中国电力

2022, 55(12): 0-0.

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基于改进场景聚类算法的海上风电储能优化配置研究

易锦桂, 朱自伟, 谢青

2022, 55(12): 2-10. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201065

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在平滑海上风电出力波动的应用需求下，提出一种储能优化配置方法。利用小波包分解算法对海上风电出力曲线进行分解，得到储能系统全年功率响应曲线。采用基于云模型和模糊C均值聚类算法相结合的改进场景聚类算法，对储能全年功率响应曲线进行聚合，生成储能功率响应典型场景。以储能年综合成本最低为目标，构建储能优化配置模型。采用粒子群算法对海上风电储能优化配置模型进行求解，最后通过算例仿真对所提方法和模型进行分析验证。结果表明：所提模型和方法能综合考虑海上风电场侧储能的实际运行特性，可有效指导海上风电场的储能配置和建设规划。

基于联盟博弈的多微网共享储能联合配置与优化

蒋从伟, 欧庆和, 吴仲超, 张健, 杨澍, 朱佳男, 艾芊

2022, 55(12): 11-21. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204050

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在“双碳”目标的背景下，亟须充分调度新型电力系统中的灵活资源。同时，共享储能的理念打破了传统储能经济运营模式，对提高储能运行效益具有革命性意义。考虑到储能设备的容量配置和运行优化是耦合的，在能源细胞-组织框架下提出共享储能联盟博弈的双阶段多目标优化配置方案，并采用Shapley法公平分配联盟合作成本。首先，建立考虑设备投资、功率波动和售购电价的多目标总储能配置模型，基于NSGA2算法求得联盟整体储能规划的Pareto前沿面。然后，以细胞间交互功率最低为原则，分别计算各细胞内部的储能容量和功率配置。通过比较联盟合作的收益与参与者群体分割的子合作收益，以判断能源细胞联盟的稳定性，并依据Shapley法对各能源细胞进行成本与利益分配。最后，采用居民、商业和工业3类能源细胞的博弈算例对不同合作方案进行对比分析，验证了所提方法的有效性。

计及碳收益的风电场混合储能容量优化配置

陈崇德, 郭强, 宋子秋, 胡阳

2022, 55(12): 22-33. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204093

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风电场输出功率波动剧烈，直接并网会影响电力系统的安全稳定运行，需要配置储能平滑风电功率使其满足并网要求。为克服滑动平均法追随性差而导致储能配置容量较大的问题，提出分级滑动平均法用于确定风电功率平滑目标；采用Butterworth低通滤波对风电功率偏移量进行分解，将低频分量和高频分量分别作为锂电池储能和飞轮储能的参考功率；考虑储能初始投资及置换等成本以及售电收益、碳交易收益，建立风电场混合储能容量优化配置模型，并采用自适应混沌粒子群优化算法进行求解；利用某48MW风电场的运行数据进行仿真验证。仿真结果表明：分级滑动平均法更适用于确定风电功率平滑目标，锂电池与飞轮混合储能有利于提高风储系统全生命周期的净收益。

基于梅尔倒谱系数特征集的储能变流器开路故障诊断方法

余斌, 宋兴荣, 周挺, 罗林波, 李辉, 车亮

2022, 55(12): 34-42. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205007

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电池储能电站功率转换系统（power conversion system，PCS）故障诊断在储能电站智能运维中发挥着重要作用。现有方法在非侵入式识别PCS内部IGBT开路故障时，易出现信号特征提取困难、数据维度爆炸以及阈值判定区间不稳定等问题。提出一种基于梅尔倒谱系数（Mel-scale frequency cepstral coefficients，MFCC）特征集的储能变流器开路故障诊断方法。首先，以交流侧三相电流为输入信号，通过分析不同频率区间的信号频谱能量分布情况和包络特征，构建MFCC故障特征数据集。然后，结合核主成分分析（kernel principal components analysis，KPCA），实现充放电工况下非线性故障特征的降维筛选；其次，以低维故障特征集为输入，构建基于贝叶斯优化算法（bayesian optimization algorithm，BOA）与一维卷积神经网络（1d-convolutional neural network，CNN-1D）的故障状态诊断模型；最后，通过并网储能变流器的故障仿真实验，与现有方法进行比较，结果表明：所提方法在复杂的噪声环境下的鲁棒性和准确性更优。

