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2022年第5期“综合智慧能源关键技术”专题精彩导读

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《全球能源互联网》2022年第5期已正式出版,本期刊载了“综合智慧能源关键技术”专题等13篇论文,下面就带您了解一下本期的精彩内容。点击文末“阅读原文”可在手机端查看全文。

“综合智慧能源关键技术”专题

1

特约主编寄语

综合智慧能源关键技术

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进入“十四五”时期,在能源革命和数字革命双重驱动下,可再生能源、储能、智慧能源等一大批新兴能源技术正以前所未有的速度加快迭代,成为全球能源向绿色低碳转型的核心驱动力。在此背景下,国家能源局、科学技术部联合编制了《“十四五”能源领域科技创新规划》,将能源系统数字化智能化技术列为重点任务,提出聚焦新一代信息技术和能源融合发展,促进能源产业数字化智能化升级,开展各种能源厂站和区域智慧能源系统集成试点示范,引领能源产业转型升级。能源互联网、智慧能源、综合能源服务等新模式、新业态持续涌现。综合智慧能源是实现“双碳”目标的战略选择,是构建新型电力系统的重要基础,是能源安全战略的关键支撑,是能源企业数字化转型的必然方向。

为推进综合智慧能源产业发展,展示和分享综合智慧能源创新研究成果,《全球能源互联网》编辑部邀请我们担任特约主编,主持“综合智慧能源关键技术”专题,围绕含高比例可再生能源并网的经济调度技术、综合智慧能源效益评估关键技术等方面的研究,与读者共同探讨该领域学术研究与工程应用方面的最新进展。

本专题共收录论文8篇,主要涵盖调峰调频、新型电力系统潮流计算、综合能源系统、效益评估、云平台技术等不同方面。在调峰调频方面,华南理工大学电力学院朱继忠等提出一种基于合作博弈的深度调峰补偿策略,建立了火电机组的调峰成本分段函数和以最大相对满意度为目标的深度调峰补偿策略模型,以火电机组总发电成本最小为目标构建电力系统经济调度模型,应用所提补偿策略对机组进行调峰补偿,保证火电机组参与深度调峰的积极性;清华四川能源互联网研究院李汶颖等对面向调频应用的扁管式可逆固体氧化物电堆控制特性进行分析,从调频控制的角度,试验考察了RSOC电堆的发电/电解工作控制特性、负荷动态响应特性以及长时间运行衰减特性,进一步证明了新型电堆在调频应用中的潜力。在新型电力系统潮流计算方面,东北大学孙秋野等提出了一种基于本地控制器阻抗特性的由大量分布式发电机组成的新型电力系统潮流计算方法,主要考虑高比例可再生能源和高比例电力电子设备对潮流计算准确性的影响,建立了基于稳态阻抗参数的abc轴等效阻抗模型,并将等效阻抗模型嵌入雅可比矩阵迭代过程,提高了潮流计算方法的准确性。在电-热综合能源系统方面,南瑞集团李晓等提出考虑量测误差的电-热综合能源系统状态估计方法,针对IES在信息采集和传输过程中出现的量测误差问题,考虑到传统加权最小二乘法对状态估计精度的影响,将基于Huber估计的抗状态估计方法拓展到电-热综合能源系统,提高IES状态估计抑制粗差的能力;武汉理工大学谢长君等对70 kW燃料电池热电联产系统水热管理进行研究,建立了基于燃料电池的热电联产系统,并提出一种智能控制算法进行水热管理,提升了热能回收效率并降低系统寄生功率。在效益评估方面,国网河南省电力公司经济技术研究院李凌云等提出考虑多利益主体的电力与通信共享铁塔综合效益评估,构建了共享铁塔综合效益评价指标体系和综合效益评价模型,总结出影响共享铁塔未来发展的指标,有助于实现电网企业和通信企业资源共享和互利共赢;东北电力大学李军徽等对配电网中储能参与多场景进行多维经济性评估,综合考虑储能系统参与削峰填谷、提高新能源消纳能力的两种应用场景,为光储联合系统并入配电网的经济性分析提供有效的借鉴。在云平台技术方面,国网河北省电力有限公司经济技术研究院庞凝等提出一种云边协同区域能源互补决策模型与算法,构建了基于物联网、边缘计算、云计算的云端信息收集和处理模型,并提出了边缘子区域数据收集的关键算法,为提高区域能源互补水平和新能源利用效率提供了一个可行方案。

