《上海交通大学学报》2023年“新型电力系统与综合能源”专题
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”.
车载逆变器向着小型化、轻量化和高功率密度的趋势发展.针对现有输入电压为DC 110 V 的车载单相逆变器采用Boost电路和全桥逆变两级独立调制而存在效率低、功率密度小等问题,提出了一种Boost电路和全桥逆变两级协同式调制方法.该方法根据输入电压与输出电压绝对值的大小关系使Boost电路和全桥逆变电路处于不同的工作方式,优化绝缘栅双极型晶体管开关状态和二极管通断状态,从而降低逆变器的损耗,提升逆变器效率.同时,该方法能减少全桥逆变电路的输出谐波,从而缩小滤波器件的尺寸,提升逆变器功率密度.设计制作一台2.75 kV·A车载逆变器样机,实验验证了所提方法的正确性和可行性.
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.
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%.
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.
调度计划的时间颗粒度指调度计划中每个时段长度.随着气象敏感可再生能源占比的提高,调度时段内电网净负荷的波动性显著增强,造成系统爬坡能力不足、频率异常等风险.因此,不同可再生能源渗透率下时间颗粒度的设置成为当前迫切需要解决的问题.提出基于全局灵敏度的日前调度时间颗粒度优化方法,采用Sobol'方法和多项式混沌展开的全局灵敏度方法量化不同时间颗粒度下净负荷波动性、不确定性对优化调度影响,在精细化程度和负荷预测准确率之间取得一种平衡,选择合适的时间颗粒度使优化调度效果最优.分析和仿真结果表明:时间颗粒度的选择主要由净负荷波动率决定,依据净负荷波动率选择合适时间颗粒度,使得不平衡功率最小化,可达到提升优化调度效果和降低调度成本的目的.
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.
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.
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.
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.
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.
针对热电联产机组存在热电耦合性大、火电机组碳排放量高和负荷侧资源灵活性未充分挖掘等问题,建立计及负荷需求响应和风力发电消纳的电-热系统低碳调度模型.首先,在源侧考虑增加储热和碳捕集设备,同时在负荷侧考虑电价型需求响应和供暖建筑热负荷惯性.然后,以机组运行成本、碳交易成本和弃风惩罚成本总和为目标函数,考虑相关约束,并调用Gurobi求解器进行求解.最后,针对不同案例下系统的经济成本、风力发电消纳量和碳排放速率等方面进行算例对比分析,证明该调度策略在提高系统风力发电消纳能力的同时兼顾经济性和低碳性.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
随着分布式电源(DG)渗透率提高,配电网灵活性不足的问题日益凸显.围绕电能路由器(EER)展开研究,分析其对配电网灵活性的影响.首先,提出配电网转供灵活性指标用以表征配电网灵活性的一个方面;其次,分析EER的线性模型及相关约束条件,构建含有EER模型的主动配电网转供灵活性优化模型;最后,基于94节点交流配电网,设计不同场景,分析对比不同DG运行控制方式和EER参数对配电网转供灵活性的影响,验证EER提高配电网转供灵活性的有效性.
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.
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.
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.
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.
电磁探测法是海洋油气资源勘探的主要方法,而海洋电磁发射机是海洋电磁探测系统的关键设备.目前海洋电磁发射机水下拖体长时间工作时,会出现开关器件损坏现象.首先分析了采用单向可控源电路的发射桥换流过程,发现发射偶极寄生电感回馈能量使二级母线产生冲击电压,增大了开关管的电压应力.然后分析了双向可控源电路的工作模式,提出一种双变量解耦控制策略,在变压器前后两级建立的模型基础上,将原来的耦合非线性系统全局线性化为两个单输入单输出系统,以此获得滑模控制器的函数关系.仿真与实验结果表明,所设计的可控源电路可以明显减小母线电容的冲击电压和开关管的电压应力,提高系统的动态性能和效率.
为实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标,电-氢互补综合能源系统的推进意义重大,但随着可再生能源的渗透率逐渐提高,系统的惯量水平下降,频率安全受到威胁.针对传统的优化调度方法无法保证系统的频率稳定性这一问题,提出了一种考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度方法.首先,建立了以楼宇为底层单元的电-氢综合能源系统架构,系统内的可再生能源发电机组采用虚拟同步发电机技术进行控制,以提高系统的惯量水平;其次,以调度周期内系统总运行成本最小为目标,并考虑了并网和孤岛不同运行模式下系统的惯量需求,建立了考虑系统频率稳定约束的优化调度模型;最后,通过算例仿真验证了所提方法对系统频率稳定的有效性、经济性和环保性.
双馈异步风力发电机(DFIG)作为分布式电源接入配电网,能将辐射状的单电源系统变为双电源系统,改变配电网的拓扑结构.当配电网发生短路故障时,配电网的短路电流会受到风力发电接入的影响.针对DFIG作为分布式电源接入配电网,配电网中不同点发生三相短路故障时短路电流受到风力机接入容量及接入点位置影响的问题,结合DFIG的控制策略进行理论推导和仿真分析.首先,从理论上推导含风力发电的配电网短路故障电流关系式,对风力机提供的短路电流进行分析.然后,引入模型预测控制,与经典的矢量控制进行对比分析得出不同控制策略对短路电流的影响,并在此基础上分析配电网在不同点发生三相短路故障时,短路电流随风力机接入容量及位置的变化情况,分析总结DFIG对配电网短路电流及电流保护的影响.
高比例清洁能源具有波动性及间歇性等特点,其大规模接入给电力系统灵活性带来巨大挑战.为提升系统可再生能源消纳能力,考虑火电灵活性改造、投建燃气机组和投建储能的多种灵活性资源,建立一种计及多类型灵活性资源功率特性的电力系统规划方案优选模型.通过改进的IEEE 24节点电力系统和12节点天然气互联系统进行仿真分析,验证所提模型的有效性,并从经济性、消纳能力、低碳性等角度对灵活性规划方案进行优选以满足不同的规划需求.
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.
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.
随着电力市场不断发展,电价机制不断得到完善,但在电价机制制定的过程中未将碳排放因素考虑在内,电价和碳排放成本在需求侧耦合方面的研究尚有欠缺.以更好地推动碳减排为目标,在产消者负荷调节优化过程中充分考虑产消者差异化的特性,提出考虑碳排放的价格型需求响应机制及边云协同优化策略.在保障公平性的前提下,利用所提出的碳-电折扣因子能使积极参与碳减排调节的产消者获得更多电价折扣.仿真实验表明:基于所提出的碳-电折扣因子的需求响应机制,在光伏发电量大于和小于需求量的情况下,售电商的效益分别可以提高2.4倍和0.9倍.
针对一种自激式谐振无线电能传输(WPT)系统的主功率管驱动能力弱、软开关性能差、开关损耗大等问题,通过分析谐振主电路工作原理,发现问题的根源是两个不可控二极管限制了主功率管驱动电阻值.采用全控型小功率开关管代替二极管提出一种改进型自激谐振电路,通过对电路4种工作模态的理论分析,证实改进型电路主功率管具有较强的驱动能力.为了进一步得到改进型系统的最优参数,综合考虑各参数容限值建立系统非线性规划模型,设计一种混合优化算法,得到系统全局最优解.利用系统仿真及实验样机进行对比验证,结果表明:改进型WPT系统软开关性能优良,开关管温度降低约7 ℃,效率提升约4%.
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.
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.
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.
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.
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%.
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.
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.
《上海交通大学学报》2023年“新型电力系统与综合能源”专题
