2024年, 44卷, 1期　刊出日期：2024-02-29

  

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高比例新能源电力系统功率预测及优化运行技术专题
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  基于 CBAM-LSTM 的风电集群功率短期预测方法 

  张哲 王勃

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 1-8. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0001-08

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  风电功率的精准预测对我国实现“碳达峰”、“碳中和”的目标具有重要意义。传统的风电功率预测方法往往忽视了时间序列数据中的长期依赖关系和空间相关性，导致预测结果不准确。为了解决这个问题，文中提出了了卷积块注意力机制（Convolutional Block Attention Module, CBAM）和长短时记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM）相结合的模型。首先，使用 CBAM 对风电功率时间序列数据特征和数值天气预报中蕴含的空间特性进行提取，该模块能够自适应地学习时间和空间上的重要特征；然后，将提取的特征输入到 LSTM 层结构中进行功率预测。为了验证所提方法的有效性，使用中国吉林省某风电场的数据集进行验证，实验结果表明，与其他功率预测方法相比，文中所提方法平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）平均降低 2.67%；决定系数（R-Square,R2）平均提高 23%；均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）平均降低 2.69%。 
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  基于FCM和ITransformer-TCN的短期风电集群功率预测

  牛甲俊, 张薇, 许达明

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 9-16. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-01-0009-08

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  准确的风电功率预测对于电力系统安全稳定运行具有至关重要的意义。针对当前在集群预测中存在集群划分不合理以及在短期预测中精度难以得到有效提升的问题，文中提出了一种基于模糊C均值（Fuzzy C-means, FCM）和I Transformer-时间卷积网络（Temporal Convolutional Network, TCN）的短期风电集群功率预测方法。首先基于FCM聚类算法划分子集群，再利用Transformer-TCN模型双重特征提取的优势对各子集群建模预测，最后将文中方法应用于中国吉林省某风电集群，与其他方法对比RMSE平均降低了10.8%，验证了模型的有效性。
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  考虑风电出力不确定性的多源联合系统双层优化调度

  陈一鸣, 刘赟静, 王金鑫

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 17-24. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0017-08

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  针对含风-火-储的多源联合系统，风电出力具有不确定性的特点，风机在特定时间段内的预测功率与实际功率之间存在误差，当风机实际出力无法满足调度计划中安排的功率时会导致系统经济效益大幅下降。为此，文中提出了考虑风电预测误差和需求侧响应的双层优化策略，上层模型以风电、火电和可平移负荷总运行成本最少为目标，采用改进粒子群算法（Improved Particle Swarm Algorithm, IPSO）制定火电和可平移负荷的最优调度策略，然后通过Gibbs法对风机最大出力预测误差的概率密度函数进行抽样获取一定量的样本，得到各样本上层电源的功率缺额：下层模型以储能和可中断负荷总运行成本最少为目标，采用线性规划方法对冲上层电源功率缺额，进而制定下层模型电源调度策略。在大量抽样样本背景下，通过对比各样本总成本函数值的期望和方差验证了所提双层优化策略的经济性和有效性。
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  计及制氢效率变化与氢能绿证的综合能源系统优化调度

  曾煜轩, 冀爽, 王金鑫

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 25-33. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0025-09

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  当前质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）水电解制氢技术是制取绿氢的主要方法之一，但是其制氢效率会受到许多因素的影响。考虑到电解槽制氢效率会受到电解槽功率的影响，文中提出了一种考虑电解槽制氢效率波动的综合能源系统优化模型。首先，文中研究了制氢效率与电解槽注入功率之间的耦合关系，基于历史数据分析，拟合出电解槽功率与电制氢效率之间的关系曲线：其次，通过将阶梯式碳交易机制与绿证交易机制结合，提出了碳-绿证交易机制；然后，综合考虑碳交易成本、绿证交易成本、弃风成本和购能成本之和的系统运行总成本最小为目标，建立计及制氢效率变化和氢能绿证的综合能源系统优化调度模型；最后，通过算例分析，验证了所提模型能够在保证系统稳定运行的同时降低系统运行成本。
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  基于STL-Crossformer的综合能源系统多元负荷预测

  蔡屹, 张薇

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 34-41. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-01-0034-08

