上海交通大学学报

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计及碳成本的区域间电价差与跨区电力交易量评估模型

李威, 李然, 胡炎, 王曦炜, 熊康

2024,58 (12): 1835-1845.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.217

摘要 ( 108 )

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PDF(2526KB) ( 182 )

在实现“双碳”目标背景下,电力行业碳减排任务亟待完成;跨区电力交易能实现富余风光资源异地消纳,助力电力系统低碳转型.由于互联区域电源结构差异客观存在,所以碳成本对区域内出清电价影响程度不同,进而形成区域间动态电价差,影响跨区电力交易结果;交易结果又会加剧电源结构差异,进一步影响区间电价差.为此,提出一种计及碳成本的区间电价差与跨区电力交易量评估模型,将碳成本引入电力系统生产过程,理顺区间电价差和跨区电力交易的关系.在跨区电力交易量的评估中,以区间动态电价差为信号确定跨区电力交易量;在区间电价差的评估中,以各机组年收益率为依据更新区内电源结构,对比电源结构迭代前、后的电价差.以两互联地区开展跨区电力交易为例,算例仿真结果表明:所提模型能够有效评估区域间动态电价差和跨区电力交易量,量化电源结构演化对区间电价差的影响.

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基于碳排放流模型的分布式产消者点对点电-碳交易机制

詹博淳, 冯昌森, 王晓晖, 张恒, 马军伟, 文福拴

2024,58 (12): 1846-1856.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.139

摘要 ( 92 )

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PDF(1717KB) ( 115 )

针对配电系统层面设计分布式交易机制时,需要考虑产消者间的双边碳交易.提出一种考虑电能交易碳足迹的点对点(P2P)电-碳交易机制.首先,分析储能装置的碳排放特性,建立考虑储能装置的碳排放流模型.其次,建立基于碳排放流模型的产消者P2P电-碳交易模型,基于 Benders 分解法将原问题分解为网络约束主问题和产消者优化调度松弛子问题,采用分布式求解方法确定产消者最优P2P电-碳交易量,以保护产消者隐私.然后,建立基于纳什议价模型的产消者P2P电-碳交易结算模型,依据产消者在电-碳交易中的贡献度分配合作收益.最后,以改进的IEEE 33节点配电系统为例对所提交易模型进行验证,仿真结果表明所提机制可在保证配电网络安全运行的前提下,有效促进需求侧碳减排,并公平地分配产消者合作收益.

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考虑罕见因素熵值差异的配电网故障风险评估方法

黄俊贤, 陈春, 曹一家, 全少理, 王益

2024,58 (12): 1857-1867.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.145

摘要 ( 108 )

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恶劣天气、外力破环等外部环境因素严重影响配电网供电可靠性,为了能够全面、准确地评估配电网故障风险,提出考虑罕见因素熵值差异的配电网故障风险评估方法.首先,以故障造成的后果为依据,采用K-均值聚类算法,划分故障风险等级;提出改进关联规则算法深入挖掘罕见环境因子,评估高风险低概率要素,实现对罕见因子与风险等级的关联量化分析;基于此量化结果,结合Pearson相关系数分析各环境特征的关联性,剔除不同风险等级下的冗余特征.然后,利用部件关键度分析法调节罕见元素的风险权重,定量衡量单个元素的出现与系统整体风险的波动相关程度,根据不同因子的波动差异,结合信息熵理论进一步优化,得到计及罕见因子熵值差异的风险权重优化矩阵,建立配电网故障风险评估模型.最后,对某城市实际配电网进行案例分析,验证了评估模型的准确性和有效性.

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计及风电不确定性及碳交易的储能参与电力市场竞价策略

张宪文, 殷高文, 沈非凡, 黄晟, 魏娟

2024,58 (12): 1868-1880.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.149

摘要 ( 101 )

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电源侧储能是促进新能源消纳、践行“双碳”战略的有力抓手.针对电源侧储能作为新兴主体参与竞争性联合电力市场竞价机制尚不完善的问题,从电源侧储能作为价格制定者参与电力现货市场的博弈关系出发,考虑风电出力的不确定性以及碳交易引入下电力市场的耦合性,提出一种电源侧储能参与电能量及备用市场多场景应用的竞标博弈双层优化模型.上层电源侧储能作为领导者以自身综合收益最大为目标进行投标决策,下层电力交易中心作为追随者以社会购电成本及平衡调节成本最小完成市场出清.利用MATLAB仿真验证了所提模型在优化电源侧储能参与电力市场多场景应用竞标、提升储能综合运行收益方面的合理性和有效性.

