《上海交通大学学报》2023年“新型电力系统与综合能源”专题
风电调频的逐步惯性控制(SIC)策略在负荷波动后提供一个阶跃式功率增发,能够有效阻止系统频率下降,保障电网频率安全.但在其功率恢复阶段,容易出现二次频率跌落现象,需优化SIC以获得更好的调频效果.传统方法存在计算维度高和耗时较长的弊端,难以满足不同场景下快速提供最优控制效果的需求.为实现负荷扰动事件下风电调频的最优逐步惯性快速控制,引入深度学习算法,提出一种基于堆叠式降噪自动编码器(SDAE)和深度神经网络(DNN)的风电调频逐步惯性智能控制方法.首先,使用麻雀搜索算法获得最优参数,使用SDAE高效提取数据特征;随后,基于DNN对数据特征进行学习,并引入加速自适应矩估计优化网络参数,提升网络全局最优参数;最后,应用SDAE-DNN联合方法实现扰动事件后风电调频的逐步惯性在线控制.在IEEE 30节点测试系统中分别对单台风力机和风电场进行仿真分析,与传统方法、浅层反向传播神经网络及原始DNN所得结果对比发现,所提网络结构具有更优的预测精度和泛化能力,该方法能够实现良好的逐步惯性调频效果.
采用最优拉丁超立方试验设计法细化涡流发生器参数,确定试验方案,仿真计算风力机的推力和转矩,获得试验数据.基于反向传播(BP)神经网络,构建遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器气动性能模型,通过计算气动性能模型预测值与仿真值的误差与均方根,验证气动性能模型的可靠性;耦合鱼群算法和风力机涡流发生器气动性能模型,建立风力机涡流发生器优化方法,对涡流发生器高度、长度和安装角度进行迭代求解,实现涡流发生器优化.结果表明:相比原涡流发生器方案,涡流发生器优化后的风力机叶片截面流动分离得到有效抑制和延迟,表面流体分离现象得到改善,风力机功率提升1.711%,推力下降0.875%.
针对地区发展阶段具有不确定性和不同发展阶段下地区投资需求难以量化的问题,提出一种考虑地区发展阶段不确定性的电网投资决策鲁棒优化方法,以保证电网投资决策与实际发展需求的匹配程度,提高决策结果对投资组合风险与发展阶段不确定性的应对能力.首先,基于现代投资组合理论构建投资风险约束;其次,采用箱型不确定集对地区发展阶段不确定性进行表征,建立考虑发展阶段不确定性的电网投资决策鲁棒优化模型,模型中外层最小化问题求解最恶劣场景下的地区发展阶段不确定性变量,内层最大化问题求解最恶劣场景下能够使投资收益最大的决策方案;再次,根据强对偶理论将双层优化模型转化为可直接求解的单层模型,采用大M法对模型进行求解;最后,利用我国某东部沿海省份中13个地市的实际算例验证了该电网投资决策模型的适用性与有效性.
模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高,且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题,提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先,引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数;在此基础上,分析阶梯波修正量对电容电压的影响,提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法,实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制,从而限制电容电压波动范围,提高设备安全裕度.最后,在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.
在双碳目标驱动下,我国电力系统正逐步转型为以新能源为主体的新型电力系统,面临新的供需平衡形势.抽水蓄能作为目前最成熟的储能技术,通过提供不同时间尺度的灵活性资源,能保证电力系统安全经济运行,且有效促进新能源消纳.然而,新形势下抽水蓄能电站的运营决策和成本疏导机制尚未厘清,一定程度上阻碍了其进一步发展.在此背景下,首先综合分析了抽水蓄能电站的技术特点和功能定位;其次从全生命周期的角度建立了抽水蓄能电站的成本模型,并分析成本疏导的路径;再次针对电力市场发展的不同阶段,刻画了价格形成机制以及成本疏导方式的演化路径,为我国抽水蓄能电站的市场化进程提供了可行方案;最后对抽水蓄能电站未来的发展进行了展望.
