多样化调频资源是保障新型电力系统频率安全的有效手段和必然趋势.基于风电、光伏、火电与储能协同的差异化调频策略, 提出一种多场景下耦合长时间尺度规划与短时间尺度机组组合的电源侧电池储能优化配置方法.分别构建火储、风储、光储联合调频策略, 细化配套电池储能的不同功能, 增强其在调频过程中的灵活性.优化模型以风光火储全系统投资与运行成本最小为目标, 将系统可释放的频率响应功率作为安全约束; 通过高阶多机系统频率响应的时域仿真进行校验, 并反馈频率安全割迭代求解. 改进IEEE 24节点系统的算例表明, 所提方法下电池储能可在平抑功率波动、减少新能源弃电与参与电力系统调频之间灵活选择,验证了方法的有效性.

在新形势下,为匹配新型电力系统需求,亟需对信息高度共享且需实时决策的电力二次系统进行建模与仿真.本文首次提出关联电力一次系统运行状态以实现电力二次系统仿真的设计方法.以功能描述复杂的智能变电站二次系统为研究对象,提出电力一次与二次系统仿真的关联方法,阐明其仿真实现框架、数据交互方法及数据同步管理,从而将一次系统的实际电气量数据传导至二次侧,解决二次系统仿真数据源问题.然后,进一步提出电力二次系统的仿真设计方法,基于面向对象统一建模语言(UML)提出其系统级交互设计、元件级类设计和模块级状态设计的方法,从而解析电气量数据在二次系统的传输交互处理转换全流程.最后,以220/110/10 kV主变间隔110 kV侧出口处短路故障场景为算例,结合主变差动保护方案,仿真验证所提方法的有效性.

随着配电网“单元制”规划方法的逐步推广,区域配电网被划分为多个相对独立的供电单元,然而,由于供电单元内部依然存在多条互相联络的线路,其结构的复杂性导致供电单元成图较为困难.现有基于规则或力导向等启发式的自动化成图方法效率较低,且依赖人工干预,难以适应复杂多变的配电网应用场景.为此,提出一种基于均方差条件生成对抗网络的中压配网供电单元自动成图方法.该方法通过布局生成器和遗传变异算法,细粒度地生成并优化配电网节点布局与连线,实现了多种节点规模下的自动成图.同时,设计了面向节点布局生成器的评估函数,以节点聚散程度、连线交叉与拐点数量等拓扑可视化效果作为关键评价指标,用于在循环迭代中优化布局生成器,从而提升成图效果.实验结果表明,所提方法在成图效果上优于其他启发式布局方法.

在低频交流输电系统中,海上风电场和陆上交流系统之间因频率解耦和信号传输延迟,导致海上风电场无法及时响应陆上电网频率变化.为此,结合系统惯量分析,提出一种提升海上风电场主动频率支撑能力的控制策略.在频率信号传递方面,基于模块化多电平矩阵变换器(M³C)低频侧构网V/f控制策略,结合系统惯量设计附加频率下垂控制器,建立M³C网侧与低频侧的频率耦合关系,从而实现两侧频率信息的实时传递.在频率支撑方面,当系统发生扰动产生频率偏差时,海上风电机组通过附加下垂控制可调整功率指令值,进而为系统提供频率支撑.最后,在MATLAB/Simulink平台中,通过负荷变化和三相交流短路故障的仿真,验证了所提协同控制策略的有效性.

随着高比例可再生能源并网规模持续扩大,风光出力的波动性和不确定性给电力系统灵活性运行带来严峻的挑战.合理利用灵活性资源,提升系统灵活爬坡能力,将成为应对新能源并网挑战的重要途径.本文在考虑可再生能源不确定的前提下,分析了不同出清间隔下系统灵活爬坡需求的差异;基于随机规划方法,构建了两阶段电能量与灵活爬坡市场联合出清模型.该模型通过风光储场站等灵活性资源的协同调控,在缓解实时市场不确定性的同时,提供灵活爬坡产品,提高系统灵活调节能力;最后通过算例分析了不同出清方式与预测误差对出清结果的影响.结果表明,考虑风光储场站参与灵活爬坡的两阶段市场联合出清可有效提升系统实时运行灵活性与整体经济性.