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  综合能源系统的多元负荷预测对于系统的运行和调度至关重要。传统的预测模型没有充分捕捉时间序列的长期依赖性或没有考虑多元负荷间的耦合关系，限制了预测准确性的提高。为解决综合能源系统中多元负荷预测的挑战，文中提出了一种融合季节性趋势分解和Crossformer的预测模型。首先利用季节性趋势分解把原始负荷数据分解为三个子序列；然后通过维度分段嵌入（Dimension Segment Wise embedding, DSW）和两阶段注意力机制（Two Stage Attention, TSA），提取多元负荷数据的跨时间相关性和跨维度相关性；最终利用分层编解码器结构生成预测结果。文中在实测负荷数据集上进行了对比实验，结果表明文中提出的模型相比其他对比模型具有更高的准确性。
高比例可再生能源并网消纳关键技术专题
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  基于人工智能算法的风电机组状态监测和故障诊断技术研究综述

  王中行, 周元贵, 张学广

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 42-51. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0042-10

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  随着我国风电产业高速发展，风电机组服役时间延长，故障率和运维成本随之增加。利用人工智能算法对风电大数据进行数据挖掘，实现风电机组的状态监测与故障诊断，对风电产业提质增效具有重要的现实意义，近年来逐渐成为研究热点。文中介绍了风电机组数据采集与监控（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系统和振动信号数据的特性，阐述了风电机组状态监测和故障诊断智能算法的框架，归纳总结了相关研究成果，并对风电机组状态监测和故障诊断技术所面临的挑战和发展趋势进行了展望。
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  模块化高压大容量DC/DC变换器综述

  张书鑫, 赵若凡, 刘鸿鹏

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 52-60. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-01-0052-09

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  随着新能源发电占比增加和电网规模的不断扩大，直流输电系统的容量不断提升，含有不同电压等级的直流电网是未来发展的必然趋势。在此背景下，DC/DC变换器作为直流电网关键设备，在多电压等级互联场景中发挥着重要作用。文中首先对已有的模块化高压大容量DC/DC变换器进行归纳、分类和比较，然后阐述了目前模块化高压大容量DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理与特点，并针对其特点提出了不同变换器的适用场景，最后对未来的研究方向提出了建议。
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  基于VMD的电力系统一次调频混合储能系统容量优化研究

  蔡婷婷, 薛文东

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 61-71. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0061-11

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  将功率型储能和能量型储能组成混合储能系统，可大幅提升储能系统的对外出力。为充分利用混合储能参与风电场一次调频的优势并考虑经济性因素，提出一种基于变分模态的混合储能容量优化配置方法。首先，以最大化混合储能系统净效益为目标，建立数学模型；接下来，使用变分模态分解将目标信号分解为高频功率需求和低频功率需求；最后，以东北某100MW风电场为研究实例，取一个典型日的目标功率数据为基础，考虑储能充放电功率和荷电状态等约束条件，使用量子粒子群算法对目标模型进行求解。结果表明，经过优化的储能配置方案可以有效提高混合储能辅助风电场一次调频的经济性。
  
  
综合能源系统
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  考虑含HRD的光热电站和综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度

  王义军, 孙健淳, 高敏, 秦烨嵘, 张希栋

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 72-82. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0072-11

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  在“双碳”的背景下，为进一步提升综合能源系统（Integrated Energy System, IES）的经济性和环境效益，文中提出一种在奖惩阶梯型碳交易机制下考虑含热回收装置（Heat Recycling Device, HRD）的光热电站和综合需求响应的ES系统低碳经济调度方法。首先，在源侧构建含热回收装置的光热电站与加装碳捕集的热电联产机组联合运行的ES架构，并分析电转气两阶段的运行原理，建立计及余热回收的电转气设备模型。其次，考虑到负荷侧电、热、气三种负荷的柔性特性，在负荷侧建立电热气综合需求响应模型。最后，引入奖惩阶梯型碳交易机制，进一步减小系统碳排放量，构建调度周期内以含购能成本、运维成本、碳交易成本等系统总运行成本最小为目标的综合能源系统低碳优化调度模型。通过算例分析结果表明，所提方法不仅能提高机组的运行潜力，而且有效降低了系统总运行成本与碳排放量。
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  基于供用能双侧多主体博弈互动的综合能源系统优化调度策略