电动汽车的规模日益壮大,对其充电行为进行自适应管理成为亟待解决的问题.从充电服务商的角度出发,协同可再生能源和储能设备,并计及电网的时变电价和电动汽车充电可容忍时延,基于Lyapunov优化理论提出随机环境下的电动汽车充电实时管理和优化控制算法,旨在最大化充电服务商的利益,即最小化购电成本.理论性能分析证明,所提算法无需可再生能源出力、充电需求和时变电价的先验统计信息,就能使优化目标趋近最优值.仿真结果表明,该算法可以有效减少充电服务商的购电成本,相比于基准贪婪算法可降低27.3%.
电动汽车(EV)保有量可观且具有储能的特性,使其参与电力系统运行调控提供备用服务成为可能.针对此建立基于EV用户意愿,以集电商经济收益、微电网功率波动和用户满意度为目标的多目标优化调度模型.考虑到负荷预测误差的影响,对模型进行日前阶段和日内实时修正阶段的多时间尺度优化调度分析.求解方法采用主流的多目标智能优化算法NSGA-III 算法,同时将NSGA-II 和MOEA/D算法作为对比算法,通过对比实验选出最优调度方案并分析EV提供备用容量的场景.仿真结果证明所提模型的有效性.
严重的地震灾害不仅会造成配电网大面积停电,还会损坏交通网,阻碍配电网恢复资源的运输,进而减缓配电网恢复.考虑地震攻击交通网的影响,提出地震灾害下配电网的韧性评估方法及韧性提升策略.首先,基于地震动峰值加速度建立反映地震灾害与交通-配电网故障概率关系的地震攻击模型,量化地震灾害对交通-配电网的影响,并生成交通-配电网故障场景.其次,引入配电网抢修队等待道路修复疏通时间,提出配电网韧性评估指标.再次,构建考虑故障线路抢修、道路修复疏通以及应急资源调度的配电网恢复双层优化模型并求解,上层优化模型以最小失电负荷量为目标,下层优化模型以最短配电网抢修队等待道路修复疏通时间为目标.最后,采用12节点交通网与IEEE33节点配电网耦合算例,验证所提韧性指标的可行性以及恢复方法的有效性.结果表明:考虑地震攻击交通网影响的配电网韧性评估指标更准确,所提的恢复策略能有效提升地震灾害下配电网韧性.
为了减小微电网运行中可再生能源随机性和波动性造成的预测出力误差,提出考虑碳配额引导需求响应的微电网能量管理策略.构建两层模型预测控制(MPC)的能量管理模型,上层利用长时间尺度模型预测控制构建碳排放配额机制,引导电动汽车参与微电网的需求响应,实现微电网经济运行,降低碳排放量;下层使用MPC滚动优化和反馈校正来实现预测域与控制域之间的耦合,利用短时间尺度模型预测控制平抑可再生能源预测误差造成的功率波动.算例分析结果表明:所提能量管理策略能够有效引导电动汽车或其他可控负荷参与需求响应,实现微电网低碳经济调度和稳定运行.
为促进全国范围内资源优化配置,我国积极开展跨省电力交易,并将逐步形成省间-省内两级电力市场运作的模式.在此背景下,提出一种考虑省间-省内两级市场协调运行的日前-日内两阶段经济调度框架.在日前调度阶段,构建省间-省内双层日前经济调度模型;在日内调度阶段,建立考虑源-荷预测偏差的日内经济调度模型.进一步,为应对源-荷预测偏差不确定性对经济调度的影响,提出日前-日内两阶段分布鲁棒优化模型及其求解方法,实现随机场景模糊集表征下日前-日内两阶段经济调度.最后,利用IEEE 39节点和118节点系统构建多送端-多受端互联的测试系统,利用算例仿真验证了所提模型及方法的有效性.