当前,我国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统,然而大规模新能源的接入也使得弃风、弃光问题日益突出.为提升电力系统对新能源的消纳能力,提出一种基于负荷准线与深度强化学习的新能源消纳新方法.首先,建立基于线性化潮流计算的节点负荷准线生成模型,该模型能够引导可调负荷调整用电时段,从而促进新能源消纳.与直流潮流模型相比,该模型在考虑电压约束等电力系统的相关约束的基础上,实现了对全部非线性化约束的线性化处理,显著降低了计算复杂度.其次,构建基于负荷准线机制的市场框架,并以电动汽车集群作为可调负荷对象,研究负荷准线激励价格的求解方法.负荷准线机制框架包括独立系统运营商、区域电网售电商和电动汽车可调负荷聚合商3类主体,负荷准线激励价格的求解涉及三者之间的主从博弈问题.由于该模型数学解析求解难度较大,故采用深度强化学习算法求解:以各节点边际电价为状态空间,以负荷准线激励价格作为动作空间,以区域电网售电商的成本作为反馈,通过持续训练使智能体找到最大化区域电网售电商利益的负荷准线激励价格.最后,算例分析表明:所提出的负荷准线机制不仅能够有效提升新能源消纳水平,还可同时增加独立系统运营商、区域电网售电商和电动汽车聚合商的收益;同时,深度强化学习算法在实现区域电网售电商的利益最大化方面表现出良好效果.

新型电力系统背景下,传统的能源消费者正逐步转变为兼具电能消费与生产的“产消者”.产消用户的大量涌现使得售电公司的购售电决策变得更加复杂,与此同时,售电公司也将面临更多的不确定性因素,造成较大的市场风险.针对上述问题,本文充分考虑产消用户的发用电特点,并计及光伏、现货市场购售电价格不确定性因素的影响,提出一种不确定性环境下面向产消用户的售电公司购售电决策优化方法.首先,构建考虑不确定性因素的售电公司购售电决策双层优化模型:下层模型考虑产消用户光伏出力不确定性,以舒适度与用电成本为目标,建立产消用户鲁棒用能优化模型;上层模型针对现货市场购售电价格的不确定性,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建售电公司鲁棒综合决策模型,并在售电公司侧引入储能和中长期购售电合约以增强售电公司的风险应对能力.随后,利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将该双层优化问题转化为单层非线性规划问题进行求解.最后,通过仿真分析验证了所制定零售电价的经济性以及所建模型的有效性.

电力部门是中国二氧化碳排放最大的单一部门,电力低碳转型是实现“双碳“目标的关键抓手.当前,电力转型技术路径研究多从全局角度出发,以碳约束下电力行业转型成本最低为目标,寻求技术经济可行的转型方案.然而,针对发电企业低碳转型视角的研究仍相对欠缺,这会导致发电企业的低碳转型相对滞后,不利于电力行业的全局发展.基于此,本文综合考虑技术、经济、环境等多维影响因素,构建了发电企业低碳转型规划模型,分析了发电企业2060年实现碳中和的转型路径,并对比模拟了未来电力企业不同低碳转型情景下碳中和转型路径.研究结果表明,对发电企业而言,适度提前实现碳中和具有一定经济优势,但过早推进碳中和进程反而会带来成本剧增.此外,未来政策倾向于推高储能装机规模,发电企业需要加快推进相关技术及资源储备.最后,建议通过退役火电机组的改造或加装碳捕集与封存装置(CCS)的方式来解决火电机组退役问题,并将其应用于电力系统调峰与应急备用.

针对风电出力的不确定性导致并网电能质量下降以及混合储能系统功率分配不佳的问题,提出一种基于变分模态分解与多模糊控制的风电混储系统功率分配策略.首先,考虑风电出力的不确定性,采用拉丁超立方抽样和欧氏距离法生成风电典型场景;其次,利用正余弦算法优化变分模态分解,对风电功率进行初次分配,得到低于并网波动上限的风电并网功率和混合储能系统平抑功率;最后,对混合储能系统的荷电状态进行分区划分,结合系统荷电状态与混合储能特性,提出一种多模糊控制下的功率再分配策略,以实现对混合储能系统功率的修正.仿真结果表明:所提策略不仅能够有效平抑风电波动、获得稳定的并网功率,还可缓解混合储能系统的过充和过放问题.

当弱电网发生不对称故障时,双馈风力发电机(DFIG)与电网阻抗之间会形成正序和负序间的耦合通路,导致交互作用复杂化.根据并网导则的要求,风力机组需向电网提供正、负序动态无功支撑,但若正、负序电流控制参数设置不合理,系统将面临失稳振荡风险.首先采用谐波线性化方法建立DFIG并网系统的序阻抗模型,分析了正序有功、正序无功、负序无功电流对系统稳定性的影响规律,并对序间耦合致稳机理进行了研究.其次,综合考虑稳定性约束、并网导则约束以及变换器容量限制,对DFIG的运行域进行量化表征.针对DFIG稳定运行域不足的问题,提出一种振荡自适应抑制的锁相环控制方法,实现了对锁相环输入振荡分量的自适应抑制,从而扩展了DFIG的稳定运行域.最后,仿真算例验证了理论分析的正确性以及所提控制方法的有效性.

