考虑配电网运行安全的出行电动汽车充电引导策略

电动汽车在节能减排、推动“双碳”进程等方面有着传统汽车无法比拟的优势。然而,大规模出行电动汽车无序充电可能会加重配电网负荷波动甚至引起节点电压过低等安全问题。为此,提出了考虑配电网运行安全的出行电动汽车充电引导策略。首先,基于配电网原始负荷及节点电压情况,建立了分区域分时电价定价模型,建立电价与负荷情况之间的相关性;其次,以所制定的电价为基础,在各个充电站分别制定电动汽车充电行为预备调度方案,调度的原则是电动汽车的充电费用最低,从而引导电动汽车在负荷低谷进行充电,参与配电网的负荷优化;再次,建立以充电费用、出行总时间以及行程距离三者权值之和最小为目标的电动汽车充电站选择函数,为电动汽车推荐充电站并规划最优行驶路径,同时提升用户经济性和配电网运行的安全性;最后,以修改的IEEE33节点配电网为例,验证了该策略可以有效提升电动汽车用户出行满意度并兼顾配电网的运行安全。     

计及间歇性新能源的弹性城市电网输配电协同供电恢复方法

极端灾害频发,给大规模接入新能源的城市电网运行带来巨大挑战。为此,提出一种计及间歇性新能源的城市电网输配电协同供电恢复方法,以提升规模化接入新能源的城市电网系统弹性。针对新能源不确定性建模,提出了一种基于高斯Copula的新能源离线概率建模和实时更新方法,通过实时更新场景预测刻画其出力时变不确定性。基于预测场景,建立了一个计及负荷转供的城市电网双层供电恢复模型。该模型考虑主动的输电系统-配电系统协同优化,通过调整负荷分布、网络重构以及应急资源实时调度进行供电恢复,最小化系统失电量。所提双层供电恢复模型在上层优化各区域高压配网与输电系统运行边界,在下层求解各区域高压配网的重构及应急资源实时调度方案,通过检验输电网交流潮流判断计算过程是否结束。由仿真结果可知所提城市电网输配协同供电恢复方法可有效提升系统弹性,在极端灾害下可保证输电网线路潮流不越限并有效降低系统切负荷量。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标,合理有效的电力系统规划至关重要,需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此,设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型,以投资成本与运行成本之和最低为目标,内嵌全年8760 h时序运行模拟模型,采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模,协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量;下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据,基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型,合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后,在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

考虑燃油车和电动汽车动态混合交通流的电动汽车充电站规划

充电站的规划对缓解用户里程焦虑和电动汽车的规模化应用具有重要意义。随着电动汽车渗透率的提高,交通流的形态愈发复杂,导致充电站规划面临严峻挑战。针对已有研究忽略燃油车的路径选择对电动汽车出行以及充电站规划的影响,基于燃油车和电动汽车实时能耗的区别,提出了考虑燃油车和电动汽车动态混合交通流的交通分配模型,基于此进行了交通和配电网耦合网络的充电站规划,以满足电动汽车的充电需求。以耦合网络的规划和运行总成本最小为目标,考虑不同规划阶段燃油车和电动汽车的增长速度,结合耦合网络运行约束来确定电动汽车充电站的位置和容量。为得到全局最优解,应用Benders分解算法将模型分解成主–子问题进行迭代求解。以Sioux Falls交通网和IEEE 69节点配电网的耦合网络为测试系统,仿真算例表明考虑动态混合交通分配后可以减少车流量峰值,改善交通流分布,得到了最优的充电站规划结果。     

具有完全隐私保护的电-气综合能源系统分布式协同算法

电-气综合能源系统中,电力系统和天然气系统分属不同代理,需要进行分布式协同。“弱中心化架构”下的分布式协同过程中,代理与协调中心之间通过直接的信息交互实现算法收敛,各代理隐私数据面临严重的泄露风险。针对这一问题,文中提出了具有完全隐私保护的分布式协同算法,将多方安全计算理论引入分布式协同框架,通过同态加密技术以密文形式进行电-气协同,实现了“弱中心化架构”下的完全隐私保护。同时,提出自适应凸松弛和恢复方法求解非凸天然气系统子问题,提升了求解速度。最后,通过算例分析验证了所提算法的有效性。     

