供用电

 

2024年04期目次

电力物联网

  • 基于5G通信技术的差动保护实用化方案

    韩晋;徐东方;裘愉涛;吴银福;朱志勇;

    基于5G通信技术的线路差动保护在分布式能源广泛接入的配电网中具有明显的优势，其可行性已经得到证明，但仍存在一些实际问题需要解决。介绍了基于5G通信技术的线路差动保护的实现方案；针对保护的可靠性和快速性等问题进行了分析，提出了实用化的解决方案，并进行了验证。结果表明：采用矢量和采样值结合的差动报文形式，可以解决省流量通信模式下差动保护装置功能完整性的问题；发送侧报文冗余与接收侧自适应插值算法可以解决保护动作可靠性的问题；改进的差动算法和电压快速启动可以解决保护动作快速性的问题；保护联跳可以解决两侧动作行为不一致的问题。

    2024年04期 v.41;No.281 1-8+18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1912K]

  • 基于5G通信技术的差动保护实用化方案

    韩晋;徐东方;裘愉涛;吴银福;朱志勇;

    基于5G通信技术的线路差动保护在分布式能源广泛接入的配电网中具有明显的优势，其可行性已经得到证明，但仍存在一些实际问题需要解决。介绍了基于5G通信技术的线路差动保护的实现方案；针对保护的可靠性和快速性等问题进行了分析，提出了实用化的解决方案，并进行了验证。结果表明：采用矢量和采样值结合的差动报文形式，可以解决省流量通信模式下差动保护装置功能完整性的问题；发送侧报文冗余与接收侧自适应插值算法可以解决保护动作可靠性的问题；改进的差动算法和电压快速启动可以解决保护动作快速性的问题；保护联跳可以解决两侧动作行为不一致的问题。

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  • 考虑通信需求的孤岛系统电压频率恢复控制策略

    朱振华;杨欢红;蔡晓峰;王岚青;严灵杰;叶婧元;

    电网在受到严重扰动时，系统的稳定性下降，给电压和频率控制带来了极大的挑战。针对这一问题，首先对电网进行孤岛划分以限制故障范围，防止电网大规模停电，并构建多层谱聚类算法，动态分析电力系统特征参数，减少因孤岛划分带来的有功功率和无功功率不平衡问题。然后，为了减少通信需求，设计了一种新的事件触发（event-triggered,ET）控制器，捕捉分布式电源（distributed generation,DG）之间的物理耦合，通过ET控制律调节每个DG的功率输出，以分布式动态ET机制确定每个DG何时与其相邻DG通信。最后通过IEEE 9节点网络进行仿真验证与分析，结果表明所提控制方法有利于提高电网的稳定性、可靠性和安全性。

    2024年04期 v.41;No.281 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 4408K]

  • 考虑通信需求的孤岛系统电压频率恢复控制策略

    朱振华;杨欢红;蔡晓峰;王岚青;严灵杰;叶婧元;

    电网在受到严重扰动时，系统的稳定性下降，给电压和频率控制带来了极大的挑战。针对这一问题，首先对电网进行孤岛划分以限制故障范围，防止电网大规模停电，并构建多层谱聚类算法，动态分析电力系统特征参数，减少因孤岛划分带来的有功功率和无功功率不平衡问题。然后，为了减少通信需求，设计了一种新的事件触发（event-triggered,ET）控制器，捕捉分布式电源（distributed generation,DG）之间的物理耦合，通过ET控制律调节每个DG的功率输出，以分布式动态ET机制确定每个DG何时与其相邻DG通信。最后通过IEEE 9节点网络进行仿真验证与分析，结果表明所提控制方法有利于提高电网的稳定性、可靠性和安全性。

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配电

  • 基于幅值和斜率变化的配电线路故障录波数据同步方法研究

    刘祥波;王森;高芳;杜善慧;见文号;

    配电线路双端数据是否同步对于故障测距、故障特征分析等准确性具有很大影响。为了简单、准确地识别配电线路两端录波数据的故障前首个过零点，提出了一种基于故障信号幅值、斜率变化特征的故障前首个过零点的识别方法：以过零点为分段标志，计算各段信号的有效值及各点斜率平方和，利用有效值、斜率平方和这2个判据的识别结果自动调整判别系数，并结合斜率值比较来最终确定故障前首个过零点。仿真结果表明，所提识别方法可动态调整判别系数，对故障幅值、点斜率变化敏感度高，不受其他无效过零点的影响。

    2024年04期 v.41;No.281 19-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 2382K]