针对极端天气会对微电网的稳定运行造成一定影响的问题,提出一种基于模糊场景聚类的微电网优化配置策略.利用历史天气数据,采用模糊场景聚类方法处理源侧天气的随机性导致新能源出力波动的问题;并在负荷侧建立鲁棒优化模型,处理一定范围内的负荷波动.利用一年中8 760 h的场景,区分模糊场景聚类所特有的隶属特征,得到典型场景和极端场景.考虑极端场景对微电网优化配置的影响,建立以综合成本最小的两阶段鲁棒模型,运用列和约束生成算法进行分解,最后用Cplex求解器迭代求解.仿真分析验证了所提优化配置策略的有效性与可行性.
针对大型风电场跨区输送电能时引起的弱或负阻尼低频振荡问题,提出一种基于李雅普诺夫稳定性理论的快速终端滑模附加阻尼控制策略.研究双馈风力发电机(DFIG)灵活的功率调控特性和快速响应阻尼调节能力,根据DFIG转子外加电压与磁链之间的关系和滑模变结构控制方法设计转子磁链控制器.在系统发生低频振荡时,期望磁链值与实际磁链值产生偏差,附加阻尼控制器输出一个自适应控制信号到转子侧功率控制环节,提高风电场有功出力,抑制系统的低频振荡.在MATLAB/Simulink中建立风电并网系统仿真模型进行离线仿真实验,并搭建基于实时数字仿真系统的大型风电场跨区输电模型进行实时仿真验证.离线仿真和实时仿真结果均表明:当系统发生低频振荡时,应用所提控制方法能够快速调节DFIG发出有功功率,增强系统的阻尼水平,有效抑制系统低频振荡抑制.
为解决现有钛酸锂电池在低温下电池容量衰减和充放电过程中的电池胀气问题,从电池内外部结构和制备工艺流程两方面提出新型钛酸锂电池结构设计.在电池内部模仿电容式结构,融合电容器的物理储能方式和蓄能电池的化学储能方式,提升电池在低温环境下的充放电性能.在制备工艺上采取柱形锂离子电池含浸新技术,提高含浸效率,减少电池内部水分,部分解决电池胀气问题,并进行相关性能测试.结果表明,新型钛酸锂电池容量保持率可在9 548次充放电循环下达到92.5%,低温环境下电池容量保持率大于75%,该方法有效提升了钛酸锂电池性能.
5G基站的电费成本已经成为阻碍5G通信技术发展的因素.通过盘活5G基站储能资源,以实现降低5G基站用电成本的目的.首先建立考虑通信负载的5G基站负荷模型和考虑5G基站对储能备用电量需求与配电网供电可靠性的5G基站储能容量可调度模型;提出了一种针对5G储能调度的充放电策略;建立了5G基站储能参与配电网协同优化调度的模型.通过不同方案对5G基站储能优化调度的经济性进行对比.算例分析结果表明,将5G基站闲置储能参与配电网统一优化调度,可在降低5G基站的用电成本的同时,缓解配电网供电压力,提高系统内新能源消纳率,实现通信运营商与电网之间的双赢.
我国农村地区存在丰富的生物质资源,可通过发酵系统将其转化为沼气能加以利用.然而,沼气工程的产出以沼气为主,经济效益普遍较低,难以推广.提出一种由多种可再生能源构成的并网风-光-沼微能源网,利用太阳能、风能和沼气之间的互补性,为用户提供沼气和电力.根据微生物发酵动力学模型和沼气发酵的温敏特性,对沼气的类储能特性进行建模.同时考虑需求侧响应进一步增加系统灵活性,利用分时电价节省购电成本,从而将投资成本和年度运行成本降至最低.案例研究表明,该风-光-沼微能源网可稳定地向用户提供电力;并且通过参与需求响应,可使得投资成本降低3%~9%的情况下年收益增加127%~240%.
