季太阳总曝辐量呈减少趋势的范围最大，春季太阳总曝辐量呈增加趋势的范围最大。研究结果对掌握西北四省太阳能资源的长期变化趋势与光伏电厂长期收益及风险防范有参考价值。