电力自动化设备-智能电网专辑

2018-05-05
智能电网(Smart Grid, SG)是电力系统发展的大趋势和大需求,智能电网在国内外虽然没有统一的定义,但其核心要义是“智能”或者说“人工智能”。但到目前为止,电网的智能水平还处在浅层阶段,远远不能够满足电网的需要,甚至可以说明显落后于其他一些行业。人工智能技术的快速发展,为智能电网的发展提供了重要的机遇,也提供了强大的动力。所以,智能电网的发展已经到了升级阶段——走向更高层次的深度智能。

针对这一热点问题,《电力自动化设备》杂志社特邀河海大学鞠平教授、秦川副教授担任特约主编,共同策划推出了“智能电网+”专辑。本专辑收录34篇优秀论文,汇集了 “智能电网+”领域的最新研究成果,主要围绕智能发电、智能输电、智能配用电三个方面展开,为新形势下智能电网走向更高层次的深度智能提供了有益的思考。

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智能电网(SG)是电力系统发展的必然趋势,其核心要义是“智能”或者说“人工智能”。但到目前为止,电网的智能水平还处在浅层阶段,远远不能满足电网的需要。以深度学习为代表的第三代人工智能(AI)技术取得了突破性的进展,为智能电网的发展提供了重要的机遇,也提供了强大的动力。

为此,河海大学与国网江苏省电力有限公司于2017年12月10日联合召开了“人工智能与智能电网”研讨会,邀请了中国电力科学研究院周孝信院士、国家电网公司陈维江院士等十多位电力系统领域的著名专家学者共同研讨如何借助AI推动SG发展的相关议题。本次研讨会上,我们团队提出了“智能电网+”(Smart Grid Plus)的概念,涵义是借助AI技术实现SG的升级版,使电网具有更高级、更深层的人工智能,从而进一步提升电网运行的安全性、经济性、可持续性。

《电力自动化设备》编辑部与本人沟通,策划推出了“智能电网+”专题,组织本领域的优秀稿件,集中展现“智能电网+”的最新研究进展。本人非常荣幸受邀担任该专辑的特约主编,并结合“人工智能与智能电网”会议的研讨成果,和与会的各位专家共同撰写了《“智能电网+”研究综述》,对AI技术在SG适用的相关领域进行了综述和展望。在国内同行的积极响应和大力支持下,共收到相关稿件130余篇,经同行评审,本专辑最终收录34篇,主要围绕智能发电、智能输电、智能配用电三个方面展开。