为实现碳达峰碳中和目标,构建以新能源为主体、以能源供给清洁化和能源消费电气化为特征的新型电力系统迫在眉睫.考虑风力发电、光伏发电的间歇性和随机性,以及抽蓄电站、电制氢的储能特性和灵活性特点,基于随机规划理论提出一种风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型.在满足柔性氢负荷总量需求的基础上,以绿电上网电量最大为目标,对风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统进行短期生产模拟,包括日前发电-制氢计划、备用容量、抽水蓄能-放水发电功率、弃风光等.以我国张北风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统示范工程为例,设置多个运行情景对所提模型进行模拟仿真.仿真结果表明:该模型能够有效模拟系统在任意风光出力场景集下的绿电上网计划情况,柔性氢负荷、抽蓄电站能有效促进风光消纳,增加系统综合效益.
能源是城市碳排放的重要组成,评估城市能源碳达峰是践行国家“双碳”战略的必要手段.为此,针对城市能源的碳排放水平,提出了一种基于Mann-Kendall趋势检验的能源碳达峰评估方法.通过构建涵盖能源碳排放量、清洁能源发电量、交通电能替代量等要素的碳监测体系,结合历史数据计算城市的能源碳排放总量.鉴于能源碳排放具有季节性和随机性,采用Mann-Kendall趋势检验法,建立城市能源碳达峰判断模型,衡量不同时期区域碳排放水平.以上海某行政区为例,从年度、季度视角,判断该区域的能源碳达峰状态.计算结果表明,基于年度数据,该地区在2020年已实现能源碳达峰;基于季度数据,夏季与秋季已实现能源碳达峰,春季和冬季仍处于平台期.该方法可应用于评估城市级的碳达峰状态,为检验各省市的碳达峰进程提供参考.
为加速电-气系统快速、经济的低碳转型,构建了一种综合考虑经济性成本与碳排放量的电-气综合能源系统多目标随机优化规划模型.首先建立电-气网络与相关设备的数学模型,并运用场景法表征电、气负荷与光伏出力的不确定性.其次建立综合考虑系统经济性成本和碳排放量两个指标的混合整数二次约束规划(MIQCP)模型,对电网馈线、气网管道、变电站、配气站、燃气机组、电转气装置、光伏及储能装置进行统筹规划.最后,构建算例验证模型的可行性及有效性.结果表明:在不同的目标函数权重选择下,模型可以充分考虑电-气网络线路与多种综合能源设备间的耦合关系,获得整体最优的规划方案.
碳中和愿景下二氧化碳排放配额指标逐步递减,清洁电源必将超高比例渗透,传统配电网调度模式需解决碳排放达标与清洁电源强间歇性平抑等问题.在分析碳排放指标与电功率经济成本耦合关系的基础上,提出未来态配电网碳电耦合新型调度模型,针对系统运行碳排放成本递增若干场景,基于二阶锥规划模型提出配电网优化调度策略,设置不同的碳排放成本区间及并网容量区间,在改进的IEEE 33节点系统验证了方法的有效性,算例结果表明:在特定的成本区间内,配电网的发电行为随之变化,所提方法能够有效应用于双碳目标下的配电网经济调度中,提高配电网稳定性,促进清洁能源消纳.
高比例可再生能源的接入对电力系统容量充裕性带来了新的挑战,系统必须具备充足的置信容量应对可再生能源的出力波动性和随机性.由于储能置信容量与电源规划结果的非线性关系,传统电源规划方法难以准确计算储能置信容量并建立系统置信容量充裕度约束.通过综合考虑火电、可再生能源、储能以及需求侧响应建立了电源规划模型,内嵌全年8 760时段生产运行模拟以确保系统具有充足灵活性,同时改进容量充裕性约束以考虑需求响应资源和储能的容量价值.针对储能置信容量的非线性问题,设计了迭代算法进行求解,并用某区域电力系统验证了模型的有效性.结果表明,高比例可再生能源系统中,影响系统成本的主要因素是灵活性约束,引入少量需求侧响应资源可大幅降低系统成本,为未来高比例可再生资源电力系统规划问题提供了新的思路.