  • 基于幅值和斜率变化的配电线路故障录波数据同步方法研究

    刘祥波;王森;高芳;杜善慧;见文号;

    配电线路双端数据是否同步对于故障测距、故障特征分析等准确性具有很大影响。为了简单、准确地识别配电线路两端录波数据的故障前首个过零点，提出了一种基于故障信号幅值、斜率变化特征的故障前首个过零点的识别方法：以过零点为分段标志，计算各段信号的有效值及各点斜率平方和，利用有效值、斜率平方和这2个判据的识别结果自动调整判别系数，并结合斜率值比较来最终确定故障前首个过零点。仿真结果表明，所提识别方法可动态调整判别系数，对故障幅值、点斜率变化敏感度高，不受其他无效过零点的影响。

    2024年04期 v.41;No.281 19-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 2382K]

  • 基于资金约束规划模型的分布式电池储能系统协同规划策略

    仇伟杰;王泽浩;赵杰;吴斌;王聪;

    分布式电池储能系统在能量密度方面具有功率快速吞吐、灵活运行等较大优势，已被大量配置于电力系统中，是当前解决光伏并网和消纳的有效手段之一。针对当前储能成本高、收益模型不清晰等问题，提出一种基于资金约束规划模型的分布式电池储能系统协同规划策略，用于在配电网中优化分布式电池储能系统的配置和选址，提高可再生能源在配电网系统中的渗透率，提高其经济性能，并为电力市场提供辅助服务。所提模型将分布式电池储能系统在电网市场机制中的调节、下调和备用等辅助服务表示为利润最大化的混合整数线性规划问题，在支持不平衡配电网运行的同时，最大化参与辅助服务市场的总利润。仿真结果和灵敏度分析验证了所提规划模型的经济性，并验证了线性化非平衡配电网模型的准确性。

    2024年04期 v.41;No.281 28-34+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 3290K]

  • 基于资金约束规划模型的分布式电池储能系统协同规划策略

    仇伟杰;王泽浩;赵杰;吴斌;王聪;

    分布式电池储能系统在能量密度方面具有功率快速吞吐、灵活运行等较大优势，已被大量配置于电力系统中，是当前解决光伏并网和消纳的有效手段之一。针对当前储能成本高、收益模型不清晰等问题，提出一种基于资金约束规划模型的分布式电池储能系统协同规划策略，用于在配电网中优化分布式电池储能系统的配置和选址，提高可再生能源在配电网系统中的渗透率，提高其经济性能，并为电力市场提供辅助服务。所提模型将分布式电池储能系统在电网市场机制中的调节、下调和备用等辅助服务表示为利润最大化的混合整数线性规划问题，在支持不平衡配电网运行的同时，最大化参与辅助服务市场的总利润。仿真结果和灵敏度分析验证了所提规划模型的经济性，并验证了线性化非平衡配电网模型的准确性。

    2024年04期 v.41;No.281 28-34+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 3290K]

  • 计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置研究

    高云波;上官小丹;董景;陈斌;

    多能耦合的区域综合能源系统具有多能转换灵活性，尤其是其气热系统惯性资源具有功率波动抵御能力，可以支撑可再生能源不确定性造成的电力系统功率缺额。在充分考虑天然气网络约束的情况下，提出了区域综合能源系统惯性资源配置策略。首先，将天然气系统对功率波动的抵御能力以及对需求变化的延时响应纳入天然气系统的惯性特性，提出了区域综合能源系统气惯性概念和响应特性。由于气惯性的局部利用会影响天然气网络的整体参数变化，基于气网约束条件，对天然气网络的动态变化进行了深入的分析。然后，为了合理配置电力系统故障后区域综合能源系统中气热惯性资源，建立了计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置模型，以明确气热惯性提供功率支撑的优势，并验证区域综合能源系统惯性资源配置过程中计及气网约束的重要性。最后，算例结果验证了气惯性对外界功率波动的抵御能力，计及气网约束的区域综合能源系统资源配置方法可提升经济性预估的准确性。

    2024年04期 v.41;No.281 35-44+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2802K]

  • 计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置研究

    高云波;上官小丹;董景;陈斌;