基于深度Q学习的含用户侧储能微电网频率-电压数字化智能控制策略

林日晖, 陈友立

2022, 55(12): 43-50. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207086

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频率与电压是衡量电能指标的重要标准。针对微电网受到负荷波动而引起的频率/电压调控问题，提出基于深度Q学习(deep Q-learning, DQN)的含用户侧储能微电网智能监控-控制策略。首先，通过考虑用户行为的随机性，增加了用户侧储能输出的随机约束，并引入四象限充放电的模型，构建用户侧储能的集群充放电模型，从而搭建出微电网频率-电压的协同控制模型。其次，设计基于DQN的频率/电压控制器结构与数字化智能控制平台，以系统实时的频率偏差、电压偏差与用户侧储能输出功率的上、下限约束为状态空间，以系统各机组出力为动作空间，并基于频率及电压2个控制目标，完成包含2个本地奖励的全局奖励函数的设计。算例结果表明：与传统PID控制器相比，所提DQN控制器能同时满足频率与电压的控制需求，更有效地应对负荷波动所引起的电能质量问题。

高原高寒地区并网光储电站设计与运行研究

赵斌, 梁告, 姜孟浩, 王力, 孔琴, 王炳强

2022, 55(12): 51-60. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207060

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西藏地处高原高寒地区，太阳能资源极其丰富，建设光储电站有利于改善当地电源结构。然而，高原高寒的恶劣环境对光储设备影响较大。通过对西藏电网结构和日喀则市太阳能资源进行分析，评估建设光储电站的可行性；以朗明桑珠孜50 MW并网光储电站为例，提出适用于高原高寒地区的光储电站设计方案；以光储电站日弃电量最小为目标，进行储能容量配置；并结合光储电站运行数据对电站设计方案进行验证分析。研究表明：光储电站的设计方案在高原高寒地区具有适用性，50 MW光伏发电系统配置12.5 MW/100 MW·h电池储能较为合理，单日可减少约60 MW·h弃电量。研究结果可为高原高寒地区并网光储电站的设计提供参考。

基于变分模态分解和分位数卷积-循环神经网络的短期风功率预测

沙骏, 徐雨森, 刘冲冲, 冯定东, 胥峥, 臧海祥

2022, 55(12): 61-68. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106030

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由于风力发电的随机性和间歇性，风功率预测不仅需要准确的点预测，而且需要可靠的区间预测和概率预测来量化风功率的不确定性。提出了一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和分位数卷积-循环神经网络的风功率概率预测模型。首先，使用VMD技术将原始风功率数据序列分解为一系列特征互异的模态分量，再通过卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）提取反映各模态分量动态变化的高阶特征。然后，基于提取的高阶特征进行分位数回归建模，采用长短期记忆（long short-term memory，LSTM）循环神经网络预测未来任意时刻不同分位数条件下的风功率值。最后，利用核密度估计（kernel density estimation，KDE）得到风功率概率密度曲线。以中国某风电场数据作为算例测试，证明了所提出模型的有效性。

含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼协同控制方法

申屠刚, 吴正骅, 王思家, 吴翔宇

2022, 55(12): 69-77. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202112114

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大规模新能源接入电网增加了弱阻尼振荡模式被激发的风险。首先，考虑同步发电机和光伏的动态特性，建立了详细的小信号模型，分析了光伏对低频振荡模式的影响，提出了含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼控制架构，实现光伏-同步机协调阻尼控制；然后，以特征值分析结果为依据，提出了广域阻尼控制参数的优化模型，并对控制参数进行优化整定；最后，在PSCAD/EMTDC平台中搭建了含光伏电站的四机两区域系统电磁暂态仿真模型，验证了所提广域阻尼控制方法的有效性。

基于海量场景降维的配电网源网荷储协同规划

刘金森, 罗宁, 王杰, 徐常, 曹毅, 刘志文

2022, 55(12): 78-85. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208020

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风电、光伏等新能源大规模接入配电网，给配电网规划方法的效率和规划结果的经济性带来了极大挑战。为了解决配电网中新能源海量运行数据与配电网源网荷储协调规划之间的配合问题，提出了基于海量场景降维的配电网源网荷储协同规划方法。首先，通过主成分-高斯混合聚类算法对风-光-荷海量高维场景进行降维聚类，得到风-光-荷的典型场景集；然后，构建了面向海量场景的配电网源网荷储协同规划模型，并采用二阶锥松弛技术将模型中非凸约束转凸处理；最后，在Portugal 54节点配电网算例上验证了海量场景降维聚类方法和规划模型的有效性。