基于纵向联邦学习的微电网群协同优化运行与策略进化

针对分属不同利益主体的微电网构成的微电网群在隐私保护下的协同优化运行问题,提出了一种基于联邦学习的多主体微电网群协同优化运行与策略进化方法。首先,各个微电网在本地训练自身的等值封装模型并上传至云端。然后,云端汇集各微电网的等值封装模型,进行场景推演和全局策略搜索,并下发策略至各微电网。最后,各微电网通过分布式联合训练纵向联邦神经网络学习新策略,实现在隐私保护下的微电网群协同优化运行与策略进化。不同规模微电网群协同运行的仿真结果表明,该方法实现了多主体微电网群在隐私保护下的协同优化运行,相较于独立运行、非合作博弈以及多智能体深度强化学习方法,提升了微电网群整体的经济效益,并保证了各参与方利益的合理分配。     

支撑能源互联网协同优化的隐私计算关键技术

传统电力系统与其他能源系统不断交叉融合,逐渐形成能源互联的新生态。在能源互联网中,数据使用权与数据所有权分离、信息资源与计算资源分离的特征使得多主体协同优化的隐私保护问题日益突出。文中从能源互联网协同优化的典型模式出发,总结了传统第三方代理计算模式及无第三方交互计算模式的隐私安全风险,提出了考虑隐私保护的能源互联网协同优化初步技术方案。首先,面向含第三方场景提出了基于信息伪装机制的安全代理计算方案,并研究了该方案的算法特性、算子构造方法以及基于云服务的用户侧、集群级、系统级应用场景。然后,面向无第三方场景提出了基于秘密分享原理的安全多方交互计算方案,并结合多中心化和全分布式两种应用架构,分析了该方案应用于海量主体或少量主体场景时的特性差异。最后,所述方案从数据隐私性和计算安全性层面,保障数据所有者的权益,遏制并降低能源互联网协同优化计算的数据泄露风险,实现可靠隐私保护。     

考虑负荷预测不确定性的快充站储能鲁棒实时控制策略

当电动汽车快速充电站配置电池储能系统时,合理的能量管理策略对控制充电负荷峰值功率、减小功率波动具有重要意义。然而,能量管理策略的有效性依赖于准确的负荷预测,但实际上由于环境影响和预测模型的原因负荷预测无法完全准确。基于以上问题,为应对充电站储能能量管理策略中充电负荷不确定造成的影响,提出了考虑负荷预测不确定性的储能鲁棒实时控制策略。首先,分析了现有的负荷预测方法,并对负荷预测结果进行建模;然后,运用鲁棒预测控制方法,分别以充电站电费最小和储能系统荷电状态波动最小为目标构建系统模型和设计控制策略,并通过鲁棒对等转化将不确定性模型消除,有效应对负荷预测不确定性的影响。算例研究表明,通过对比模型预测控制和逻辑门限控制的结果,所提的鲁棒控制策略能够有效降低充电负荷峰值,验证了策略的有效性。     

电动汽车用户参与调控意愿的多代理表征与可信容量量化

作为一种重要的可调节资源,电动汽车(EV)参与调控有助于提升电力系统充裕性。然而,EV用户行为的不确定性可能为EV备用容量带来失效风险。针对上述问题,提出了EV用户参与调控意愿的多代理表征与可信容量量化方法。首先,结合EV出行行为设计了用户参与调控意愿的调研问卷,采集了真实用户参与调控的意愿数据;其次,通过小样本问卷数据深度挖掘建立了高效表征用户集群意愿的多代理模型;然后,在此基础上提出了用户参与调控意愿的判别方法,建立了EV集群可信容量量化模型;最后,通过算例分析了代理个体数等关键参量对EV用户集群参与调控意愿判别的影响,给出了合理设参时不同置信度下的EV集群可信容量。     

考虑碳交易和电动汽车充电负荷的工业园区综合能源系统调度策略

为实现“双碳”目标,优化工业园区多能利用形式,提出了一种工业园区综合能源系统调度策略。首先,针对工业园区能源多元化的特点,设计汇聚电、热、氢能源的工业园区综合能源系统;然后,基于工业园区的负荷可调节能力差的特性,将电动汽车作为可灵活调整的柔性负荷加入综合能源系统的调度过程;进而搭建以系统总运行成本最小为目标函数,考虑碳交易机制和电动汽车充电负荷调节比例的经济性数学模型;最后,在MATLAB中调用CPLEX求解器对4种对比方案进行求解及分析。结果表明：所提出的调度策略中,引入碳交易机制能够在日运行中降低4.5%的碳排放量,调整30%以下的电动汽车负荷比例能够降低1.54%的运行成本。在清洁能源持续发展和未来技术发展趋势下,成本将会进一步降低,该研究可为工业园区能源系统的优化调度提供参考。     