最后,感谢参与本期专题出版的作者、评审专家以及《全球能源互联网》编辑部所有工作人员的鼎力支持和辛勤付出!希望本专题可以为综合智慧能源领域的相关企业单位以及科研、工程、管理人员提供借鉴和参考,推动中国综合智慧能源新技术的发展。

特约主编介绍

朱继忠

博士,华南理工大学教授、博士生导师,综合智慧能源系统优化运行与控制(ISESOOC爱思科)研究中心负责人,重庆大学兼职教授,IEEE/IET/CSEE Fellow,英国皇家学会客座研究员,IEEE PES智慧楼宇、负载及客户系统技术委员会(中国)主席,IEEE P2781和P2783标准工作组主席,IEEE SMC标准委员会委员和IEEE SMC智能电力与能源系统专委会委员,全国电力需求侧管理标委会委员。主要研究方向为综合智慧能源系统、智能电网、微电网、可再生能源应用、电网安全经济运行与电力市场、电动汽车与需求侧响应、电力系统优化方法及应用等。主持或参与20余个国际大型电力工程项目,以唯一作者出版英文著作4部和中文专著2部。

黄琦

博士,教授,博士生导师,IEEE/IET Fellow,成都理工大学副校长,教育部新世纪优秀人才,四川省天府创新领军人才,四川省青年科技创新团队负责人。电力系统广域测量与控制四川省重点实验室、四川省工业互联网智能监测及应用工程技术研究中心主任。科技部“十三五”能源领域科技创新规划专家组成员、四川省能源化工领域“十四五”规划专家组组长、中国电工技术学会常务理事、人工智能与电气应用专委会副主任/秘书长。长期从事智慧能源信息支撑、能源系统碳计量与追踪、智慧工厂综合能源管控等方面的研究工作。承担国家级和省部级项目20余项,发表论文200余篇,出版著作5部,参与编制国际和国家标准5部。

2

一种基于合作博弈的深度调峰补偿策略

范峻伟1 ,朱继忠1* ,史普鑫2,郭万舒2,史沛然2 ,江长明2 

(1.华南理工大学电力学院;2.国网华北分部电力调控分中心)

【摘要】在风电大规模并网的需求下,为尽可能消纳风电,亟需增加火电机组调峰深度,但火电机组因难以得到合理的调峰补偿而缺乏调峰积极性。为此,首先分析了火电机组的深度调峰能力,建立了火电机组全过程的调峰成本分段函数;提出以最大相对满意度为目标的深度调峰补偿策略模型,并分析了现有调峰市场下火电机组的报价模式;最后以火电机组总发电成本最小为目标构建电力系统经济调度模型。算例结果表明,火电机组进行一定程度的深度调峰能提高系统运行经济性,但进入投油深度调峰后火电机组运行成本剧增,收益低于常规调峰,此时需要对机组进行额外补偿;提出的补偿策略能根据机组参与深度调峰意愿的最小收益进行补偿,保证火电机组参与深度调峰的积极性。

 

关键词:风电消纳;深度调峰;合作博弈;调峰补偿

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3

面向调频应用的扁管式可逆固体氧化物电堆控制特性分析

高丹慧1,李汶颖1* ,胡强1,2,吴剑2 ,李航1 ,张琪2 ,谢勋2

(1.清华四川能源互联网研究院;2.浙江臻泰能源科技有限公司)

