园区工业用户、基站和充电站单一主体内部能量优化时,受其本地功率供给和需求限制,储能等灵活性资源利用率低,能量利用效率不足.基于工业用户、基站和充电站互补性量化,提出一种基于博弈定价激励机制的工业用户、基站和充电站能量共享、互动优化方法.通过工业用户、基站和充电站特性分析,构建以系统净负荷标准差为互补性指数的量化模型;考虑空调和电动汽车的可调节能力,以及工业用户、充电站与基站的主动决策能力,建立了激励工业用户、充电站和基站储能共享及能量互动的主从博弈定价模型;针对模型中存在0-1整数变量的特点,提出基于自适应差分进化算法和混合整数优化理论的求解方法.基于园区实际数据构建算例,对所提模型与方法进行验证,算例分析表明,优化工业用户、基站和充电站各时段储能和能源调度可有效利用其互补性,提高各主体的经济效益和闲置灵活性资源的利用率,同时提升系统整体的能源自洽能力.

在“双碳”目标的背景下,大规模风光资源的接入和消纳是日后能源发展的必然趋势,但随着风光并网容量的增长,电力系统也需要更多的灵活性资源来保障安全运行.水电是一种可再生的灵活性资源,具有优异的灵活调节能力.为研究水电在系统中的灵活调节作用,以雅砻江流域水风光蓄清洁能源基地下游部分电站为研究对象,考虑灵活调节能力,开展互补系统的日前优化运行策略研究.首先,为解决独立抽蓄的选址难和造价高问题,建立考虑梯级水电功能再造混合式抽蓄电站的梯级水风光蓄模型.针对传统风光模型预测精度低和主观选取长短期记忆(LSTM)网络超参数的局限性,采用粒子群算法(PSO)优化LSTM模型预测风光出力.随后,为充分挖掘互补系统的灵活调节潜力,构建了考虑互补系统经济效益和灵活调节裕度的日前多目标优化调度模型.采用法线边界交叉(NBI)法对构建的多目标问题进行求解,可获得分布均匀的Pareto最优解.最后,基于雅砻江流域实际情况进行算例分析,并通过不同场景分析验证了本文模型的有效性和抽蓄对系统灵活性运行的支撑作用,结果表明所提方法在兼顾系统收益的同时能充分挖掘系统的灵活调节潜力,保障系统的稳定运行.

低压配电系统触漏电事故频发,但生物体触电与三相不平衡等非正常运行状态下的故障特征难以区分,导致现有剩余电流保护装置无法正常工作,低压配电系统供电安全性与供电连续性难以兼顾.为此,提出一种剩余电流保护与重合闸逻辑组合优化方法,用于处理低压配电系统触漏电事故引起的接地故障.首先,在入户变压器低压侧同时装设剩余电流保护装置和自动重合闸,当检测到故障相剩余电流过阈值后,瞬时跳开断路器以优先保障供电安全性;其次,提取剩余电流信号的鲁棒经验模态分解近似熵特征值和固有模态时域特征值,建立过阈值状态识别神经网络;最后,基于该神经网络模型对生物体触电状态和三相不平衡状态进行有效区分,优化剩余电流保护定值整定算法和自动重合闸的动作逻辑以兼顾供电连续性.仿真分析表明:该模型迭代7次后的分类结果均方误差仅为9.49×10^-9,相关系数达到0.99,验证了所提故障处理方法的可行性.

“双碳”战略背景下,可再生能源渗透比例不断提升,灵活性资源缺乏问题日益严重.为构建安全、高效、低碳的清洁能源系统以应对这一挑战,提出一种考虑多灵活性资源联合运行的综合能源系统优化配置方法.首先,对电转气设备的两阶段运行进行精细化建模,引入掺氢燃气轮机和电转气设备协同运行,以充分利用H₂的低碳特性.同时,通过碳捕集设备向电转气设备提供碳原料,实现了CO₂的循环利用,从而构建了以氢能为核心的灵活性资源联合运行框架.然后,针对可再生能源出力不确定性问题,通过Elbow法确定了最优聚类数目,并利用K-means聚类算法得到风速的典型场景.在此基础上,以投资成本、运维成本、置换成本、环境惩罚和弃风惩罚成本之和最小为目标,综合考虑设备约束、能量平衡约束及灵活性约束,建立优化配置模型.为解决模型的非线性问题,采用大M法将其线性化处理并完成模型求解.最后,基于中国西南某地区实测数据进行算例验证,结果表明:所提方法使综合能源系统的总成本降低了10.22%、新能源渗透率提高了6.01%、环境惩罚成本降低了2.65%,有效提升了系统的经济性和新能源消纳量,同时显著降低了系统碳排放水平.