    多能耦合的区域综合能源系统具有多能转换灵活性，尤其是其气热系统惯性资源具有功率波动抵御能力，可以支撑可再生能源不确定性造成的电力系统功率缺额。在充分考虑天然气网络约束的情况下，提出了区域综合能源系统惯性资源配置策略。首先，将天然气系统对功率波动的抵御能力以及对需求变化的延时响应纳入天然气系统的惯性特性，提出了区域综合能源系统气惯性概念和响应特性。由于气惯性的局部利用会影响天然气网络的整体参数变化，基于气网约束条件，对天然气网络的动态变化进行了深入的分析。然后，为了合理配置电力系统故障后区域综合能源系统中气热惯性资源，建立了计及气网约束的区域综合能源系统惯性资源配置模型，以明确气热惯性提供功率支撑的优势，并验证区域综合能源系统惯性资源配置过程中计及气网约束的重要性。最后，算例结果验证了气惯性对外界功率波动的抵御能力，计及气网约束的区域综合能源系统资源配置方法可提升经济性预估的准确性。

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  • 配电网单相接地故障电弧特性分析及真型试验技术研究

    李辉;李航;陈尚;朱程雯;陈程;邱进;

    研究电弧故障特性对配电网稳定运行具有意义。通过仿真搭建Cassie和Mayr电弧模型，得出不同电压等级下适合配电网模拟电弧故障的模型，Cassie电弧适合高压配电网模拟电弧接地故障，Mayr电弧适合中压配电网模拟电弧接地故障。此外，在中国电力科学研究院有限公司特高压交流试验基地搭建10 kV真型配电网试验平台，验证仿真模型的正确性，试验验证与仿真实验结果相一致。结果表明：与中性点不接地方式相比，配电网在中性点消弧线圈接地条件下，对故障过电压抑制效果明显，可提高系统的安全可靠性。

    2024年04期 v.41;No.281 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2476K]

  • 配电网单相接地故障电弧特性分析及真型试验技术研究

    李辉;李航;陈尚;朱程雯;陈程;邱进;

    研究电弧故障特性对配电网稳定运行具有意义。通过仿真搭建Cassie和Mayr电弧模型，得出不同电压等级下适合配电网模拟电弧故障的模型，Cassie电弧适合高压配电网模拟电弧接地故障，Mayr电弧适合中压配电网模拟电弧接地故障。此外，在中国电力科学研究院有限公司特高压交流试验基地搭建10 kV真型配电网试验平台，验证仿真模型的正确性，试验验证与仿真实验结果相一致。结果表明：与中性点不接地方式相比，配电网在中性点消弧线圈接地条件下，对故障过电压抑制效果明显，可提高系统的安全可靠性。

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  • 基于灰狼算法的直流微电网H∞鲁棒控制

    王常乐;刘海涛;吕志鹏;

    在直流微电网系统中，负荷中常含有大量的恒功率负载(constant power load,CPL)，其表现为负阻尼特性。CPL的接入会降低系统的稳定性，造成直流母线电压的振动失稳甚至造成系统的崩溃。首先，建立了单换流器直流微电网的小信号模型，根据小信号模型通过根轨迹法分析了CPL的接入对系统稳定性的影响。然后，提出了一种基于H∞控制理论下混合灵敏度优化的控制结构，相比传统PI控制具有更好的控制性能，提升了直流微电网系统的稳定性。采用改进灰狼优化算法（improved grey wolf optimization,IGWO）优化控制参数，进一步提升了控制性能。最后在MATLAB/Simulink中对两端口直流微电网模型进行仿真，验证了所提出的控制策略具有良好性能，能有效提高系统的稳定性。

    2024年04期 v.41;No.281 53-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 3278K]

  • 基于灰狼算法的直流微电网H∞鲁棒控制

    王常乐;刘海涛;吕志鹏;

    在直流微电网系统中，负荷中常含有大量的恒功率负载(constant power load,CPL)，其表现为负阻尼特性。CPL的接入会降低系统的稳定性，造成直流母线电压的振动失稳甚至造成系统的崩溃。首先，建立了单换流器直流微电网的小信号模型，根据小信号模型通过根轨迹法分析了CPL的接入对系统稳定性的影响。然后，提出了一种基于H∞控制理论下混合灵敏度优化的控制结构，相比传统PI控制具有更好的控制性能，提升了直流微电网系统的稳定性。采用改进灰狼优化算法（improved grey wolf optimization,IGWO）优化控制参数，进一步提升了控制性能。最后在MATLAB/Simulink中对两端口直流微电网模型进行仿真，验证了所提出的控制策略具有良好性能，能有效提高系统的稳定性。

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用电

  • 考虑碳交易的造纸综合能源系统用能优化策略

    王佳颖;陆春光;张帅;严华江;倪琳娜;冯昌森;