【摘要】良好的电化学动态响应性能以及功率输出的长期耐久性是高温可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)应用于调频等电力辅助服务的技术基础。针对一种新型内嵌微流道的扁管式电堆,从调频控制的角度,试验考察了RSOC电堆的发电/电解工作控制特性、负荷动态响应特性以及长时间运行衰减特性。结果表明,新型电堆燃料传质特性良好,可优先选择氢气流量、水氢比、工作温度等参数实现对应发电/电解模式下的调频应用控制。在温度控制不变的情况下,动态试验表明了新型电堆受传质/传热影响,电压弛豫时间难以达到秒级,单一电参量的调控难以满足调频控制精度需求,需要进行电压环、电流环的串级控制,才可实现精准调频。可靠性方面,相较单电解工作模式,发电/电解工作模式反复切换下,新型电堆出现了工作性能优化现象,故认为通过合理的工作模式切换策略,RSOC电堆可用于长期可逆动态运行工况,满足辅助调频的寿命要求。

 

关键词:高温可逆固体氧化物电池;扁管式电堆;调频;控制特性;动态响应;性能衰减

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4

面向“碳达峰、碳中和”的新型电力系统的潮流计算

王睿1,孙秋野1*,胡伟2,3,张化光1,王鹏3 

(1.东北大学信息科学与工程学院;2.湖南大学机械与运载工程学院;3.南洋理工大学能源研究所)

【摘要】在含高比例可再生能源的新型电力系统中,由于不考虑电力电子变换器的阻抗特性,使得潮流计算的精度降低。为此,需要一种基于本地控制器阻抗特性的由大量分布式发电机组成的新型电力系统潮流计算方法。首先,基于小信号扰动法和dq轴、αβ轴、abc轴之间的等效变换,对变换器的源端等效输出阻抗矩阵进行了估计。然后将总线-分布式电源等效阻抗模型转化为总线-总线的阻抗模型。同时,将等效阻抗模型嵌入雅可比矩阵迭代过程中,提高了潮流计算方法的精度。最后,利用IEEE-4 总线测试系统、PG&E-69 总线测试系统和IEEE-118 总线测试系统对基于本地控制器阻抗特性的潮流计算进行了仿真,表明所提出的潮流计算方法更为准确。

 

关键词:潮流计算;阻抗参数;分布式电源;新型电力系统

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5

考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法

李晓1,2*,李满礼1,2,胡云龙1,2,刘国静3,胡晓燕3,倪明1,2

(1.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司);2.智能电网保护和运行控制国家重点实验室;3.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院)

【摘要】随着“双碳”背景下新型电力系统的建设,传统的单一供能网络逐渐发展成为多能耦合的综合能源系统。综合能源系统在信息采集和传输过程中会不可避免地出现量测误差,而传统的加权最小二乘法无法抑制其影响,影响状态估计的精度。为此,提出一种考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法。首先,在考虑电力系统、热力系统以及耦合元件运行特性的基础上,建立电热综合能源系统量测模型。其次,将基于Huber估计的抗差状态估计方法拓展到电热综合能源系统中,提出电热综合能源系统抗差状态估计方法,并对电热耦合系统进行冗余度分析。最后,基于某电热综合能源系统算例,计算不同坏数据比例下的电压、相角、压强等状态估计误差,验证所提抗差估计方法的有效性。

 

关键词:综合能源系统;状态估计;量测误差;电热耦合;Huber估计;抗差估计

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6

70 kW燃料电池热电联产系统水热管理研究

符昊宇1,谢长君1*,朱文超1,李浩1,章雷其2,赵波2,宋洁3

(1.武汉理工大学自动化学院;2.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院;3.国网智能电网研究院有限公司)