利用复杂网络理论对综合能源系统的脆弱环节进行防护,对提高系统的持续供能能力,特别是在面临蓄意物理攻击和自然破坏时具有重要意义.为了对综合能源系统中的脆弱环节采取针对性预防措施,提出一种基于带权重介数的综合能源系统脆弱环节防护优化模型.该模型以系统受攻击和破坏后损失的带权重介数最小为优化目标,综合考虑建立备份节点、备份线路,以及增加节点物理防护、线路物理防护和新建线路5种防护手段,以满足防护需求、防护预算限制、新建线路类型和数量限制等约束条件,优化得到防护预算内的最优防护策略.为解决模型求解中涉及复杂的介数计算和非线性目标函数求解的问题,首先根据防护手段类型将模型转化为上下双层;其次利用局部线性化技术处理下层模型;最后提出“遗传-混合整数线性规划”算法求解模型,实现模型高精度、高效率求解.仿真结果表明:在相同攻击和破坏条件下,相对于没有任何防护策略的情况,系统在引入最优防护策略后,带权重介数损失减少45.37%;并且该策略在分配的防护预算内优于其他5种防护策略.

随着新能源在电网中占比逐步增加,配备大容量分布式储能的光伏微网支撑火电厂黑启动成为可能.针对黑启动期间微网有功频繁波动,分布式储能荷电状态(SOC)越限导致黑启动失败的问题,提出一种考虑分布式储能SOC均衡的光储微网黑启动协调控制策略.该策略根据分布式储能单元SOC,将光伏系统负荷跟踪控制与最大功率跟踪控制相结合,使光伏出力有效跟踪微网负荷以避免SOC越限.在光伏出力与黑启动负荷不平衡时,分布式储能系统用于平滑系统有功功率差.对储能单元下垂控制进行改进,确保基于储能SOC的有功分配,实现各储能单元SOC均衡.通过基于一致性协议的储能二次控制,实现黑启动过程中系统有功波动下的频率稳定.仿真结果证明了光储微网黑启动可行性与所提控制策略的有效性.

针对高频单相两电平逆变器运行于高调制比下存在的窄脉冲问题,分析了正弦脉宽调制(SPWM)策略下调制比、载波频率和死区对窄脉冲的影响,得出调制波周期内的窄脉冲分布规律.在此基础上提出一种无窄脉冲的高质量调制方法,消除了高频逆变器调制周期内的窄脉冲.同时,为了解决该方法在调制波峰谷处存在的波形畸变问题,设计一种三拍载波预测法,通过对窄脉冲区域内调制方法的修正,进一步改善了交流侧输出波形质量.最后,搭建了单相全桥逆变器实验平台,对所提无窄脉冲高质量调制方法的可行性和有效性进行验证.

在双碳目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统是实现电力工业转型升级的主要方向和关键途径,新型电力系统背景下快速准确的暂态功角稳定评估研究具有重要意义.为此,基于物理信息嵌入序列到序列(PI-seq2seq)神经网络与级联卷积神经网络模型提出一种含构网型新能源的新型电力系统暂态功角稳定评估方法.首先,采用PI-seq2seq网络结构预测未来功角轨迹,通过构造含物理损失项的损失函数引导模型训练过程,避免时域仿真耗时过长影响快速暂态评估.其次,级联卷积神经网络以预测的功角轨迹作为输入评估暂态稳定情况及其置信度,并配置评估置信度阈值判断机制以实现非固定评估长度的暂态稳定判断,克服了固定功角曲线长度对评估结果的影响.最后,在Kundur系统中进行验证,仿真结果表明:所提方法在功角曲线预测与稳定评估方法均获得令人满意的结果.

新能源发电设备对电网的支撑能力需得到提升,因此构网型控制受到广泛关注,其中虚拟同步发电机(VSG)已成为研究前沿,并在工程领域中得到示范应用.以VSG作为同步环节的电压源型变换器(VSC)根据控制结构有无电流环分为电压电流双环控制和直接电压控制,控制结构的差异对暂态特性具有较大影响.为研究两种构网型VSC暂态特性的差异,基于“功率激励-内电势响应”关系模型分别建立其暂态模型,对比分析内电势形成机制和暂态特征.VSG模拟同步机运行特性,故在机电尺度下解析得到VSC的等效惯量和等效阻尼,并对比分析其暂态特性.结果表明:直接电压控制VSC的等效惯量和阻尼为常数,电压电流双环控制VSC的等效惯量和阻尼具有时变特征,且数值上小于直接电压控制.最后,通过电磁暂态仿真验证了理论分析的正确性.