    造纸工业园区作为典型的综合能源消费场景，其内部耦合了多种能源进行联合供应。通过优化工业园区综合能源系统运行，不仅可降低造纸工业用户自身用能成本，同时也可缓解电网供电压力，降低社会碳排放。基于此，提出了考虑碳交易的造纸工业园区生产全流程用能优化模型。首先，针对造纸生产过程中严格的工艺顺序，建立了生产并行模型以及能耗模型，并对整个造纸工业园区的能源单元进行建模。然后，引入阶梯碳交易机制，以园区运行成本与碳交易成本之和为优化目标，建立了造纸工业园区生产全流程用能优化模型。最后，以浙江某地造纸工业园区进行算例仿真，并以不同场景进行对比分析。算例仿真验证了用能优化模型的经济性和低碳性，所求策略可为造纸工业的节能减排提供技术支撑。

    2024年04期 v.41;No.281 62-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 3448K]

  • 考虑碳交易的造纸综合能源系统用能优化策略

    王佳颖;陆春光;张帅;严华江;倪琳娜;冯昌森;

    造纸工业园区作为典型的综合能源消费场景，其内部耦合了多种能源进行联合供应。通过优化工业园区综合能源系统运行，不仅可降低造纸工业用户自身用能成本，同时也可缓解电网供电压力，降低社会碳排放。基于此，提出了考虑碳交易的造纸工业园区生产全流程用能优化模型。首先，针对造纸生产过程中严格的工艺顺序，建立了生产并行模型以及能耗模型，并对整个造纸工业园区的能源单元进行建模。然后，引入阶梯碳交易机制，以园区运行成本与碳交易成本之和为优化目标，建立了造纸工业园区生产全流程用能优化模型。最后，以浙江某地造纸工业园区进行算例仿真，并以不同场景进行对比分析。算例仿真验证了用能优化模型的经济性和低碳性，所求策略可为造纸工业的节能减排提供技术支撑。

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  • 基于退役电厂的风光储一体化系统及经济性分析

    谢小伟;刘云亮;林宏泽;杨文宇;苏健;任天翔;

    在加快建设新型电力系统的背景下，许多火力发电厂面临着退役及转型的问题。以广东汕头某退役电厂为例，在对工程项目的建设条件和需求进行充分调查分析的基础上，将退役电厂改造成一套包括新能源发电、新型储能等设备的风光储一体化系统的新型储能电站，并结合当地政策对此套系统进行经济性分析，最终推荐以锂电池为主要储能的建设方案，同时配套风、光电站等系列工程，形成风光储一体化综合能源系统。

    2024年04期 v.41;No.281 72-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1749K]

  • 基于退役电厂的风光储一体化系统及经济性分析

    谢小伟;刘云亮;林宏泽;杨文宇;苏健;任天翔;

    在加快建设新型电力系统的背景下，许多火力发电厂面临着退役及转型的问题。以广东汕头某退役电厂为例，在对工程项目的建设条件和需求进行充分调查分析的基础上，将退役电厂改造成一套包括新能源发电、新型储能等设备的风光储一体化系统的新型储能电站，并结合当地政策对此套系统进行经济性分析，最终推荐以锂电池为主要储能的建设方案，同时配套风、光电站等系列工程，形成风光储一体化综合能源系统。

    2024年04期 v.41;No.281 72-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1749K]

新能源

  • 市场机制下考虑不同应用场景的多主体分布式储能投资优化

    陈雪;周建;张艳青;曾琴;江薇;黄文波;

    不同应用主体和应用场景中储能的收益存在差异，对于新电改中不同应用主体侧储能收益的研究与分析尤为重要。提出了在市场机制作用下面向不同应用场景和投资主体分布式储能投资的优化模型，并给出了适合不同主体应用场景的相关建议。对市场机制中分布式储能的两类应用主体进行分析，并对各类主体中分布式储能可能的应用场景及利用价值进行研究。根据不同应用场景要求，构建相应的储能投资优化模型并结合实例对同一主体，不同应用场景配置储能所实现的经济与技术效果进行比较分析，并对不同主体侧所配置的储能进行优化。研究表明，电网侧储能是延缓电网投资最合适的选择；售电侧储能直接用于降低售电公司的购电成本最为合适。研究结果对国内储能商业化开发具有借鉴意义。

    2024年04期 v.41;No.281 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2864K]

  • 市场机制下考虑不同应用场景的多主体分布式储能投资优化

    陈雪;周建;张艳青;曾琴;江薇;黄文波;