抽水蓄能助力风光稳定外送的最佳配置策略

桑林卫, 卫璇, 许银亮, 孙宏斌

2022, 55(12): 86-90,123. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107006

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跨区域、大规模的新能源电力输送是应对国内风光资源与负荷中心逆向分布特点与实现碳中和的必然要求，而风光出力固有的随机性、间歇性和波动性给新能源打捆稳定输送带来了挑战。水电具有的“电源+储能”的双重身份为平抑新能源波动、提升-风-光-水混合能源系统灵活性，以及促进新能源打捆外送提供了解决思路。以抽水蓄能为例，针对风-光-抽水蓄能混合能源系统，提出一种计及抽水蓄能电站运行功率约束、库容约束、进出水量约束的容量配置优化方法，旨在量化抽水蓄能对新能源打捆外送的助力效果，即确定单位抽水蓄能可支撑的新能源外送容量，构建并求解以最小化抽水蓄能投资成本为目标且满足各典型运行场景的容量规划模型。

基于数据增强及降维方法的配网业扩工程分类模型

周鑫, 林镜星, 谢志炜, 张铮, 梁濡铎, 欧祖宏

2022, 55(12): 91-97. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204098

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配网业扩工程对供电企业开展电力供应工作具有重要意义。针对配电网业扩工程项目流程运转效率低下的问题，提出了一种基于数据增强和数据降维技术的配网业扩工程分类方法。该方法对原始数据进行数据增强，通过深度自编码器降低了数据维度，并进行特征提取及聚类分析。以某供电局配电网业扩工程项目数据为基础进行了仿真，实验结果表明：所用算法的分类准确性优于其他算法，所提方法能够合理分配业扩工程工期时长，实现对配网业扩工程的差异化管理，提高流程运转效率和客户满意度。

预制舱变电站多状态监测技术探讨

范长俊, 孟飞, 郭添亨, 杜彦锟, 崔晓琳, 张程

2022, 55(12): 98-104. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203037

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预制舱变电站集中接入已逐步成为城市配电系统的发展趋势。综合预制舱变电站内SF₆气体浓度、温/湿度、噪音、污秽等因素，构建了综合状态监测系统，并基于预制舱配置风机提出了强制风机策略，以调节舱内环境，减少变电站运维。所提方法考虑了多环境因素的综合影响，解决了当前预制舱式变电站中风机启停混乱的问题，提高了预制舱变电站环境控制的可靠性与灵敏性。

考虑电动汽车和需求响应的电-热-水多能耦合系统经济调度

郭明星, 吕冉, 费斐, 陈涛

2022, 55(12): 105-111. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109117

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在水电联产机组装机容量不断增加的背景下，提出一种考虑电动汽车充、放电策略和用户需求响应的电-热-水多能耦合系统经济调度方法。首先，构建电-热-水多能耦合系统的基本结构，并分析各系统之间的耦合机理；然后，以调度过程中发电、产热和海水淡化的总燃料成本最小为目标，建立考虑电动汽车充、放电策略和需求响应的多能耦合系统经济调度模型；最后通过仿真算例对所提方法进行验证，结果表明：所提方法有利于实现系统低碳经济运行。

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

侯健健, 王婵娟, 郭昊鑫, 陈晨, 刘学民, 何东欣

2022, 55(12): 112-123. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209119

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电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况，绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理，对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比，探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性，阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现，ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异，在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为；电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量，从而影响电荷振动波形的形状；电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性；5×10⁶~1×10⁷ Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用；ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。

采空塌陷区输电杆塔基础变形率限值研究

于虹, 李昊, 康彪, 汪大海, 张志强, 张贵峰, 张海鹏

2022, 55(12): 124-134. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209080