现有气-固界面电荷积聚数学模型难以解释部分微观机理,亟需完善.根据绝缘界面的双极性电荷输运原理,提出一种包含非平衡载流子入陷、脱陷等机制的气-固界面电荷传输模型,并将其纳入直流气体绝缘金属封闭输电线路(DC GIL)绝缘子表面电荷积聚的三维仿真案例中.在此基础上,分别对气体侧电荷和固体侧电荷占主导情况下的表面电荷积聚进行数值计算.结果表明:在固体侧电荷主导的电荷积聚进程中,绝缘子表面出现晕状电荷和单极性点电荷,并且随着通电时间的增加,单极性点电荷的数量增多,分布区域增大;当气体侧电荷占主导时,出现晕状电荷及单极性点电荷,后期还存在成对的双极性离散电荷斑.在与部分实验现象形成良好对照的前提下,对仿真结果进行机制分析,研究结果可加深理解表面陷阱效应对电荷积聚特性影响.

在复杂的电力市场环境和数据信息不完全的条件下,快速识别电力用户电价异常,挖掘电价异常的原因,是促进电力市场的平稳有序运行以及保障电力用户合理利益的关键问题之一.提出一种电力市场环境下电力用户电价特征提取及异常识别方法,首先构建电价特征向量,基于谱聚类算法降低特征向量数据维度,并提取典型电价特征,将其作为判定电价异常的基准;然后逐一计算各电力用户与典型电价特征之间的相似程度,对电价异常进行两阶段分步识别:先从用电和交易行为两方面进行初步识别和快速定位,再在此基础上进行深入识别.案例分析显示该方法能够快速有效提取典型电价特征并识别电价异常.进一步从用电和交易行为两方面分析电价异常原因,并提出相应的改进措施.

准确且高效的用户用能服务需求预测对于电网客户服务质量管理与客户服务风险管理至关重要.为此,提出一种基于特征优选的用户用能服务需求预测模型.在分析用户用能服务数据的基础上,改进采样算法以解决数据中存在的类不平衡问题;基于自动编码器对数据进行降维处理,以确保K均值算法高效聚类;提出基于轻量级梯度提升机的特征优选算法,筛选有效特征,提高预测模型的训练效率;提出基于注意力机制的双向长短时记忆神经网络多标签分类算法,精细化用户的用能服务需求.对广东电网某地区3年72万条工单数据进行分析,证明该模型能够有效提高预测准确率及速度.

研究单层网壳结构的局部加肋拓扑优化对提升其经济性与整体稳定性有重要意义.针对单层网壳结构,以结构用钢量为评价指标,基于渐进结构优化算法,提出局部加肋拓扑优化方法.根据结构中杆件的内力分布计算应变能,结合单层网壳结构的特点建立网格加强评价准则,在迭代运算中增加锥体加强应变能过大的网格,删除应变能过小的新增锥体,比较优化前后网壳结构的用钢量与整体稳定性,验证结构优化方法的可行性.经拓扑优化得到新的局部加肋单层网壳结构,相较于初始结构,优化后的结构用钢量减小,并且整体稳定性提高,结果可为单层网壳结构的局部加肋设计优化提供技术参考.

岩溶的精准探测对基础设施施工至关重要,传统面波法的数据采集和处理方法难以满足长大断面基础设施施工的要求.在传统面波法的基础上对数据采集和数据处理算法进行改进,提出拟共震源高密度面波法,通过高密度采集大量的数据,拟共震源在反演时将同一检测点采集到的不同震源数据叠加在一起,提高了探测效率和数据利用率.提出拟共震源高密度面波法的数值模型建立流程,并进行了验证.最后,对拟共震源高密度面波法进行现场应用.结果表明:拟共震源高密度面波法岩溶探测结果与钻孔勘探结果吻合较好,岩溶探测效果显著提高.研究成果为长大断面基础工程下岩溶的快速精准探测提供了参考.

基于ANSYS-AQWA求解破损舰船DTMB5415在多个工况下的横摇运动响应,通过与文献结果对比验证数值模型的有效性,并基于数值结果构建破损船舶横摇运动响应数据库;采用支持向量回归算法对横摇运动数据库进行辨识建模,探究工况要素与横摇运动方程系数之间的关系,构建横摇运动响应快速预报模型并进行验证.该方法相较于传统计算流体力学模型,预报效率显著提高.

为研究硝酸根在锐钛矿TiO_2-x(101)表面的还原过程,建立有无氧空位两种表面模型,采用密度泛函理论对硝酸根在两种表面的还原过程进行理论计算,研究氧空位对表面电子结构、硝酸根吸附构型以其吸附能、还原路径、竞争反应和产物选择性的影响.结果表明:氧空位改变硝酸根在表面的吸附构型,显著降低其吸附能,并将电位决定步由硝酸根吸附转变为N原子的氢化过程.此外,氧空位能够大幅提高中间体NO₂和NO的脱附能,从而抑制副产物的产生,改善催化剂选择性.氧空位对竞争性析氢反应的促进作用远不及对硝酸根还原反应的促进程度,因此含氧空位的TiO₂是电催化硝酸根还原产氨的潜在优异催化剂.