中央空调系统在面临末端数量多、末端负荷需求变化频繁的情况下,虽然采用常规的比例积分微分控制或固定参数控制能够满足冷量需求,但存在冷量过剩带来的能耗问题.针对中央空调系统中的空气调节子系统,提出一种基于改进麻雀搜索算法(ISSA)的中央空调系统节能控制方法,利用t分布强化麻雀群体的搜索能力,基于轮盘赌规则使得个体向最优群体学习,增强算法跳出局部最优的能力,有效改进控制参数的寻优精度和稳定性.在12个测试函数中,寻优精度和稳定性大多提升2个数量级以上.针对空气调节子系统能耗优化问题,ISSA表现出很好的节能潜力,相比于固定参数的控制方法节约能耗25.13%.ISSA解决实际工程问题的可行性也得到验证.
综合能源系统(IES)因多能源联合协同、用能高效等特点已成为能源系统的研究热点,但面对其复杂的结构、控制、故障等特性,传统保护原理与方案难以适应系统所需.首先分析了IES的结构特征与控制特性,并基于其特点研究了核心电力网架部分的故障特征;进而,基于现有保护原理所利用故障特征对国内外研究、改进现状、保护适用性进行分类分析;最后,探讨与展望了IES线路继电保护原理及方案的研究与发展方向.
可再生能源在新型电力系统中的占比进一步加大,光伏机组并网容量有明显提升的趋势,而不同渗透率下的光伏发电系统动态行为对电网负荷特性产生显著影响,但光伏发电并网动态模型复杂、待辨识参数多,增大了模型实际运用难度.为此,基于光伏电站机理模型,建立光伏发电并网系统的动态离散等值模型,得到光伏发电并网系统的动态离散等值模型的模型参数;并采用IEEE 14节点系统研究不同渗透率下光伏发电并网系统的动态离散等值模型特性.仿真结果表明,光伏发电并网系统的动态离散等值模型能准确描述光伏发电系统的动态特性,且精度高、易于辨识.
充分发挥用户侧调节作用可以降低综合能源系统(IES)能源购买成本.需求响应(DR)和电动汽车(EV)作为用户侧的可调度资源,是IES优化调度的重要调节手段.但实际运行过程中,受负荷聚合商(LA)经济激励和EV出行的影响,用户侧DR的不确定性给IES带来的经济影响不容忽略.基于此,提出考虑EV鲁棒随机优化及LA参与的IES优化运行模型,该模型考虑IES从上级网络的购能成本和LA的经济损失成本等.首先构建基于经济激励的响应率模型和EV不确定性模型;然后建立EV鲁棒优化模型,并分析EV出行不确定性的负荷需求.最后利用仿真算例分析用户DR不确定性和EV不确定性对IES运行经济性以及对功率平衡的影响.仿真结果表明:考虑DR和EV的不确定性可优化IES经济运行、减小LA经济损失、降低系统总成本,验证了所提模型的有效性和经济性.
随着分布式发电市场化进程逐步推进,按照用户接入电压等级统一核算过网费的定价方法出现难以准确区分产消者对电网资产利用程度的问题.为此,提出一种适应分布式发电市场化交易的过网费计算方法.从产消者角度分别探讨分布式发电市场点对点(P2P)交易模式和社区(CB)交易模式特征,构建P2P模式和CB模式的电能交易模型.利用基于二阶锥松弛的最优潮流模型,确定配电网潮流分布情况.借助对偶乘子的经济学意义,计算出各节点配网节点电价.考虑对偶乘子的传递性,利用耦合电能交易模型和最优潮流模型分别建立两种交易模式下的过网费计算模型.针对目前CB交易模式过网费分摊方法的局限性,采用夏普利值法将过网费按边际贡献进行公平分摊.利用改进的IEEE15节点、IEEE123节点测试系统验证所提分布式发电市场过网费计算方法的有效性和可行性.