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采空区地表塌陷会引起输电杆塔基础发生滑动、沉降等变形，严重时甚至会造成杆塔倒塌破坏。为研究采空塌陷区输电杆塔的破坏规律，分析了某500 kV线路在不同基础变形条件下的杆塔倾斜率、基础变形率。研究发现：基础变形率相比杆塔倾斜率能够更好地判断采空区输电杆塔的状态；杆塔的基础变形率限值在不均匀沉降下为0.5%，水平相对变形下杆塔轻微破坏为1.0%，严重破坏为2.0%。研究结果为采空区输电杆塔抗基础变形的承载力设计及杆塔安全状态监测与评估提供了重要参考。

计及全生命周期碳成本的园区综合能源系统优化规划方法

方仍存, 杨洁, 周奎, 黄滔, 吕风波

2022, 55(12): 135-146. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106002

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建立综合能源系统是实现“双碳”目标的有效途径之一，其规划、建设及运行需要兼顾经济成本与低碳效益。为了全面评估综合能源系统的综合效益，提出一种将能源和设备在生产制造、运输、运行等全生命周期过程中的碳排放成本纳入优化目标的规划方法。对某园区综合能源系统进行逐时仿真优化，通过分析不同碳成本情景对综合能源系统综合效益的最优配置和运行方案的影响，为综合能源系统的设计规划提供一定参考。

考虑电压暂降治理设备服役年限的优质供电服务模式

李培, 俞永军, 马智泉, 蔡重凯

2022, 55(12): 147-159. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110029

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电压暂降治理设备存在一次性投资成本大、投资门槛高的问题，亟须一种新型优质供电服务模式解决该问题。提出一种考虑电压暂降治理设备服役年限的优质供电服务模式（HPSL）。首先，提出HPSL运营模式，明确了HPSL运营主体和服务流程，如果旧设备能够满足用户的使用需求，则使用旧设备参与治理。其次，综合考虑了设备商和用户的成本、收益构成，以双方的净收益最大为目标，建立HPSL服务定价优化模型。然后，建立基于Stackelberg博弈的服务费博弈模型，模型以设备商调整附加收益系数为决策、用户调整服务时长为响应，符合现实情况。采用改进遗传算法求解模型。最后，以某大型胶片生产厂为例进行实例分析，证明了该模式可以降低用户的治理成本，提升设备商的服务费收益。

不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略

贺烨丹, 夏向阳, 尹旭, 邓文华, 王灿, 熊富强, 周晗靓

2022, 55(12): 160-167. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206102

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针对柔性直流输电系统交流侧不对称电压暂降下，模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）运行时出现的功率波动、三相电流不平衡等问题，提出了不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略。该策略根据不对称电压暂降下MMC系统运行特性随调节参数的变化规律，以抑制有功功率波动与输出三相平衡电流的协调控制为目标，构建了线性加权解析式确定调节参数，在保证MMC输出电流峰值在最大限制范围内时，输出最大有功功率。该策略既拓展了有功功率输出能力，又提升了系统的整体控制保护性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

基于纳什议价理论的分布式绿色电力交易优化分析

张燕, 乔松博, 徐奇锋, 俞静

2022, 55(12): 168-178. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209094

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为促进分布式绿电的市场化消纳，提高分布式绿电机组的运行效益，对聚合分布式绿电的分布式电源运营商、储能运营商和柔性负荷聚合商利用虚拟电厂联合技术开展电能合作交易的模式进行研究。首先，在各主体之间进行电能交易的前提下建立各主体最优运行模型；然后，基于纳什议价理论建立多主体合作博弈模型，为更好求解合作博弈模型，将模型转换为合作运行总效益最大化子问题和基于非对称的收益分配子问题，用交替方向乘子法进行两个子问题的分布式求解；最后，通过算例仿真进一步验证所提模型的有效性。结果表明：参与电能合作交易能有效提高分布式绿电机组的运行效益。

跨省区电力交易综合效益评估模型及应用

戴双凤, 叶泽, 姜曼, 王亚莉, 吴永飞

2022, 55(12): 179-186. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012129

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对跨省区电力交易综合效益影响因素进行分析，构建跨省区电力交易综合效益计量模型，完成跨省区电力交易综合效益的测算，为跨省区电力交易提供方向指导。结果表明：跨省区电力交易综合效益的大小取决于交易方向的安排；跨省区多类型电力打捆交易的综合效益显著优于单一燃煤电力交易；跨省区水电交易综合效益最优；省间水电交易综合效益明显优于省间火电交易。

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