【摘要】质子交换膜燃料电池堆的电效率约为50%,电化学反应剩余的能量要以热量的形式散失,造成巨大能量浪费,开发基于燃料电池的热电联产系统可以高效地产生电力和热水,并显著提高系统的能量效率。在MATLAB/Simulink平台上搭建了70 kW级燃料电池热电联产系统,包括燃料电池电模型、热管理模型和热电联产系统综合动态模型,并开发了一种智能控制算法进行水热管理,将电堆运行温度控制在70 ℃左右,在保证电堆正常运行的前提下,提升热能回收效率并降低系统寄生功率。结果表明该系统可以有效地回收燃料电池反应所产生的废热,在增大外部负载提高电堆电效率的同时,热电联产效率会逐渐增高然后降低,热电联产最高效率可以达到83.5%。

 

关键词:质子交换膜燃料电池;热电联产系统;热回收;水热管理

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7

考虑多利益主体的电力与通信共享铁塔综合效益评估

李凌云*,席小娟,齐道坤,李旭阳

(国网河南省电力公司经济技术研究院)

【摘要】能源互联网以其灵活适应能源和数字革命且交互相融的独特优势成为电网公司发展的重要前进方向。能源互联网的建设需要将电网与通信网更紧密地结合在一起,互联互通功能的增强,促成了“共享铁塔”的产生,分析共享铁塔的综合效益有利于激发其发展潜力。从电网公司、铁塔公司和政府主体出发,构建了共享铁塔综合效益评价指标体系,并引入区间数表征专家判断信息的模糊性,得到基于区间数的共享铁塔的综合效益评价模型,得出影响共享铁塔未来发展的关键指标,选取关键指标量化分析,为共享铁塔推广应用提供了重要参考。

 

关键词:共享铁塔;综合效益;区间数;综合评价

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8

配电网中储能参与多场景的多维经济性评估

李翠萍1,闫佳琪1,孙大朋1,孙哲彬2,梁涛2,席向东2,萨仁高娃2,张前2,朱星旭1,李军徽1*

(1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学);2.内蒙古电力经济技术研究院)

【摘要】随着配电网中新能源装机规模的扩大,会带来配网负荷峰谷差增大及新能源消纳困难等问题。储能具有“低储高发”的特性,其已经被认为是削峰填谷、提高新能源消纳能力的有效手段。但目前储能成本仍较高,故如何配置储能并对其进行经济性评估分析是重要的。为此,综合考虑储能系统参与削峰填谷、提高新能源消纳能力的两种应用场景,计及套利收益、环境效益、政府补贴、投资建设成本和年运行维护成本等多维因素,建立储能系统的经济性评估总模型,通过算例对两种场景进行经济性分析。结果表明,在削峰填谷场景中,得到了不同电价差下,储能收益最大时的最优配置。在提高新能源消纳能力场景中,确定了在所设条件下,新能源消纳比例超过66%时储能系统开始盈利。

 

关键词:配电网;削峰填谷;消纳能力;经济性评估;政府补贴

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9

云边协同区域能源互补决策模型与算法

唐帅1,庞凝1*,李光毅1,彭婵1,贾宇琛2,郁五岳2 

(1.国网河北省电力有限公司经济技术研究院;2.河北农业大学机电工程学院)

【摘要】针对综合能源系统用户侧用能多样化和源荷数量逐渐增多引起的云平台计算量骤增问题,提出一种云边协同区域能源互补决策模型与算法。以云平台构建区域能源决策单元为根节点,将依据地理位置划分的若干个子区域映射到云平台作为子节点,构建树形拓扑结构区域能源决策知识库。子区域设置边缘计算网关收集本地电热产能和负荷信息,预处理后将关键数据送至区域能源决策单元。区域能源决策单元采用搜索、分类、排序等方法对能源盈余子区域与能源短缺子区域的互补收益进行计算,建立决策池。各子区域通过与云端信息交互建立子区域之间的能源互补通道,实现盈余新能源的消纳。通过算法的时间复杂度分析,云边协同区域能源互补决策模型与算法可有效缓解云平台通信和计算压力。

 

关键词:云边协同;区域能源;动态决策;边缘计算

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能源经济

10

基于可比价投入产出表的浙江省能源强度分析

马跃,冯连勇*

(中国石油大学(北京)经济管理学院)

