2024年, 44卷, 6期　刊出日期：2024-12-31

  

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  计及纯化运行逻辑约束的光伏制氢加氢一体化系统双层能量管理

  曾扬俊, 李佳桐, 许刘超, 邱一苇, 周步祥, 郑勇, 贺革, 吉旭

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 1-9. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0001-09

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  光伏制氢加氢一体化（Integrated Photovoltaic Power to Hydrogen and Refueling,IPp2HR）能够有效实现太阳能资源的消纳，为氢能交通等行业提供绿色原料，是引领绿氢示范的有效途径之一。然而，现有针对IPP2HR系统的研究或是忽略了纯化运行逻辑约束，或是仅聚焦于日前调度。面向氢气平稳生产的传统纯化装置常采用固定的运行时序对粗氢进行干燥，与面向波动性光伏消纳的电制氢灵活变负载运行相矛盾。因此，提出IPP2HR系统双层能量管理方法以提升其运行效益。首先，针对制氢、纯化、储氢到加氢进行全流程的建模，通过大M法等方式将纯化运行时序变换为混合整数线性形式并纳入调度框架，得到IPP2HR运行的混合整数线性规划（Mixed--Integer Linear Programing,MILP）模型；其次，开发日前与滚动调度、实时控制的双层能量管理框架，日前与滚动阶段基于光伏与氢需求预测制定电解槽组启停策略，实时阶段进行功率纠偏，提升整体运行收益与光伏发电的消纳；最后，基于东北地区某示范加氢站构造算例，以验证所提方法有效性。算例结果表明，考虑纯化加热、吹冷逻辑能够避免其高温下不可停机而采用高价电力制氢。同时，双层能量管理框架能够有效协凋日前、滚动以及实时阶段，提升光伏消纳与运行效益。
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  基于随机p鲁棒优化的风-储氢联网系统安全约束机组组合研究

  蔡婷婷, 赵钰卓

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 10-21. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0010-12

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  以风能为代表的高比例可再生能源联网给电力系统带来了新的挑战，氢储能技术是平滑可再生能源功率波动、提高综合能源系统经济性和低碳性的有效途径。在分析了高比例风电联网系统的功率调节能力的基础上，指出风-氢耦合能够减少系统弃风和缺电情况。最差场景成本是评估不确定因素下系统运行状态的一个重要指标，基于不确定场景提出一种结合基础随机优化和鲁棒优化的随机p鲁棒优化方法，保证系统在最差场景下稳定运行。综合考虑经济收益和环境收益，在p鲁棒约束条件下，建立计及预期成本和碳交易成本的双目标机组组合优化模型。算例结果表明，随机p鲁棒优化方法有效地降低系统预期成本，所建立机组组合优化模型能够根据不同目标权重灵活优化多能源系统出力，减少弃风电量，提高风电利用率。
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  考虑电制氢阵列轮值启停的综合能源系统多时间尺度调控策略

  王义军, 张津铭, 刘子珩, 何雨哲

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 22-34. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0022-13

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  用电制氢（Power To Hydrogen,P2H）消纳综合能源系统（Integrated Energy System,IES）风光弃电是节能降碳的有效措施，但该方法存在着电制氢阵列运行功率分配不当，致使各单槽寿命严重失衡，电制氢全系统寿命大幅降低的问题。文中提出一种考虑电制氢阵列轮值启停的综合能源系统多时间尺度调控策略，日前阶段设计电制氢阵列轮值启停策略以均衡电制氢系统寿命折损：日内调度阶段以经济低碳为目标，保障负荷需求；实时阶段利用储能柔性抵消日前-实时购电功率偏差，使下级综合能源系统随机波动性对电网的影响最小。最后，设计工程算例验证文中策略的经济、低碳、可靠性优势。
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  计及灵活性约束的光储氢耦合接入配网容量优化配置

  毛新宇, 李振新, 边育栋, 孔令国

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 35-43. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-06-0035-09

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  针对高比例光伏接入将导致配网电压越限、支路功率不平衡以及弃光率高等问题，文中提出一种计及配电网运行灵活性约束的光储氢耦合系统容量配置方法。首先，基于改进K-means聚类算法划分负荷场景，并在考虑电压因素、功率因素，以及Distflow的潮流模型、线路电压电流的二阶锥等约束条件的基础上，从空间和时间两个角度建立配电网灵活性指标；其次，在计及灵活性、电解槽运行功率上下限等约束条件下，以度电成本最低为目标构建优化配置目标函数：然后，提出基于净功率工况下光储氢耦合系统优化运行策略，并采用改进粒子群算法对优化配置模型进行求解：最后，通过对吉林蛟河某变电台区实际网架结构进行算例分析，验证文中所提出的优化配置方法的有效性。
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  掺氢天然气联合循环发电机组经济性研究