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多能源微网作为黑启动电源的电力系统黑启动两阶段优化

朱永清, 陈昌铭, 李庆生, 李震, 张兆丰, 林振智

2024,58 (12): 1881-1891.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.133

摘要 ( 52 )

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为减少电力系统大停电造成的损失,提出一种多能源微网(MEMG)作为黑启动电源的电力系统黑启动两阶段优化方法.首先,对多能源微网中的负荷侧综合需求响应及电、热、气实体储能装置的运行特性建模,并将其建模为广义储能;其次,提出多能源微网作为黑启动电源的电力系统黑启动两阶段优化模型,其中第一阶段为非黑启动电源恢复路径优化子模型,第二阶段为电力系统和多能源微网的黑启动策略协同优化子模型;然后,提出基于Dijkstra算法的第一阶段子模型求解方法及基于混合整数二次规划的第二阶段子模型求解方法;最后,以中国某地区实际电力系统为例对所提模型进行算例分析,验证所提黑启动优化方法的有效性和优势.

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基于非侵入式负荷分解的空调集群AGC调频备用容量评估方法

聂世豪, 陈磊, 郝玲, 徐飞, 闵勇, 窦真兰, 张春雁, 孙沛

2024,58 (12): 1892-1902.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.099

摘要 ( 83 )

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用户侧海量空调负荷资源具有参与系统频率控制的巨大潜能,可将海量分散的单体空调聚合为空调集群参与系统自动发电控制(AGC)调节,但单体空调的运行状态具有随机性.为准确评估集群的调频备用容量,提出一种数据驱动的非侵入式负荷分解方法来评估空调集群的AGC调频备用容量.该方法构建了序列到序列模型,以非侵入的形式来预测单体空调调频备用容量;考虑到空调参与AGC可能会影响用户舒适度,评估了单体空调参与AGC调频的可用性,并构建判定单体空调是否纳入空调集群调频备用的选择机制.该方法将台区子站内可参与AGC的单体空调聚合得到台区子站的空调集群调频备用,将所有台区子站的空调集群调频备用聚合得到全体空调集群调频备用.模拟在不同程度系统频率跌落情况下,空调集群与火电机组协同进行AGC调频,仿真结果证实方法的有效性.

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电网短路故障下风电场内跟-构网电源瞬时频率交互影响机理

张宇, 张琛, 鲍颜红, 吴峰, 蔡旭

2024,58 (12): 1903-1914.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.246

摘要 ( 115 )

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针对含构网型储能的异构型风电场的暂态稳定性问题,建立包含跟网型风电机组和构网型储能电源的异构系统暂态分析模型,揭示在电网严重短路故障下异构电源之间的频率交互机制,发现故障期间具有较慢功角动态的构网型电源对具有较快功角动态的跟网型电源的“频率牵引效应”,以及在满足频率牵引条件时后者对于前者的“功角联合驱动效应”.求解临界d轴电流,分析风电并网率、储能电源装机占比等参数变化对于频率交互的影响,并讨论风电机组无功电流注入及构网型储能电源的电流限幅策略等因素的影响.最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台详细验证所提机理.

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综合惯性控制下风力机惯性支撑能力分析及等效惯量评估

周涛, 黄菊, 韩汝帅, 胡秦然, 权浩

2024,58 (12): 1915-1924.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.161

摘要 ( 206 )

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针对可再生能源高占比并网所引发的新型电力系统频率安全问题,风电机组多采用综合惯性控制为电力系统提供惯量及一次调频支撑.为更好地把握系统的惯量安全水平,保障电网频率稳定,首先对采用综合惯性控制的风电机组进行动态建模,根据风力机蕴含的动能及其对电网提供的频率支撑推导出风力机的有效惯量.然后,建立综合惯性控制下包含风力机的系统频率响应模型,得到风力机调频过程中有效惯性时间常数的解析式并进行惯性支撑能力分析.根据“等面积原理”推导出综合惯性控制下风力机参与调频过程的等效惯量评估方法,该方法能够对风力机提供的惯性支撑能力进行分析并给出量化结果.最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性和可行性,并分析了不同因素对风力机等效惯量的影响.