    不同应用主体和应用场景中储能的收益存在差异，对于新电改中不同应用主体侧储能收益的研究与分析尤为重要。提出了在市场机制作用下面向不同应用场景和投资主体分布式储能投资的优化模型，并给出了适合不同主体应用场景的相关建议。对市场机制中分布式储能的两类应用主体进行分析，并对各类主体中分布式储能可能的应用场景及利用价值进行研究。根据不同应用场景要求，构建相应的储能投资优化模型并结合实例对同一主体，不同应用场景配置储能所实现的经济与技术效果进行比较分析，并对不同主体侧所配置的储能进行优化。研究表明，电网侧储能是延缓电网投资最合适的选择；售电侧储能直接用于降低售电公司的购电成本最为合适。研究结果对国内储能商业化开发具有借鉴意义。

    2024年04期 v.41;No.281 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2864K]

  • 提高电动汽车接纳能力的配电网动态重构方法

    石立国;李延真;胡洋;王者龙;陈雷;王长春;

    为提高配电网对电动汽车的接纳能力，提出一种考虑光伏出力、负荷及电动汽车充电功率不确定性的配电网动态重构方法。首先通过引入仿射数，对光伏出力、负荷及电动汽车充电功率不确定性进行描述。然后，以最大化电动汽车接纳能力为目标，建立配电网动态重构模型，并通过改进郊狼算法进行求解，得到一天内24 h静态重构结果，并对重构结果相同的时段进行合并。最后，提出了基于欧氏距离的动态重构时段划分方法，将重构时段进行进一步合并，得到最终的动态重构时段。通过86节点配电网对所提重构方法进行仿真分析，结果表明，所提方法能够将电动汽车接纳能力提升21.16%，同时能够减少重构时段，降低开关的动作次数。

    2024年04期 v.41;No.281 89-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 3510K]

  • 提高电动汽车接纳能力的配电网动态重构方法

    石立国;李延真;胡洋;王者龙;陈雷;王长春;

    为提高配电网对电动汽车的接纳能力，提出一种考虑光伏出力、负荷及电动汽车充电功率不确定性的配电网动态重构方法。首先通过引入仿射数，对光伏出力、负荷及电动汽车充电功率不确定性进行描述。然后，以最大化电动汽车接纳能力为目标，建立配电网动态重构模型，并通过改进郊狼算法进行求解，得到一天内24 h静态重构结果，并对重构结果相同的时段进行合并。最后，提出了基于欧氏距离的动态重构时段划分方法，将重构时段进行进一步合并，得到最终的动态重构时段。通过86节点配电网对所提重构方法进行仿真分析，结果表明，所提方法能够将电动汽车接纳能力提升21.16%，同时能够减少重构时段，降低开关的动作次数。

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设备研制与应用

  • 针对测量死区的光伏电源机械惯性与一次调频控制

    楼楠;杨林;肖逸;陈亦平;张勇;胡亚平;张孝;陈谦;

    光伏电源通过逆变器并网，参与电网一次调频时将出现调整死区、较长延时等新问题。提出了一种基于典型双环控制的等效惯性控制环节，用以模拟机械惯性。将实时输出电磁功率与电磁功率平均值的差值作为控制的反馈量，在电网发生较小的功率扰动导致并网点的频率波动在一次调频控制死区范围内时，逆变器电源内部的储能元件快速吸收或释放实现对机械惯量的等效；超出死区范围后，采用传统的一次调频方式。仿真结果表明，在脉冲扰动的作用下，逆变电源的内部表征特性与电机转子的惯性表征特性相符。而发生负荷扰动时，无论一次调频环节动作与否，惯性环节都将相应地做出响应，验证了控制方法的有效性。

    2024年04期 v.41;No.281 96-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 2338K]

  • 针对测量死区的光伏电源机械惯性与一次调频控制

    楼楠;杨林;肖逸;陈亦平;张勇;胡亚平;张孝;陈谦;

    光伏电源通过逆变器并网，参与电网一次调频时将出现调整死区、较长延时等新问题。提出了一种基于典型双环控制的等效惯性控制环节，用以模拟机械惯性。将实时输出电磁功率与电磁功率平均值的差值作为控制的反馈量，在电网发生较小的功率扰动导致并网点的频率波动在一次调频控制死区范围内时，逆变器电源内部的储能元件快速吸收或释放实现对机械惯量的等效；超出死区范围后，采用传统的一次调频方式。仿真结果表明，在脉冲扰动的作用下，逆变电源的内部表征特性与电机转子的惯性表征特性相符。而发生负荷扰动时，无论一次调频环节动作与否，惯性环节都将相应地做出响应，验证了控制方法的有效性。

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