2024年 第46卷 第10期    刊出日期：2024-10-25

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新能源电力系统优化

基于全生命周期评价的风光制氢综合系统容量配置优化研究

白章, 郝文杰, 李琦, 郝洪亮, 温彩凤, 郭苏, 黄贤坤

2024, 46(10):  1-11.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.001

摘要 ( 205 )   HTML ( 10 )   PDF (2861KB) ( 75 )  

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风光互补发电制氢是促进风光资源就地消纳、减少弃风弃光的重要技术途径。然而风光出力的波动性与系统设备复杂性也对风光制氢系统的容量优化配置决策提出了挑战。为此基于全生命周期评价方法，将平准化制氢成本、单位氢气碳排放强度与系统能量损失率作为优化目标，结合改进的NSGA-Ⅲ多目标优化算法，构建了年产2万t氢气的离网型风光制氢系统容量配置优化模型，并进一步分析了系统碳排放与经济性收益。研究结果表明，结合内蒙古某地区风光资源特征，经优化后系统平准化制氢成本为25.88 元/kg，单位制氢碳排放量为0.59 kg/kg，同时全年风光利用率提升至91.09%，风光制氢系统的资源得到了高效利用。同时，结合全生命周期碳排放分析计算，系统碳排放总量为25.03万t，与典型煤制氢技术相比，单位制氢的碳减排量降低了97.05%。研究成果将为开展风光制氢综合利用提供了有益参考。

含分布式新能源和需求响应负荷的虚拟电厂定价机制及优化调度

李明扬, 董哲

2024, 46(10):  12-17.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.002

摘要 ( 172 )   HTML ( 7 )   PDF (1775KB) ( 62 )  

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面对电网中分布式风电、光伏发电以及柔性负荷的广泛接入，将这些资源通过虚拟电厂（VPP）进行聚合，采用合理的电价机制来引导用户参与需求响应，可以有效提升新能源的消纳能力并降低整体运营成本。传统的分时电价机制往往难以实现需求响应负荷与新能源出力的良好匹配，可能会导致需求响应的不合理或过度反应。为此，针对包括分布式风电、分布式光伏发电和柔性负荷的VPP，提出了一种基于新能源出力的VPP内部定价机制，并设置电力交易优先级来引导VPP内部各资源优化运行，以VPP的整体运营成本最小化为目标，构建了一个VPP优化调度的混合整数线性规划模型。基于内蒙古某地区的实际数据进行仿真计算，结果表明，与基于传统分时电价的优化结果相比，该方法能显著提高新能源的利用率并降低VPP的运行费用。

考虑空调集群需求响应的新能源电力系统分数阶滑模负荷频率控制

江建, 徐峰亮, 李小明, 孙建超, 江华华, 张佳昕, 马思源, 杨梓帅

2024, 46(10):  18-25.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.003

摘要 ( 91 )   HTML ( 6 )   PDF (2287KB) ( 26 )  

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随着可再生能源的大量接入和负荷需求的不断增长，电力系统安全运行的压力日益增大，新能源电力系统的频率控制问题成为研究热点。针对新能源电力系统中源荷随机扰动造成频率偏差较大的问题，提出考虑空调集群需求响应（DR）的分数阶滑模负荷频率控制策略。首先，建立含风机和空调集群DR的互联电力系统模型；其次，采用分数阶滑模算法控制发电机组的调速器来最小化频率偏差，可以抑制抖振现象并提高电力系统的鲁棒性；此外，利用DR和风机作为辅助设备共同参与频率调节，进一步减小频率偏差；最后，设计3种不同工况，在Matlab/Simulink中进行仿真验证，结果表明所提出的控制策略可以有效降低新能源电力系统的频率偏差，保证电力系统稳定运行。

基于配网状态的分布式电源接入位置研究

管晓虎, 王长云, 张燕

2024, 46(10):  26-31.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.004

摘要 ( 82 )   HTML ( 3 )   PDF (1724KB) ( 20 )  

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分布式电源接入配网的位置关系到配网自身的经济稳定运行。以降低分布式风电接入对配网电压和网络损耗的影响为准则，开展以配网状态为决策依据的分布式电源接入位置的研究。在确保分布式风电接入后系统仍能稳定运行前提下，制定相关约束条件，建立以网络损耗、配电网电压偏差、配电网电压稳定性指标的目标函数，并对目标函数进行归一化处理以及权重分配，确定了分布式风电接入后的电网运行情况评价方程。以IEEE 33节点系统为算例，通过粒子群算法寻优，找出最佳接入位置。将容量为600 kW的风力发电系统接入IEEE 33节点系统时，最优并网位置为17节点。在该节点接入后，配电网的网络损耗下降了38.31%，电压偏差降低了42.05%，同时配电网电压稳定性改善了18.59%。提出的分布式电源接入位置决策方法能够在保证配网系统稳定可靠运行的约束下，通过选取最优接入位置显著改善配网电压和网络损耗，为分布式电源接入位置研究提供一种新的思路。

电网与人工智能

基于多智能体强化学习的配电网电压分散控制

马刚, 马健, 颜云松, 陈永华, 赖业宁, 李祝昆, 唐靖

2024, 46(10):  32-39.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.005

摘要 ( 210 )   HTML ( 2 )   PDF (2033KB) ( 63 )  