随着新能源并网比例的不断提高,新型电力系统的惯量及频率支撑能力不断降低,导致系统在遭受扰动时易出现频率崩溃,因此需要对扰动后系统功率缺额进行快速准确评估以用于功率缺额的快速填补.提出了一种局部频率测量数据驱动的基于深度卷积和长短期记忆复合神经网络的系统功率缺额在线评估方法.首先,由于同步测量获取实际惯量中心 (COI) 频率无法适应在线评估的快速性,所以利用局部测量频率估算得到COI频率,避免了复杂通信造成的延时效应;然后设计了一种深度复合神经网络,挖掘海量频率数据和功率缺额间的关联信息;最后搭建39节点系统进行仿真验证,结果显示了所提方法的有效性和快速性.
为评估碳中和背景下,售电商随分布式光伏的高水平渗透而面临“死亡螺旋”运营窘境的可能性,分析可能导致“死亡螺旋”的关键影响因素,采用系统动力学方法进行建模分析.首先建立销售电价等市场条件引导下的用户侧分布式光伏渗透模型,其次根据分布式光伏渗透水平与售电商盈余之间的负反馈关系,建立售电商盈余模型.算例分析从中长期视角评估了分布式光伏发电量、批发电价等因素对售电商盈余的灵敏度影响.结果表明:售电商盈余在中长期时间内呈缓慢下降趋势,若输配电量、批发电价、运维成本等多重影响因素同时发生较大变化,所形成的极端场景可能引起售电商运营的“死亡螺旋”.
物流中心是物流网络的核心节点,连接地区物流网络及外部交通系统,其运行管理对地区物流效率影响巨大,一直是物流企业管理的核心问题.近年来,随着电子商务和关联快递业务的蓬勃发展,物流企业所承担的交通运输任务持续增长,为物流中心的运行带来极大挑战.为服务国家“双碳”战略,物流中心亟需在确保交通运输效率的前提下控制碳排放强度.在此背景下,以物流中心为研究对象,在交通电气化的发展背景下提出物流中心微电网的概念,并对其运行管理及减排措施进行综述,以期促进物流企业能源利用提质增效,保障其可持续发展.
以规模化储能为研究对象,在电力市场放开背景下,开展其参与电力现货市场的商业模式研究.首先,从国内外典型市场出清机制出发,分析日前市场及实时市场的出清方式、出清计算等过程,提出适应规模化储能参与现货市场的联合出清机制,包括投标方式、计费方式和出清方式等.其次,为充分发掘规模化储能的市场价值与其他附加价值,增强集群效应并解决储能容量闲置问题,提出适应规模化储能参与现货市场的商业模式,包括独立式(投资主体单一、服务模式单一),联盟式(投资主体多样、服务模式单一),共享式(投资主体多样、服务模式多样),并分析市场交易链中存在的博弈关系,量化电能价值、辅助服务价值以及其他附加价值.在此基础上,基于主从博弈构建不同商业模式下储能参与现货联合市场的双层出清模型范式.上层模型以储能为领导者、以储能收益最大化为目标参与市场竞争,下层模型以调度和交易中心为跟随者、以社会福利最大化为目标进行联合出清;最后,基于改进的IEEE30节点系统,以典型交易场景为例验证所提参与商业模式的有效性和可行性.
基于能量函数的无源性控制(PBC)被广泛研究并用于并网变换器以获得更好的控制性能.然而,传统的PBC方法依赖并网变换器的精确数学模型,且已有研究较少考虑数字控制的延迟效应以及电容性电网或复杂弱电网下电网阻抗的不确定性对系统稳定控制的影响.鉴于此,针对三相LCL并网逆变器提出一种改进PBC方法以实现导纳重塑,通过增加电容电流前馈将系统无源区域扩展到奈奎斯特频率,在电网阻抗宽范围变化下实现LCL谐振频率的有源阻尼控制,并提出改进PBC控制参数设计方法.在3 kW并网逆变器样机平台上开展仿真和实验研究,验证了理论分析的正确性.