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基于差分热伏安法和高斯过程回归的锂离子电池健康状态估计

朱浩然, 陈自强, 杨德庆

2024,58 (12): 1925-1934.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.141

摘要 ( 126 )

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PDF(4696KB) ( 274 )

锂离子电池在工作过程中会发生容量衰退甚至恶化等现象,实现电池健康状态(SOH)的有效估计是电池管理系统发展的关键挑战.提出一种数据驱动模型与特征参数相融合的锂离子电池健康状态估计方法,使用差分热伏安(DTV)法对锂离子电池实验数据进行预处理,提取6个有用的特征,建立以不同核函数的两步高斯过程回归(GPR)为核心的SOH估计模型.结果表明,建立的模型能在更好地逼近实验值的同时缩短训练和预测时间,SOH估计的平均绝对误差在0.67%~0.97%之间,相比单步GPR降低了20%~30%.因此,该模型对锂离子电池健康状态的估计有较高的鲁棒性和准确性.

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考虑驾驶工况及老化程度的锂电池荷电状态估算

乌江, 张燕, 刘泽龙, 程刚, 雷冬, 焦朝勇

2024,58 (12): 1935-1945.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.168

摘要 ( 131 )

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PDF(2934KB) ( 276 )

扩展卡尔曼滤波(EKF)估算电动汽车动力电池荷电状态(SOC)时,驾驶工况随机多变、电池老化等因素造成系统噪声与模型参数变化,导致估算精度降低.以NCR18650B型三元锂离子电池为研究对象,首先采用二阶RC等效电路模型并对其模型参数进行辨识;其次,以EKF算法为主体,基于极大似然估计准则,固定测量噪声协方差并自适应调整过程噪声协方差,构建自适应扩展卡尔曼滤波算法估算电池SOC;同时,应用卡尔曼滤波算法实时估算等效电路模型中欧姆内阻,最终结合形成自适应双扩展卡尔曼滤波算法(ADEKF).最后,利用自有实验数据和公开数据集验证算法性能.利用所提ADEKF算法估算恒流工况、动态应力工况与北京公交车动态应力测试工况下5组不同老化程度锂离子电池SOC,并与EKF等常见算法进行对比分析.结果表明:相比EKF算法,所提ADEKF算法对不同老化电池在3种工况下,估算结果的平均绝对误差分别下降1.868百分点、2.296百分点和2.534百分点,证明该算法有效提高在动力工况、电池老化以及二者综合因素下的锂离子电池SOC估算精度.

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考虑动态频率惯量特性的储能电池参与电网一次调频控制

蔡振华, 黎灿兵, 阳同光, 魏娟, 葛睿, 李立雄

2024,58 (12): 1946-1956.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.257

摘要 ( 130 )

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储能电池参与电网调频时对系统的惯量响应能力和引起的最大频率偏差均有待改善,网侧变流器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略有望提升储能电池参与电网一次调频的性能.为此,提出考虑动态频率惯量特性的储能电池参与电网一次调频控制.为利用储能电池对电网的惯量支撑和一次调频能力,构建附加有功功率模块,将储能电池的虚拟惯量控制和下垂控制策略产生的有功功率分别作为变转子惯量控制和输出反馈模型预测控制的附加功率;针对虚拟同步机惯量特性与电网需求间不匹配的问题,设计考虑系统频率偏差和系统频率变化率的变转子惯量控制策略,实现转子惯量对系统频率的实时调整.进一步提出VSG的输出反馈模型预测策略,通过在转子角频率增量与转矩增量之间建立反馈通道,实现系统频率偏差的动态预测和补偿.与现有的3种控制策略对比分析表明:考虑动态惯量特性的一次调频控制能充分利用储能电池和VSG的调频能力,有效减少电网的频率偏差和频率变化率.