  董景南, 祁磊, 王燕涛, 王彦红, 牛晓娟

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 44-51. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0044-08

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  天然气发电机组掺氢燃烧降低CO2，排放量，促进我国电力行业绿色低碳转型发展。文中以9FA燃气一蒸汽联合循环发电机组为研究对象，建立掺氢天然气联合循环机组简化模型，分析不同掺氢比例、环境温度下掺氢天然气联合循环机组性能变化、碳排放量变化以及对发电经济性带来的影响。研究结果表明：联合循环机组掺氢燃烧会降低机组循环效率，显著减少CO2，排放量。计算条件下，当掺氢比从0增加到30%时，发电机组收益减少52.98%，极大影响了联合循环机组的发电经济性。环境温度越高，联合循环机组循环性能越好，且该性能变化趋势在引入氢气后仍然得以保持。
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  基于M3C的中频隔离型海上风电集中式制氢装备拓扑与控制

  李娟, 刘怀斌, 朱帝, 刘闯, 裴忠晨

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 52-62. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-06-0052-11

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  海上风电电解水制取“绿氢”，是促进新能源消纳，实现电力、化工行业深度脱碳的重要技术方向。随着海上风电制氢从输电近岸制氢向远海输氢方向转变，利用现有远海油气平台和油气管道进行海上风电集中式制氢是未来“绿氢”获取的主要方向之一。然而，由于中压高频变压器绝缘裕度小、优化设计难等问题，制约了海上风电集中式制氢装备的设计和应用。针对上述问题，文中提出一种基于模块化多电平矩阵变流器（Modular Multilevel Matrix Converter,M3C）的中频隔离型海上风电集中制氢装备，装备前级采用M3C变换器，后级采用12脉冲晶闸管整流器，实现中频隔离，避免绝缘设计困难。晶闸管的高电流应力实现大功率制氢，同时并优化设计其关键参数。最后，利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建所提制氢装备的仿真平台，验证所提制氢装备的有效性。
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  机器学习辅助辐射特性定向调控优化设计研究与应用综述

  杜佳欣, 王富强, 张鑫平, 宋锦涛

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 63-73. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-06-0063-11

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  实现多波段辐射特性的高效精准调控是军事伪装、航空航天、太阳能等领域的共性科学难题。传统辐射特性调控通过低效试错的方式优化官能团或微纳结构，费时费力且难以获得最佳辐射特性。机器学习的出现颠覆传统的优化方法，以模拟大脑学习思考的方式，极大程度地提高辐射特性优化设计的效率。首先，讨论辐射特性调控中的机器学习算法，评价其在准确性、扩展性和效率等方面的优势与挑战：然后，系统地总结机器学习与辐射特性定向调控融合应用的先进成果，包括前向辐射响应预测和材料定向优化设计；最后，探讨辐射特性调控与机器学习结合的研究热点和未来发展方向。通过现有文献，为辐射特性定向调控与机器学习算法的设计和应用提供参考，为辐射特性定向调控进一步优化与创新提出建议。
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  基于PSO-SVM组合模型的短期电力需求预测

  史笑宇, 王欣, 王钢

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 74-81. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0074-08

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  为适应吉林省未来电力发展的“双碳”转型目标，考虑新形势下多元影响因素的作用，需要融合社会化与碳排放相关影响因素，以提高电力需求预测的精确度。在此背景下，现有模型在电力需求预测的稳定性和准确度方面面临挑战。为应对这些挑战，首先通过系统动力学模型对影响电力需求的多个因素进行分析，基于相关性分析，进一步筛选对电力需求产生显著影响的关键指标，确定常住人口、工业增加值、能源消费总量、能源消费结构低碳化指数、人均GDP和GDP六个强关联指标。增加对碳排放指标的引入，突显在“双碳”方面的创新性关注；随后，采用粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization,PSO）对支持向量机（Support Vector Machines,SVM）模型的关键参数进行优化，并构建PS0-SVM电力需求预测模型，从而克服现有模型容易陷入局部最优解的问题。通过算例分析分别与传统SVM、BP模型和优化过的PSO-BP模型对比，验证PSO-SVM预测模型的有效性。在电力预测方面，该模型不仅具有较高的准确度，还呈现出更快的训练速度；最终，将该预测模型应用于吉林省2023一2028年电力需求预测，为电力规划与决策提供有力的支持与参考。
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  基于模态分解和改进神经网络的空间负荷预测

  肖白, 高宇飞, 孙莉, 高宁远, 傅国斌, 孙海斌

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 82-90. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0082-09