与传统发电不同,风力发电具有较大的随机性与时空相关性.在风力发电并网的电力系统优化调度问题中,保障电力调度在不同风力发电功率场景中的最优执行是决策问题的关键点,因此高质量的风能场景生成非常重要.基于高斯随机过程和时空协方差函数表征风力发电站输出功率的时空相关性,由Pair Copula模型建立联合概率分布,通过经验概率逆变换方法实现具体场景.评估生成场景的多种指标,验证生成场景的优越性.基于修改的IEEE 6总线系统建立电力系统机组组合的混合整数规划模型,求解不同场景下的问题,验证场景生成方法在风力发电并网调度问题中所具有的经济性和可行性.
为提高太阳能热水器供暖的稳定性并大幅降低空气源热泵供暖的成本,提出空气源热泵辅助太阳能真空管热水器供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村搭建空气源热泵辅助太阳能热水器供暖试验系统,详细研究了晴天、阴天及多云3种典型工况下系统的集热效率、热泵性能系数、系统太阳能保证率和系统能效比等.研究结果表明,晴天、阴天及多云工况下太阳能集热器有效得热量分别为75.5、4.1和49. 2 kW·h,集热效率分别为61.3%、26.6%、55.2%,太阳能热泵平均性能系数(COP)分别为3.6、3.4、3.6,空气源热泵平均COP分别为0、2.9、3.1,系统实际供热量分别为113.4、125.9和124.8 kW·h,系统耗电量分别为33.4、50.5和42.7 kW·h,系统太阳能保证率分别为66.6%、3.3%、39.4%,系统能效比分别为3.4,2.5,2.9.研究证明了太阳能真空管集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区供暖的可行性,为寒冷地区供暖提供了一种新途径.
直流配网是配电系统的主要发展方向,受非线性设备、不平衡负载等因素影响,系统中极易产生二次谐波,严重威胁系统运行稳定性与用电设备安全性.在系统规模较大的直流配网中,多有源滤波器协同滤波是治理二次谐波的方法之一,但由于滤波器之间存在耦合干扰,滤波性能与效果差别较大.建立多滤波器诺顿等效并网模型,基于相对增益矩阵理论提出了多滤波器交互影响机理分析方法,构建了滤波器输出电流变化量与谐波源电流变化量矩阵关系,分析了直流配网线路参数和滤波器控制参数对滤波效果的影响.利用PSCAD/EMTDC软件建立含多直流滤波器的直流配电网模型,在不同场景下验证滤波器交互影响分析的合理性;并利用RT-LAB软件搭建半实物仿真模型,进一步验证了方法的有效性.
为对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行精确建模,需要准确辨识PEMFC中的未知参数.然而,PEMFC的参数辨识是一个多变量、多峰值和强耦合的非线性优化问题,传统的参数辨识方法往往得不到满意的结果.此外,不同运行条件下产生的噪声会阻碍启发式算法(MhAs)获取精确的参数.针对该问题,提出一种基于极限学习机(ELM)的MhAs策略——ELM-MhAs,以实现PEMFC的参数辨识.利用ELM对数据进行训练以降低或消除噪声,为MhAs提供更为准确可靠的适应度函数,从而保证MhAs对PEMFC参数的精确辨识.为验证该策略的可行性和有效性,在低温、低相对湿度和高温、高相对湿度两种条件下,分别对25组电压-电流数据进行不降噪、贝叶斯正则神经网络(BRNN)降噪以及ELM降噪处理,随后对比不同数据中6种MhAs和列文伯格-马夸尔特反向传播法的参数辨识结果.实验结果表明,与不降噪和BRNN降噪处理相比,应用ELM能够显著减少数据噪声对实验数据的影响,从而有效提高MhAs的参数辨识精度.
在气体扩散层(GDL)生产过程中,疏水黏合处理和装配压缩变形导致GDL孔隙结构和渗透特性发生变化.首先基于随机重构算法,建立一种添加黏合物质和施加不均匀压缩的GDL建模方法;然后利用格子玻尔兹曼数值仿真气体单相流动,研究黏合物质与压缩形变对燃料电池GDL孔隙结构和气体渗透特性的影响规律.计算结果表明:黏合物质与压缩形变均会导致气体扩散小尺寸孔隙结构占比增大,整体孔隙率减小;GDL的渗透率变化趋势与孔隙率一致,均降低,变化规律基本符合理论预测关系;当孔隙率相近时,压缩变形是导致的渗透率降低的关键因素.