智能发电

面向智能发电的控制

华南理工大学的余涛教授等将深度神经网络融入强化学习方法,提出了深度Q学习算法,并基于该算法设计了具有强鲁棒性的智能发电控制器。

青海大学的陈晓弢博士与清华大学的梅生伟教授等提出了一种光热复合压缩空气储能系统的改进方案,并进行了仿真验证。

面向智能发电的功率预测

上海电力学院的程启明教授、华南理工大学的唐文虎教授以及广西大学黎静华教授,分别利用深度学习等人工智能方法进行风电、光伏功率的短期预测,有效提高了预测精度。

河海大学的吴峰教授建立了风-浪相关性模型,能够利用风速数据直接预测波浪发电系统的输出功率。

智能输电

面向智能输电系统的分析与控制

山东大学的刘玉田教授等提出了一种基于堆叠降噪自编码器和支持向量机集成模型相结合的暂态稳定评估与严重度分级方法。

中国南方电网公司的王奇博士和华南理工大学的朱建全副教授、刘明波教授利用随机矩阵理论对西电东送交直流输电通道线损的关联特性进行了分析。

广西大学的韦化教授提出了一种计及市场力风险约束的最优AGC控制模型。

为满足电网运行风险在线评估的时效性需求,华中科技大学的张哲、尹项根教授等提出了一种基于灵敏度分析的负荷削减模型。

湖南大学李勇、曹一家教授提出了一种基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略。

河海大学的余一平副教授等提出了基于变点探测的大电网功率振荡特征挖掘方法。

面向智能电网大数据平台

上海交通大学的王承民教授、谢宁副教授提出了一种面向大数据关联规则挖掘的频繁模式网络模型。

华南理工大学的张勇军教授建立了基于多维结构熵的智能电网信息管理系统复杂性评估模型。

面向智能输电系统的一次设备

华中科技大学的彭小圣博士、文劲宇教授和华北电力大学朱永利教授采用深度学习等人工智能方法有效识别高压电缆等一次设备的局部放电模式。

华北电力大学的王德文副教授及西安工程大学黄新波教授将卷积神经网络等人工智能方法应用于变压器和高压断路器的故障诊断,有效提高了诊断准确率。

智能配用电

面向智能配电网领域

中国电力科学研究院的刘科研博士等提出了一种基于数据挖掘的配电网故障风险预警方法。

中国南方电网公司的叶琳浩和华南理工大学张勇军、张尧教授等对智能配电网运行规划研究进行了综述。

上海电力学院的程启明教授等提出了一种基于量子遗传双稳态系统的配电网故障选线方法。

南通大学的张新松副教授、河海大学的袁越教授等提出了一种基于双储能系统的主动配电网储能优化配置方法。

三峡大学的张涛副教授等构建了计及用户电价响应的微网和配电网联合调度运行模型。

面向智能微电网领域

上海交通大学的艾芊教授等提出了一种基于模型预测控制的微电网多时间尺度需求响应资源优化调度方法。

国网四川省电力公司经济技术研究院马天男博士等提出了一种基于区块链技术的多微电网市场竞争博弈模型及求解算法。

华南理工大学曾江副教授提出了一种低压微网逆变器自适应谐波下垂控制策略。

面向智能用电领域

天津大学的穆云飞副教授、贾宏杰教授等提出了考虑电动汽车集群储能能力和风电接入的联络线功率平抑控制策略。

河海大学的秦川副教授等提出了基于关联分析及堆栈自编码器的气象敏感负荷功率估算方法。

西安交通大学的王建学教授等提出了一种分时段的中央空调负荷直接控制策略及可调度潜力评估方法。

华北电力大学的刘兴杰博士等提出了基于改进鸡群算法的非侵入式负荷监测方法。

昆明理工大学的阴艳超副教授等提出了基于多维多规则的电能质量云评价模型与方法。

由于篇幅等限制,部分高水平投稿论文未能收录于本专题中,后续将陆续安排见刊。感谢《电力自动化设备》编辑部及各位评审专家为本专题的组织、评审和出版所做的大量而细致的工作。

本专辑发表在《电力自动化设备》2018 年第 38 卷第 5 期上。

“基于虚拟同步发电机的新能源并网技术及应用”特约主编寄语(电力系统自动化)

2018-04-28

在国内电力系统的新增装机容量中,新能源发电占据了主要成分,其并网渗透率快速上升,对电力系统的控制、调度和稳定性的影响也越来越大。与传统的大型同步发电机组相比,目前的新能源并网方式降低了电力系统的惯性和阻尼,导致系统频率和电压的抗扰性下降,特别是当电网中接入的新能源并网规模较大时,这一问题将更加突出。因此,有必要探讨新能源并网新的方式,使新能源发电能够有机地融入电力系统。

当电力系统处于机电暂态过渡过程时,同步发电机转子的机械惯性提供暂态能量,抑制电网频率的变化,为调节争取响应时间,对电网稳定起到至关重要的作用。仿照其作用原理,相关专家和学者提出了新能源并网的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制思想,近年来在学界和业界受到广泛关注。VSG技术基于新能源应用中的电力电子变换器,通过控制算法模拟同步发电机的稳态下垂特性和暂态惯性与阻尼,使其具有与同步发电机类似的稳态和机电动态特性,以提高电网频率和电压的抗扰能力。国内外诸多专家学者在VSG技术的电网适应性、控制稳定性及其系统应用等方面都取得了丰硕的研究成果,尤其2016年开始国家电网公司在张北风光储输示范电站开展了VSG技术和核心装备在消纳高渗透率新能源的电力系统中的示范应用,组织编制了技术导则和检验方法等相关技术标准,促进了该技术的发展与应用。