【摘要】通过编制浙江省2007—2017年可比价能源投入产出表,测算了其直接能源消耗系数、间接能源消耗系数和完全能源消耗系数;同时基于结构分解分析方法对浙江省能源强度变化的影响因素进行了分析。实证研究结果表明:除其他服务业外的5个部门的完全能源消耗系数均呈下降趋势;能源强度呈下降趋势,而能源技术效应是导致能源强度下降的主导因素;最终需求结构效应总体上降低了浙江省5类能源消耗强度。

 

关键词:可比价;投入产出;能源强度;结构分解分析;能源消耗系数

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11

蓄热电锅炉负荷参与消纳受阻风电的主从博弈交易决策方法

王敏骁1,李潇2,韩小齐2,王维洲3,刘文颖2

(1.埃尔朗根-纽伦堡大学技术系;2.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学);3.国网甘肃省电力公司)

【摘要】随着新能源接入电网比例的不断提高,新能源送端电网常规电源调峰能力不足造成的风电消纳受阻问题凸显,急需挖掘负荷的可调节潜力以增加对风电的消纳能力。蓄热电锅炉负荷具有可调节特性,通过合理的市场交易方法激励蓄热电锅炉企业参与调节成为消纳受阻风电的新途径。为此,提出了一种蓄热电锅炉负荷参与消纳受阻风电的主从博弈交易决策方法。首先分析了蓄热电锅炉负荷参与调控对消纳受阻风电的作用机理;其次对蓄热电锅炉负荷参与消纳风电的荷源双边收益以及主从博弈关系进行了研究;基于此,提出了蓄热电锅炉负荷参与消纳受阻风电的主从博弈交易决策方法;最后,采用某新能源送端电网荷源实际运行数据进行仿真分析,验证了所提决策方法可充分调动蓄热电锅炉企业参与消纳风电的积极性,从而有效提升风电消纳能力。

 

关键词:受阻风电;蓄热电锅炉;主从博弈;交易决策

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12

云检验环境下基于前景理论的电网物资供应商评价与优选

熊汉武1,樊炜1,牛艳召1,曾思成2,王玲3,龚承柱3*

(1.国家电网有限公司物资部;2.中国电力科学研究院;3.中国地质大学(武汉)经济管理学院)

【摘要】电网物资部通过云检验质量监督评价体系实现对电网物资供应链流程的掌控。在云检验环境下,由于供应商信息具有资源数量大、语义信息不对称、信息多样化和模糊化的特点,电网物资部希望可以自主选择匹配结果。首先明确供应商资质能力评价原则,构建电网物资供应商资质能力评价指标体系;然后采用前景理论,对包含多类型信息的物资供应商进行综合评价,并依据综合前景值对物资供应商进行评价与优选;最后在电网物资云检验环境下,以配电变压器供应商为例,测算评价模型,分析评价结果,表明了该方法的可行性与有效性。

 

关键词:云检验;电网物资供应商;前景理论;评价与优选

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13

电网数字化战略中风险的结构性递展分析:基于多站融合项目运营

张晨1,孙轶恺2,崔维维3,刘平阔3*

(1.国网能源研究院有限公司;2.国网浙江省电力有限公司经济技术研究院;3.上海电力大学经济与管理学院)

【摘要】电网数字化已然成为电力产业升级的强有力支撑,然而,云计算、5G 等新技术的引入却使传统电力产业的安全运营出现了多方面的风险隐患,电网数字化的风险评估也由之成为了新的研究热点。其中,“多站融合”成为了数字化过程的“排头兵”项目。为研究多站融合的运营风险,通过构建风险指标体系,在实证调研收集数据的基础上,利用卡方自动交互检测法(CHAID)进行结构性递展分析。根据运营风险决策树的分支结果,得到风险重要性排序以及风险状况展示,为建立电网数字化战略的风险管控系统提供指标体系和风险状况参考。

 

关键词:电网数字化;多站融合;结构性递展;风险;CHAID

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编辑张鹏

审核:周舟

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