上海交通大学学报

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综合能源系统电力网架继电保护原理综述

褚旭, 鲍泽宏

2023,57 (4): 379-392.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.492

摘要 ( 475 )

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PDF(2110KB) ( 328 )

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.

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直流配网多滤波器交互影响机理分析

王昊, 黄文焘, 邰能灵, 余墨多, 孙国亮

2023,57 (4): 393-402.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.423

摘要 ( 345 )

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PDF(5261KB) ( 271 )

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.

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局部频率测量数据驱动的电力系统功率缺额在线评估方法

唐震, 郝丽花, 冯静

2023,57 (4): 403-411.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.401

摘要 ( 410 )

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PDF(2128KB) ( 188 )

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.

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光伏发电系统动态离散等值模型研究

刘可真, 陈雪鸥, 陈镭丹, 林铮, 沈赋

2023,57 (4): 412-421.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.505

摘要 ( 451 )

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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.

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考虑经济性与碳排放的电-气综合能源系统多目标规划

朱海南, 王娟娟, 陈兵兵, 张厚望, 陈健, 吴秋伟

2023,57 (4): 422-431.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.513

摘要 ( 490 )

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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.

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考虑需求响应资源和储能容量价值的新型电力系统电源规划方法

黄远明, 张玉欣, 夏赞阳, 王浩浩, 吴明兴, 王宁, 陈青, 朱涛, 陈新宇

2023,57 (4): 432-441.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.477

摘要 ( 479 )

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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.

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考虑碳排放指标的配电网经济调度方法

陈雨婷, 赵毅, 吴俊达, 孙文瑶, 夏世威

2023,57 (4): 442-451.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.482

摘要 ( 478 )

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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.

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计及实时碳减排的产消群价格型需求响应机制

朱月尧, 祁佟, 吴星辰, 刘迪, 华昊辰

2023,57 (4): 452-463.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.062

摘要 ( 291 )

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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.

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碳中和背景下分布式光伏渗透与售电市场耦合机制分析

张晗, 韩冬, 刘坦, 黄燕

2023,57 (4): 464-472.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.514

摘要 ( 384 )

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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”.

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电容式钛酸锂电池的设计及制备方法

吴雨杭, 黎灿兵, 李新喜, 顾慧军, 顾善华, 郑小耿

2023,57 (4): 473-481.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.509

摘要 ( 582 )

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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.

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极限学习机及其在质子交换膜燃料电池参数辨识中的应用

杨博, 曾春源, 陈义军, 束洪春, 曹璞璘

2023,57 (4): 482-494.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.453

摘要 ( 325 )

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PDF(4860KB) ( 517 )

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.

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一种利用改进麻雀搜索算法的中央空调系统节能控制方法

熊磊, 苗雨润, 范新舟, 姚晔

2023,57 (4): 495-504.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.018

摘要 ( 466 )

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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.

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