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大规模分散资源接入配电网改变了传统配电网的潮流分布，导致电压频繁越限。以模型为基础的电压控制方法对电力系统网络拓扑结构要求较高，求解时间较长，不能达到电压实时控制要求。为此，提出一种考虑异步训练的多智能体在线学习配电网电压分散控制策略。该方法将每个光伏逆变器都视为一个智能体。首先对智能体进行分区调整，然后将配电网的电压无功控制问题建模为马尔可夫决策过程，在满足系统分布式约束的基础上，采用多智能体强化学习分散控制框架，结合多智能体深度确定性策略梯度算法对多智能体进行训练。经过训练的智能体可以不需要实时通信，利用局部信息实现分散决策，制定光伏逆变器的出力计划，做到电压实时控制，减少网络损耗。最后，通过仿真验证了该方法的有效性和鲁棒性。

基于改进正余弦算法的配电网无功优化

钱达, 陈浩, 马刚

2024, 46(10):  40-47.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.006

摘要 ( 86 )   HTML ( 1 )   PDF (2693KB) ( 22 )  

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分布式光伏的并网对潮流分布和节点电压产生了显著影响，给配电网的安全运行带来了挑战。因此，有效地优化控制含分布式光伏的配电网成为亟待解决的问题。为此，提出了一种基于改进正余弦算法（ISCA）的无功优化方法，该方法以减少节点电压偏差和有功网损为目标，并考虑了分布式光伏的无功出力，构建了相应的目标优化模型。ISCA在传统正余弦算法的基础上引入Lévy飞行、精英选择策略以及贪婪算法，增强了原算法的全局及局部搜索能力。在接入多个分布式光伏的IEEE 33系统中进行了仿真试验，算例结果表明使用ISCA后配电网的节点电压偏差和有功网损得到了有效降低。该方法有助于配电网在大量分布式光伏的接入下保证其安全、经济运行，且优化效果明显优于其他优化算法。

基于模糊强化学习的电力变压器故障诊断算法研究

张考, 何凯琳, 杨沛豪

2024, 46(10):  48-55.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.007

摘要 ( 102 )   HTML ( 4 )   PDF (1675KB) ( 24 )  

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目前电力变压器故障诊断方法普遍存在精度低、可识别故障类型少的问题。提出一种基于模糊强化学习和决策树算法的自适应变压器故障诊断模型。通过对真实变压器进行油中溶解气体分析（DGA），提取一系列能够反映变压器状态的变量。采用决策树J48算法对这些变量进行筛选，优选出8个最具代表性的变量，旨在以最少的输入变量实现高分类精度。将筛选出的变量输入至模糊强化学习分类器中进行故障诊断。试验结果表明：所构建的故障诊断模型更加精确，其精度高达99.7%。相较于传统DGA故障识别算法，所提出的基于模糊强化学习的诊断算法对于电力变压器故障诊断准确性更高。

低碳能源

考虑电-碳价格耦合的低碳需求响应研究

吴琪, 赵宣茗, 张佳诚, 裘智峰, 王雅琳

2024, 46(10):  56-66.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.008

摘要 ( 128 )   HTML ( 2 )   PDF (2660KB) ( 70 )  

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将减排激励信号融入电力市场需求响应机制中，以此引导用户以减排为目标改善用电行为，助力“双碳”目标的实现。基于碳排放流理论设计考虑节点碳势的电-碳耦合价格的低碳需求响应交互机理，将节点碳势信号转化为激励用户进行降碳用电行为的价格信号；设计两阶段模型：第1阶段对源端建模，以发电侧电-碳成本最小为目标，第2阶段对荷端建模，以负荷侧用电-碳排成本和需求响应成本最小为目标，上下层模型通过机组市场出清以及负荷需求量进行交互。改进的IEEE 30节点系统的仿真结果表明，基于电-碳价格耦合的低碳需求响应机制能够激励电源侧消纳更多新能源，提供电-碳市场耦合环境下的用户侧环境效益，丰富了现有需求响应机制。

基于燃煤机组掺烧绿氨的碳减排量分析研究

沈明忠, 胡小夫, 沈建永, 侯朋飞

2024, 46(10):  67-72.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.009

摘要 ( 89 )   HTML ( 4 )   PDF (2296KB) ( 36 )  

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绿氨与煤基燃料混燃作为一种可行的燃煤机组碳减排路径，分析研究全链条CO₂减排量不仅有利于推动绿氢和绿氨行业的发展，有效促进绿氢和绿氨的消纳，还有利于推动氨煤混燃发电技术的发展。以可再生能源发出的绿电制成绿氨并在燃煤机组上实现氨煤混燃发电为情景，对全链条CO₂减排量进行测算，结果表明，采用445 GW·h绿电制备绿氨并在燃煤机组上进行掺烧发电，其全链条CO₂减排量可达10.07 万t/a，绿电CO₂减排量约226.29 g/（kW·h）且每年节省约956.65万元的碳减排成本。

基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究

郝宁, 李振亚, 王宇轩, 边文杰

2024, 46(10):  73-81.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2024.10.010

摘要 ( 132 )   HTML ( 6 )   PDF (4568KB) ( 48 )  

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为了定量分析地下盐穴储气库在充放气过程中的热力学行为，构建盐穴充放气热力学模型并进行仿真计算，系统分析盐穴储气系统在整个“充气—储气—放气—储气”连续过程内的动态变化。结果显示，在时间维度上，盐穴内部的气体压力和温度表现出“升—降—降—升”的规律性变化；在空间维度上，由于重力效应，盐穴内部的压力从上至下逐渐增大，而盐穴内部温度分布则因自然对流呈上高下低的分布特点。此外，若首次静置储气后未及时进行放气操作，系统将持续损失能量，进而对能量存储产生负面影响，并且随着长时间的静置储气，盐穴内压缩空气的温度最终降低至未充气前的初始温度。