含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法综述

随着“双碳”目标的推进,高比例可再生能源广泛接入,电力系统呈现出不确定性因素多、源荷变化快、多重随机性强等特点,给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。解析法是最常用的运行可靠性评估方法之一,具有数学模型清晰、计算效率稳定、枚举状态关系明确等优势,有助于保障电力能源的安全可靠供应。从电力系统运行可靠性的概念和评估流程出发,归纳亟待解决的问题。在此基础上,从可靠性评估效率提升、考虑极端灾害的不确定性建模和序贯解析评估3个方面归纳了现有研究成果及其存在的不足。最后,展望了含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法的未来研究方向。     

计及弃风事件耦合关系的源-储-网联合规划方法

电力系统灵活性不足与外送输电阻塞是造成弃风的两大根本原因,且在时序上具有一定的耦合关系。从储能分时复用的角度出发,利用弃风事件之间的耦合关系,配置储能同时解决调峰不足与输电阻塞问题,提出了计及弃风事件耦合关系的源-储-网联合规划方法。首先,分析了调峰不足弃风、阻塞弃风产生机理及两者耦合关系。然后,分析了储能配置对源侧常规机组装机容量规划与网侧输电容量配置的影响。其次,构建了综合考虑常规火电装机投资成本、储能投资成本、弃风惩罚成本与输电线路扩建成本的源-储-网联合规划模型,并给出了模型求解流程。最后,通过对中国东北某局部电网输电工程系统和Garver-6节点系统的仿真,分析验证了所提方法的有效性与可行性。     

计及灵活性与可靠性的综合能源系统优化调度

高比例可再生能源不断并网使得系统的不确定性问题日益突出,对系统的供能能力和响应能力均提出了更高的要求。为满足系统高灵活性与高可靠性的需求,充分挖掘电-气-热多种能源间的耦合和互补协调的能力,提出了一种考虑运行灵活性与供能可靠性约束的综合能源系统优化调度模型,在明晰灵活性和可靠性两者概念内涵的基础上,提出了提升灵活性与可靠性的相互影响机理。据此,文中分别推导了运行灵活性与可靠性的评价指标,并定义了表征二者相互影响关系的协调指标。在此基础上,采用成本效益分析法和等响应风险方法构建了计及运行灵活性与供能可靠性协调效应的综合能源系统优化调度模型,并采用增量线性化方法对模型中的非线性项进行了处理,进而通过混合整数线性规划法直接求解。最后,以改进的电-气-热IES 24-20-16系统和电-气-热IES 118-20-16系统为例,验证了所提模型和方法的可行性。     

计及压缩空气储能的发输电系统可靠性评估

压缩空气储能（CAES）是一项清洁的储能技术,其接入电力系统在为实现高比例可再生能源消纳提供一种新的解决途径的同时,也会对发输电系统可靠性评估产生影响。首先,运用马尔可夫方法对CAES建立了通用的故障概率模型,并且该模型能够考虑储气容器损坏的情形;其次,针对该模型提出了能反映储能侧能量损失的系统指标,并探讨了CAES的不同控制参数对发输电系统指标的影响;接着,在修改后的IEEE RTS-79系统中利用灵敏度分析方法来识别影响CAES中的组合模块、整体装置和发输电系统指标的关键元件,并结合经典二分法理论来挖掘CAES并网的容量价值;最后,探讨了风电场与CAES协调配合对系统可靠性的影响,评估结果可为CAES的设计及配置方案提供有益的参考。     

基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法

随着新能源发电技术在全球范围内的高速发展,各国电网新能源消纳压力日益凸显。利用跨境输电网络进行新能源跨境交易是提高新能源利用率的有效途径。然而,现有的跨境电能交易市场中常采用固定电量及电价的方式,难以有效激励新能源跨境消纳。为此,提出了基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法。首先,基于现有跨境电能协商交易模式,考虑新能源跨境交易需求,提出一种跨境新能源激励交易模式。其次,基于两国初始交易计划及联络线约束,对新能源跨境消纳潜力进行分析,并建立了以新能源购电国为主导层、售电国为随从层的主从博弈模型。针对跨境两国交易信息隐私性的特点,采用分布式迭代算法对博弈模型进行求解。最后,通过算例验证了盈余新能源跨境双边博弈决策的可行性和有效性。     