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  为给电力系统规划提供精准数据支持，提出一种改进自适应噪声完备集合经验模态分解（Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,ICCEMDAN）和庥雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm,SSA）改进长短期记忆神经网络（Long-Short Term Memory neural network,LSTM）的空间负荷预测方法。首先，应用箱形图离群点检测法对电力地理信息系统中Ⅰ类元胞历史负荷的离群点进行检测及校正；其次，运用ICCEMDAN技术将校正后的I类元胞负荷时间序列分解为不同频率和幅值的模态分量；然后，针对每个模态分量分别建立各自的LSTM模型，并利用SSA对各LSTM模型的参数进行优化，将得到的所有模态分量结果线性重构，得到目标年的基于I类元胞空间负荷预测结果；最后，应用空间电力负荷网格化技术，转化I类元胞的空间负荷预测结果为Ⅱ类元胞预测结果，并以幅值大小和空间分布两个维度评价预测精度。算例分析结果表明，文中所提出方法能够提升空间负荷预测精度。
  
  
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  基于I-ω响应特征的电力系统暂态稳定切机控制方法

  李守超, 刘铖, 张宇驰, 王湘东, 徐瑞, 李文彪

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 91-100. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0091-10

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  为满足新型电力系统对暂态稳定紧急控制实时性的需求，提出一种基于发电机电流与角频率响应特征的电力系统暂态稳定切机控制方法。首先，绘制出系统稳定和系统失稳时电流与角频率的关系曲线，研究电流和角频率与暂态稳定性间的关系，从中提取出功角稳定和功角失稳关键特征，构建基于I-ω响应特征的暂态功角稳定性判据；其次，研究I-ω关系曲线的斜率特性，探究不同比例切机控制下关系曲线斜率与暂态稳定性间的关系。基于发电机转子运动方程推导出关系曲线斜率与切机控制量的关系，得到基于关系曲线斜率的紧急切机控制量计算方法；然后，以功角失稳判据作为紧急控制的启动判据，定义考虑发电机功角和转子蕴含动能影响的切机指标，实现切机控制地点的快速选择，并给出合理的切机控制量分配方法；最后，在经典二阶单机无穷大系统和接入风机的新英格兰10机39节点系统中，对所提方法进行仿真计算，验证所提方法的有效性。
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  阶梯型碳交易机制下考虑垃圾焚烧参与的虚拟电厂协调优化调度

  王秀云, 崔本旺

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 101-111. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-06-0101-11

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  在“双碳”目标下，虚拟电厂是优化多区域资源配置、提高可再生能源渗透率的有效载体。文中提出一种在阶梯式碳交易机制下考虑垃圾焚烧参与的虚拟电厂协调优化调度策略。首先，从系统结构出发，构建包含多电厂、多储能在内的新型电力系统结构。为充分挖掘垃圾焚烧电厂发电产气潜力，针对干湿垃圾电气联产进行分析研究，建立垃圾焚烧电厂数学模型；其次，采用电转气-碳捕集联合运行模式，构建碳捕集-电转气氢燃料电池子系统，制定多电厂、多储能联合运行策略；再次，引入碳交易机制，构建阶梯型碳交易计算模型，并针对模型中价格基价、区间长度及价格增长率进行分析；最后，以火电成本、购能成本、碳排放成本、垃圾焚烧成本及风光成本之和最小为目标函数，建立虚拟电厂协调优化调度模型，在多场景下，运用Matlab软件中CPLEX求解器对模型进行优化求解。
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  考虑分布式光伏利用率的配电网双层优化配置

  赵海猛, 王禹博, 孙亮, 张儒峰

  东北电力大学学报. 2024, 44(6): 112-119. https://doi.org/10.19718/j.ssn.1005-2992.2024-06-0112-08

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  针对分布式光伏发电的不确定性和设备整体利用率较低的特点，导致配电网规划面临成本上升的问题，文中提出一种考虑分布式光伏设备利用率的电网规划方法。通过使用信息熵对光伏出力数据进行场景提取，获得典型场景集。基于这些场景，文中建立分布式光伏储能运行-规划联合优化配置模型。在上层，以最小化投资建设费用和最大化分布式光伏利用率为目标，对分布式光伏及储能进行选址和定容；在下层，以最小化弃光费用，网损费用，运维费用，购电费用为目标，对分布式光伏以及储能功率进行优化，采用改进的粒子群算法做为规划模型求解的方法。最后，以IEEE 33节点系统为例进行场景算例分析，结果表明文中所提出的方法能够提高光伏设备利用率、改善配电网运行稳定性，并降低综合成本。