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含抽水蓄能电站的高比例新能源发电系统多时间尺度调度模型

顾慧杰, 周华锋, 彭超逸, 胡亚平, 赵心怡, 谢俊, 施雄华

2024,58 (12): 1957-1967.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.123

摘要 ( 199 )

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针对高比例新能源接入电网的消纳问题,提出一种含抽水蓄能电站的高比例新能源发电系统多时间尺度协调调度模型.依据风电、光伏、负荷功率预测精度随时间尺度缩短逐级提高的特点,以系统总运行成本最小为目标构建日前24 h、日内1 h、实时15 min三阶段协调调度模型.通过多时间尺度的协调配合,逐级修正发电计划,实现抽蓄、风电、光伏、火电出力良好跟踪负荷.基于CPLEX商业优化软件,利用混合整数线性规划法对含6台抽蓄机组的风光火抽蓄互补发电系统展开仿真分析.结果表明:抽水蓄能机组可发挥其负荷响应时间短、功率调节速度快的优势,减轻火电机组调节负担,有效缓解火电机组调节压力.通过多时间尺度的协调配合,可减少弃风弃光,提高新能源消纳水平.

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电网故障下永磁直驱风电机组并网电流的自抗扰控制

王晗, 王富文, 周党生, 施刚, 张建文, 蔡旭

2024,58 (12): 1968-1976.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.159

摘要 ( 59 )

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电网并网导则要求风电机组在电网故障时具备快速无功支撑能力,采用传统比例积分控制器控制的直驱风力机在应对电网阻抗变化和模型严重扰动时存在暂态响应速度慢、适应性差的问题.针对该问题,提出一种改进的线性自抗扰控制器与最小方差滤波器相结合的无功支撑控制策略.采用最小方差滤波器快速精准检测含背景谐波的故障电网电压幅值,可有效减小故障检测延时;利用线性自抗扰控制器有效提升机组暂态无功响应速度及其在电网阻抗扰动下的控制适应性和鲁棒性.搭建基于PSCAD/EMTDC软件的直驱风力机仿真模型,考虑弱电网和电网含背景谐波两种场景,对提出控制策略的暂态支撑有效性进行了仿真验证.

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泵用新型两极异步起动永磁同步电机的设计与优化

刘城, 王晓光, 尹浩, 章国光, 熊昌

2024,58 (12): 1977-1987.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.143

摘要 ( 97 )

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为提高带泵类负载异步起动电机的牵入同步能力,提出一种转子导条非均匀分布的新型异步起动电机转子拓扑结构.通过将非均匀分布的转子导条与内置的永磁体组合,形成具有多层磁通屏障的转子结构,增大转子凸极比,提高电机的牵入同步能力.基于有限元方法对传统结构电机和新型结构电机的空载反电势、起动能力、牵入同步能力、稳态电磁转矩、退磁、应力场和温度场分布等进行综合对比分析.结果表明,与传统转子结构相比,新型转子结构有效地提高了电机的牵入同步能力及额定工况下的效率和功率因数.最后,制作样机并搭建了实验平台,验证了仿真结果和理论分析的正确性.

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科技期刊论文写作细节:专栏编辑视角

蒋霞, 黎灿兵

2024,58 (12): 1988-1993.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.418

摘要 ( 23 )

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学术写作是一个非常耗时的过程,需要作者具备一定的写作技能,了解和熟悉科技期刊在同行评议和出版过程中对出版伦理和格式规范的要求.结合对本刊电力专栏投稿情况的分析,我们试图尽可能涵盖新手作者在早期学术写作阶段需要注意的基本事项,帮助他们向自己心仪的科技期刊提交一篇逻辑清晰并合乎学术规范的科学手稿.这篇文章的独特之处在于以现有投稿中存在的常见细节为主线,通过简单的逐点分析提供了必要的建议,并结合易于理解的案例,为新手研究人员掌握科技期刊论文写作规范提供参考.

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