《电力系统自动化》编辑部密切关注该领域最新的研究进展,组织了本期“基于虚拟同步发电机的新能源并网技术及应用”专辑。我们非常荣幸地受邀担任该专辑的特约主编。专辑得到同行积极响应,本着优中选优的原则,经同行评审,最终收录22篇论文。根据研究侧重与关注点的不同,内容主要涉及以下几个方面。

在VSG研究与应用综述方面收录3篇论文。柴建云等对VSG技术在风力发电系统中的研究进展和主要应用形式进行了系统介绍,并归纳总结出VSG目前仍需解决的问题;葛俊等分析和探讨了大电网运行下的VSG并网适应性问题,并进行了相应的总结和展望;秦晓辉等辨析了大电网中VSG惯量支撑与一次调频功能的定位问题,提出了独到而有参考价值的见解。在VSG控制与稳定性方面收录7篇论文。方勇杰等分析了强阻尼系数对VSG的功角稳定性的影响;秦亮等建立了VSG换流器的大信号模型并分析了其暂态稳定性;王跃等提出了一种可松弛小功角约束条件的VSG功率解耦策略;张辉等分析了VSG的暂态平滑过程,提出了一种VSG并联运行的阻抗匹配策略;陈建福等提出一种基于自适应虚拟惯性的VSG控制策略,实现了惯性系数的平滑灵活调节;辛焕海等提出一种适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略;颜湘武等针对恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调控制问题,提出一种基于VSG的PQ控制模式。在VSG电网适应性和故障穿越方面收录7篇论文。吴在军等针对负荷虚拟同步机,提出一种适用于电网对称与不对称故障的低电压穿越控制方法;陈来军等提出了VSG的平衡电流控制策略与峰值电流抑制策略,保障VSG在电网不平衡电压下的安全稳定运行;曾江等提出了具有低次谐波抑制功能的虚拟电阻型光伏逆变器,有效降低了并网点电压的畸变率;程雪坤、孙旭东等提出了一种适用于电网不对称故障的双馈风力发电机电压补偿虚拟同步控制策略;陈杰等提出了一种同步逆变器控制策略,消除了非理想电网电压带来的影响;施凯等提出一种基于欠励磁状态运行的VSG低电压穿越控制新方案;李辉等将态势预测与利导方法运用于同步逆变器并网控制,有效促进了可再生能源的合理利用和友好并网。在VSG技术应用方面上共收录5篇文章。针对光伏系统VSG应用,巩宇等提出了张北示范电站中得以应用的基于VSG的功率深度利用和光储协调优化控制策略;针对风力发电VSG应用,谢震等提出一种基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略;针对柔性直流输电系统VSG应用,杜文娟等采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入后系统的稳定性;针对电动汽车VSG应用,刘其辉等提出一种参与微电网调频的虚拟同步机充电控制策略;针对储能系统VSG应用,陈国柱等提出一种实现电池模组荷电状态均衡控制的调制方法。

在取得阶段性研究与应用进展的同时,对VSG技术的研究仍面临诸多挑战,希望本专辑的出版对于中国大规模高渗透率新能源并网相关理论研究和技术应用起到一定的推动作用。最后,由衷感谢各位作者的贡献以及各位专家学者在本专辑征文、投稿和评审过程中给予的大力支持,以及《电力系统自动化》编辑部为本专辑组织策划与顺利出版所付出的细致工作。

柴建云 张兴
2018年2月27日

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