  王鹤霏, 蔡国伟, 吴同, 黄南天, 胡晨晗, 王歆然

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 83-93. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0083-11

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  风电等可再生能源高比例并网，是“双碳”目标下电力系统绿色低碳化转型的必经之路，但这也对电网安全运行带来了巨大的压力。因此，文中提出了一种基于博奔论的含碳捕集综合能源系统（Integrated Energy System, IES）优化调度策略。首先，构建了促进风电消纳的综合能源系统内碳循环优化模型；然后，构建了含Stackelberg博弈的双层博奔调度模型，并证明该模型纳什均衡；最后，利用改进的差分进化算法求解双层博弈模型，以满足调度模型收敛速度需求。
其他
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  双流体型光伏光热屋顶组件的热、电性能实验研究

  张雁峰, 端木琳, 周创, 李祥立

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 94-100. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-01-0094-07

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  文中提出一种无盖板的双流体型光伏光热屋顶组件，通过将管板式水冷流道与折流板式空冷流道组合，降低组件水容量、提升空气出口温度，实现组件热水、热空气两种热能形式的供应。通过搭建具有稳定测试环境的性能测试试验台，研究组件工质进出口温差、光伏电池温度等随太阳辐照度、工质流量的变化情况，对组件全天热、电性能进行分析。结果表明，该组件光伏电池冷却效果明显，水冷、空冷模式下电效率最高可达16.8%、17.6%，拥有较高的全天综合性能，全天综合利用率最高为74%。
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  表面构型对输电导线覆冰碰撞特性的影响分析

  沈博文, 李林, 姬昆鹏

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 101-108. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-01-0101-08

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  导线结冰严重影响着电网运行安全，局部碰撞系数是表征输电导线覆冰增长速率的关键指标，以往对传统钢芯铝绞线或其简化圆柱模型的覆冰增长特性进行了分析，碳纤维复合芯导线（Aluminum Conductor Composite Core, ACCC）作为一种发展迅速的新型导线，其局部碰撞系数和覆冰增长过程鲜有研究。首先基于商用有限元软件Fluent实现了对覆冰增长数值模拟，并通过与模拟试验结果对比，验证了仿真方法的有效性。随后，利用经过验证的数值模拟方法，对ACCC模型和简化的圆导线模型的覆冰增长特性进行了对比研究，模拟得到了二者表面的液滴碰撞系数分布，讨论了不同的雨滴中值直径和风速变化对碰撞系数的影响，获取了ACCC模型的结冰冰形。结果表明：风速低时ACCC模型的局部碰撞系数显著小于圆模型，覆冰初期，冰形受导线表面构型影响十分显著；当导线表面被覆冰完全包裹后，圆模型冰形比ACCC模型冰形阻力系数整体低15.3%，且在多个风攻角下呈现驰骋不稳定性。研究结果对于获取ACCC覆冰增长特性，了解不同表面构型导线覆冰致灾机理具有重要价值。
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  主动配电网优化调度场景下的变频空调负荷聚合外特性研究

  袁典, 金旭, 钱涛, 陈涛, 章飞, 张远实, 胡秦然

  东北电力大学学报. 2024, 44(1): 109-119. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-01-0109-11

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  在“碳达峰碳中和”目标和新型电力系统建设的背景下，分布式能源在配电网中的占比逐年增加。然而，新能源发电具有随机性和间歇性，随着负荷峰谷差的不断增大，仅靠传统发电侧资源难以满足系统调峰等需求。随着需求响应技术的发展，对负荷侧灵活资源进行调控已成为可能，亟需挖掘可控负荷的可调潜力，并从系统的角度出发，对其调节能力并进行定性定量分析，建立其外特性模型从而实现精准调度。文中针对用户侧的变频空调展开研究，首先明确变频空调负荷模型与控制方法；接着对变频空调聚合体调节潜力进行评估；再根据不同调节场景，建立变频空调聚合体外特性模型；最后在主动配电网中进行算例验证。结果表明，变频空调聚合体具有与传统发电机类似的外特性与调节潜力，并能有效参与主动配电网优化调度。