针对基于查询表的并网逆变器无模型预测电流控制中存在电流纹波大、电流梯度更新停滞及采样噪声干扰等问题,本文提出一种计及采样噪声补偿的三矢量无模型预测电流控制方法.首先,在每个控制周期中,输出电流由3个电压矢量对应的电流梯度预测得到,并利用价值函数求解各矢量作用时间,以抑制电流纹波;其次,根据电压矢量与基本矢量坐标分量的重叠关系,通过两步更新策略消除梯度更新停滞现象;最后,针对采样噪声对电流梯度更新的影响,采用二阶广义积分器对梯度误差进行估计与补偿,从而提高电流梯度计算的准确性.仿真与实验结果验证了所提方法的可行性和有效性.

在光储微网系统中,光储单元接口变换器的输出功率及散热条件常处于变化状态,而现有的绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温计算方法难以评估该类变化对IGBT模块热扩散角的影响,导致结温计算精度受限,给系统热管理带来巨大挑战.针对该问题,提出一种考虑三维横向热传导的光储微网系统接口变换器IGBT结温计算方法.首先,在光储微网系统环境下,考虑多芯片间热耦合作用,建立功率器件物理热模型;然后,根据所建物理模型,进一步提出一种考虑三维横向热传导的结温计算方法,构建考虑三维横向热传导的热网络模型,有效提升了当前状态热参数及功率模块热扩散角的计算精度;最后,在针翅型散热器结构中通过有限元分析验证所提模型的准确性.仿真结果表明:与多种结温计算方法相比,所提方法在稳态和功率突变工况下结温计算误差均最小,分别约为3.11%和3.65%;相较于忽略热扩散角(α=0)的计算方法,精度分别提升11.53%和61.93%.不同散热条件下,所提方法仍能保持较高的结温精度,且误差最小.

真空断路器作为一种环保型开关设备,具有广泛的应用前景,但其在单断口和多断口结构中均存在真空灭弧室主屏蔽罩电位分布不均问题,且在罐式结构中该问题更为显著.为研究主屏蔽罩电位分布对真空灭弧室内部绝缘性能的影响,本文建立了真空灭弧室主屏蔽罩分压模型,并利用COMSOL软件进行仿真计算.通过在真空灭弧室外侧构造电容以调节主屏蔽罩电位占断口电位的比例,得到主屏蔽罩电位变化对内部电场分布的影响规律.在此基础上,以10 kV真空灭弧室为对象,开展不同主屏蔽罩分压比例下的工频耐压与雷电冲击耐压实验.结果表明:真空灭弧室内部电场强度随主屏蔽罩电位的升高呈先下降后上升的趋势,当主屏蔽罩分压为50%时,真空灭弧室内部最大场强达到最小值.实验与仿真结果基本一致:在触头开距为6 mm的条件下,主屏蔽罩电位为断口间电位50%时工频击穿电压提高5.4%, 雷电冲击电压提高6.7%.本研究为提升真空灭弧室内部绝缘性能以及推动更高电压等级真空断路器的应用提供了参考.

大范围栅格地图的多目标路径规划具有节点规模大、目标数量多的特征,现有算法难以平衡求解帕累托前沿(PF)的速度与质量,因此研究面向PF的高效优化算法具有重要的理论意义.首先,提出一种基于代价向量的加权图建模方法,并在此基础上研究适用于大规模问题的优化算法,相比传统图搜索算法显著降低了时间成本.其次,针对PF求解质量不足的问题,提出一种改进的多目标进化算法并包含新的初始化策略,以及基于角度和偏移密度的思想设计个体和环境选择策略.该改进措施综合考虑种群多样性和收敛性,从而提升了求解效率.最后,通过仿真实验对比,验证了所提改进算法的有效性.

查处车辆违停是城市交通管理的重要内容.鉴于人工执法耗时耗力、定点监控抓拍覆盖范围有限等问题,探索更为灵活高效的自动检测方法具有现实意义.提出一种适用于路面移动载体的非停留式、一次完成的巡航检测技术.在平视且随机拍摄角度条件下采集并构建车辆违停图像数据集XMUT-VPI,为研究提供数据基础.通过构建多任务神经网络(MTPN)作为编码器,提取违停判断所需的关键要素信息;借助自主设计的可变形大核特征聚合模块(DLKA-C2f)和跨任务交互注意力机制(CTIAM),实现了90.3%的最高目标平均检测准确率、4.4%的最小轮胎触地点平均定位误差,以及78.5%的次优车位线分割平均交并比精度.设计高效解码器来进一步提取车位线骨架特征,拟合主车位可视区域,匹配目标车辆,解析轮胎触地点与车位的位置关系,进而实现对违法停车、不当停车和规范停车3类典型行为的判定.实验结果表明,在各类复杂干扰情况下,该算法的综合准确率达到98.1%,领先现有主流方法,可为违停的全自动路面巡航治理提供技术支持.