基于“车-路-网”协同的电动汽车充电引导策略

针对大量电动汽车集中充电引起的电网电能质量下降、路网道路拥堵和充电站内充电桩未能充分利用的问题,结合路网、充电站和配电网的实时运行状态,提出一种基于第三代前景理论的充电引导策略。分别对路网、充电站和电网建立不同的运行状态描述模型;基于第三代前景理论,根据充电桩和电动汽车时空状态建立动态多参考点,根据“车-路-网”系统的运行状态对用户充电选择进行前景分析,通过前景值建立耦合系统状态模型,并将最大前景值方案作为推荐引导策略方案。仿真结果表明,所提充电引导策略不但能够充分协调分配充电负荷以及合理缓解交通压力,而且能够有效保证配电网电压处于正常的运行范围内。     

计及变压器与SOP损耗特性的柔性互联配电网优化调控策略

基于智能软开关（SOP）的柔性互联技术为解决现有配电网中潮流复杂、轻重载等问题带来了新的机遇。然而,既有SOP优化调控策略仅以线损最低为优化目标,忽略了变压器与SOP等关键设备的损耗变化特性,无法实现系统的最优运行控制。为此,文中提出一种计及变压器与SOP损耗特性的柔性互联配电网优化调控策略。首先,分析SOP与变压器的损耗特性,得到了两者效率特性曲线;然后,建立了改进损耗灵敏度模型以确定SOP最优接入位置,建立了上层以年度综合费用最低、下层以系统综合损耗最低为目标的双层优化模型,确定SOP最优安装容量,并由下层优化模型实现SOP、变压器以及网络线路损耗的综合优化;最后,基于IEEE 22节点与IEEE 15节点互联系统进行验证。结果表明,所提调控策略相比既有策略更具优势,可大幅降低系统综合损耗,解决系统轻重载问题并提升其运行经济性与可靠性。     

综合能源系统能源耦合度及其对运行域的影响

异质能源耦合是综合能源系统区别于配电系统等单一能量系统的显著特征。文中提出综合能源系统能源耦合程度的指标,设计观测方法并揭示了新的规律机理。首先,提出了耦合单元以及整个综合能源系统的能源耦合度指标。其次,建立了综合能源系统的运行域模型,描述了正常运行约束下系统的最大允许运行范围。最后,以典型电-气耦合综合能源系统为例验证了所提耦合度的合理性。总结得到电-气耦合综合能源系统运行域随耦合度的变化规律,发现了2个临界耦合度和3类现象,分析揭示了耦合度对运行域的影响机理。     

考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划

数字经济背景下,数据中心用能规模日益增长,数据中心用能在时间、空间尺度上的灵活性引起了广泛关注。为充分挖掘数据中心用能灵活性资源、促进综合能源系统资源优化配置,文中在计及电、气、热、冷多能转换互补、多区域互联互济、能量流-数据流深度耦合的基础上,提出了一种考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站协同规划模型。首先,对数据负载及数据中心能耗进行建模,并分析了数据中心用能的时空可调特性。然后,以总成本最小为目标构建了考虑数据中心用能时空可调的多区域能源站规划模型。最后,根据是否考虑数据中心用能时空可调特性设置了3个场景进行对比分析,基于中国天津市某实际算例验证了考虑数据中心用能时空可调特性在提高设备利用率、降低投资成本等方面的积极作用。     

面向电网调峰的负荷友好性评价

为合理评价新型电力系统中需求侧负荷对净负荷峰谷特性影响的优劣,提出面向电网调峰的负荷友好性评价思路。首先,分析了新型电力系统中净负荷特性,针对峰谷调节困难的需求,提出友好负荷的概念,并基于此提取负荷的友好性特征;其次,为客观核定特征指标的重要性,提出基于特征指标对评价目标贡献的赋权思想;再次,针对特征参数的随机性,构建指标云模型计算评价目标的隶属度,确定指标贡献权重。同时,为避免异常特征值影响云模型分布,提出了异常值折算方法。最后,选取中国某区域的负荷聚合商作为评价对象,验证了所提评价思想的合理性及所提评价方法的有效性。