由于风速波动性大,风力发电往往呈现一定的不确定性.传统风能预测模型以均值为0、方差固定的正态分布度量不确定性,但方差可能随时间变化,即具有异方差性.为提升预测精度,基于在线最小绝对收缩和选择算子的向量自回归(LASSO VAR)和指数自回归条件异方差(EGARCH)模型,提出一种考虑异方差性的风场级功率集成概率预测模型.首先使用在线LASSO VAR模型预测风力机的有功功率,再利用自回归条件异方差检验验证残差的异方差性,并利用信息冲击曲线和动态显著线评估正负残差对未来条件方差的不对称影响.然后针对异方差性和不对称性,使用EGARCH模型对单风力机有功功率的残差进行预测,得到有功功率的条件方差.最后,考虑各风力机有功功率的相关性,将风场中各风力机的有功功率求和,得到整个风场总有功功率的概率预测结果.将该方法应用于中国华东某地风场,验证了该模型能有效提高预测精度.
三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题,提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性,比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小,并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系,计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比,并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比,最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值,并且在一定的电压比范围内,回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后,通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.
为综合评价大型办公楼宇在能耗、环保、经济性等方面的运行情况,提出基于改进灰色关联逼近理想解排序法(TOPSIS)的多指标综合评价模型.在对楼宇运行实际情况分析的基础上,构建包含楼宇运行能耗、环境因素、经济性的多指标评价体系;引入改进TOPSIS评价方法,利用灰色关联度算法和层次分析法-熵权法确定TOPSIS评估模型距离测度;建立楼宇多属性加权评价模型,全面分析楼宇运行状况.分析8栋电力办公楼宇单元的多指标评价可知:楼宇综合评价结果随时间变化,能耗指标评分起主要作用;与采用其他评价方法的评价结果进行对比,验证了所提楼宇多指标评价模型的有效性.
具有一定弹性的建筑热负荷被视为电-热综合能源系统运行优化的重要调节资源.考虑建筑热负荷具有规模大、单体容量小的特点,非侵入式的数据驱动方法成为量化建筑热负荷弹性的有效手段.然而,由于数据不足或模型精度不够,该方法将不可避免地产生误差,给电-热综合能源系统的优化调度带来认知不确定性.因此,提出一种考虑建筑热负荷弹性并兼容相关认知不确定性的电-热综合能源系统优化调度方法.分析基于数据驱动的建筑热负荷需求弹性评估方法,将评估过程中产生的误差建模为认知不确定性,并通过改进的D-S证据理论对多源误差进行融合;采用拉丁超立方抽样方法生成表征热负荷弹性认知不确定性的场景,并通过模糊聚类法进行场景削减;将构造的场景集嵌入电-热综合能源系统的协调优化调度中,实现对建筑热负荷弹性及相关认知不确定性的综合考虑.算例仿真结果表明,考虑建筑热负荷需求弹性及认知不确定性对减少弃风、提高电热综合能源系统的运行灵活性至关重要.
为解决直流微电网中分布式电源的协同控制问题,提出了一种基于预定时间一致性的微电网控制方法.首先提出一种基于预定时间控制的电流控制方法,能够实现在预先设定的时间内各分布式电源按比例输出功率,同时可以调节各分布式电源出口电压,将其恢复至额定值附近.然后通过MATLAB/Simulink建立微电网仿真系统,在不同工况下验证了所提出控制策略的有效性.最后在仿真系统中建立有限时间控制策略,并与预定时间控制策略下系统电流的电能质量与系统收敛预估时间的保守性进行比较,说明与验证了所提出的控制策略的优点.
《上海交通大学学报》2023年“新型电力系统与综合能源”专题
