上海交通大学学报

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新型电力系统下的抽水蓄能电站成本疏导机制:综述与展望

刘飞, 车琰瑛, 田旭, 许德操, 周慧洁, 李知艺

2023,57 (7): 757-768.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.516

摘要 ( 1283 )

HTML ( 56 )

PDF(2464KB) ( 633 )

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.

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面向双碳目标的物流中心微电网能效管理研究综述

蒋思, 方斯顿

2023,57 (7): 769-780.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.052

摘要 ( 408 )

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PDF(6797KB) ( 289 )

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.

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含高比例气象敏感可再生能源电网日前调度时间颗粒度优化

叶志亮, 黎灿兵, 张勇军, 李立浧, 肖银璟, 吴雨杭, 邰能灵

2023,57 (7): 781-790.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.277

摘要 ( 287 )

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PDF(2692KB) ( 197 )

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.

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计及通信负载与供电可靠性的5G基站储能与配电网协同优化调度

李俊双, 胡炎, 邰能灵

2023,57 (7): 791-802.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.542

摘要 ( 572 )

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PDF(4126KB) ( 291 )

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.

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计及建筑热负荷弹性的综合能源系统调度方法

胡博, 程欣, 邵常政, 黄威, 孙悦, 谢开贵

2023,57 (7): 803-813.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.534

摘要 ( 317 )

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PDF(4261KB) ( 235 )

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.

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考虑电动汽车及负荷聚合商参与的综合能源系统优化调度

王精, 邢海军, 王华昕, 彭思佳

2023,57 (7): 814-823.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.029

摘要 ( 475 )

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PDF(1703KB) ( 313 )

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.

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基于预定时间一致性的直流微电网分布式协同控制

周儒畅, 王子强, 王杰

2023,57 (7): 824-834.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.050

摘要 ( 314 )

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PDF(1964KB) ( 252 )

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.

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计及需求响应和风力发电消纳的电-热系统低碳优化调度

刘子旭, 米阳, 卢长坤, 符杨, 苏向敬

2023,57 (7): 835-844.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.056

摘要 ( 313 )

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PDF(3821KB) ( 217 )

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.

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基于在线LASSO VAR和EGARCH模型的风场功率集成概率预测

王鹏, 李艳婷, 张宇

2023,57 (7): 845-858.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.377

摘要 ( 344 )

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PDF(20159KB) ( 229 )

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.

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改进型自激谐振无线电能传输系统

赵志斌, 骆彬, 唐婷, 王春芳, 孙中华

2023,57 (7): 859-867.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.427

摘要 ( 299 )

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PDF(3593KB) ( 208 )

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%.

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基于改进TOPSIS的楼宇多指标综合评价

蒋毅, 傅俊诚, 李泽文, 张雨青, 尹骏刚, 姚建刚

2023,57 (7): 868-877.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.117

摘要 ( 322 )

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PDF(1198KB) ( 218 )

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.

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一种低压输入高压输出的两级式逆变器高效率调制方法

旷永红, 谢伟, 田莉, 林愿, 周细凤

2023,57 (7): 878-886.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.102

摘要 ( 240 )

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PDF(3576KB) ( 251 )

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.

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适应分布式发电市场化交易的过网费计算方法

吴磊, 韩冬, 毛贵江, 刘微, 周扬飞

2023,57 (7): 887-898.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.061

摘要 ( 459 )

HTML ( 14 )

PDF(26758KB) ( 259 )

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.

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黏合物质与压缩变形对燃料电池气体扩散层孔隙结构和气体渗透特性的影响

廖屹峰, 李伟鹏

2023,57 (7): 899-909.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.113

摘要 ( 354 )

HTML ( 15 )

PDF(18900KB) ( 204 )

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.

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寒冷地区空气源热泵辅助太阳能热水器供暖性能

李金平, 董玉慧, 李彩军, 代静波, 牛轶男, NOVAKOVIC Vojislav

2023,57 (7): 910-920.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.005

摘要 ( 371 )

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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.

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含双馈风力发电系统的配电网短路电流特性

奚鑫泽, 邢超, 覃日升, 何廷一, 和鹏, 孟贤, 程春辉

2023,57 (7): 921-927.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.011

摘要 ( 243 )

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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.

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基于Mann-Kendall趋势检验的城市能源碳达峰评估方法

陈赟, 沈浩, 王晓慧, 赵文恺, 潘智俊, 王佳裕, 李思源, 韩冬

2023,57 (7): 928-938.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.524

摘要 ( 519 )

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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.

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