电气工程

基于熵权法和灰色关联分析法的输电网规划方案综合决策

罗毅，李昱龙

摘要：目的：输电网规划方案决策一般是确定在何时、何地投建何种类型的线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使系统的费用最小的方案。目前的输电网规划指标体系不够全面，信息不完全，均是凭借规划人员自身具备的理论知识和设计经验做出决策，规划结果严重受到规划人员偏好的影响，主观随意性强。由于近年来电源建设速度的加快，对输电网规划的合理性，安全性，经济性和发展速度等提出了更高的要求。应用综合决策方法对输电网方案的综合评价可以在方案实施前对具有投资可能性的方案进行有效评价，在综合决策期间发现方案的优缺点将有助于在方案实施阶段进行改进。过去单纯的追求经济性已经不能满足日益发展的输电网规划要求，现在针对输电网规划方案综合决策考虑的更加全面，对各方案从可靠性、经济性、社会影响性、适应性等方面建立合理的指标体系，并且进行定性或定量的评价，然后采用综合决策方法对各项指标评价值进行综合处理，最后得到最优的输电网规划方案。基于此，重点研究输电网规划方案综合决策方法，使输电网规划方案更加全面、客观。方法：针对目前输电网规划方案综合决策问题中信息不完全和权重主观性强的问题，提出了一种基于熵权法和灰色关联分析法相结合的输电网规划方案综合决策方法。该方法首先应用熵权法确定各评价指标的客观权重，克服了原始灰色关联中指标平权和专家赋值的不足；然后采用改进的灰色关联分析法得出最优方案。熵权法与灰色关联分析法相结合充分利用了各指标的全部信息，且充分发挥了灰色关联适合具有一定灰度小样本事件的优势。结果：熵权法可以充分利用客观数据所提供的信息来确定客观权重，去除主观性影响。灰色关联分析是建立在充分的利用客观数据的基础上，得到各个方案与最优理想方案的接近度，从而进行决策。灰色关联分析法能够处理信息不完全明确的灰色系统，对于小样本无规律指标的评价问题决策准确性较高，适用于输电网规划综合决策。原始的灰色关联法在计算关联度时采用平权处理或者专家赋权，使权重存在一定的主观性，而熵可以反映随机变量的不确定性能信息量，结合熵权法用熵权确定权重将使结果更加客观。结论：将熵权法和灰色关联分析相结合应用于输电网规划综合决策中，发挥了灰色关联分析在小样本数据分析中的优势，同时与熵权法相结合而避免了原始灰色关联度的权重采用专家赋权或平权的缺陷，评价结果更加科学，便于实际操作。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(1)： 77-81

入选年份：2016

含风电场多目标低碳电力系统动态经济调度研究

张晓辉，董兴华

摘要：目的：建立含风电场的多目标低碳电力系统动态经济调度模型，考虑电力系统经济性的同时减少污染气体的排放量，增加风电场的出力，达到在实现低碳节能的同时保证整个电力系统的安全性，并用仿真算例验证上述方法的正确性和有效性。方法：建立的含风电场多目标低碳电力系统调度模型中包括2个目标函数：发电成本和碳排放量。发电成本包括火电发电成本和风电发电成本。考虑到系统的安全性，在火电发电成本中考虑了风险成本。风电场出力越大、旋转备用容量越小，则风险越大；反之则风险越小。对含风电场多目标低碳电力系统调度模型，采用改进的多目标粒子群优化算法。通过改进最优最差策略改进基本粒子群算法，设置一个最差粒子，每一次搜索后通过比较得出最差粒子，在下次更新速度和位置时考虑进去。粒子每次更新速度和位置（背离最差粒子，指向最优粒子）比基本粒子群算法中粒子每次更新速度和位置（指向最优粒子）考虑得更全面，不容易陷入局部最优，更容易寻到全局最优解。结果：（1）基本的粒子群算法和改进的粒子群算法优化后的总成本对比。总费用从24.39万元降到23.17万元，节省了4.2%。结果表明，所提出的改进粒子群算法明显地优于基本粒子群算法。（2）基本的粒子群算法优化后，火电机组每个时间段的污染物排放量所示。结果表明，风电场增加出力，保证负荷和系统稳定的同时，减少总的排污量，因此风电的洁净优势使风电相对火电具有竞争力。（3）基本的粒子群算法和改进的粒子群算法优化后碳污染物排放量对比。改进粒子群算法优化后，火电机组每个时间段的污染物排放量所示。比较可知：含风电场的多目标低碳调度更好地兼顾了环境保护的因素。从火电机组的碳排放量观察，确实优先使用了碳排放相对较小的机组，虽然系统的成本不是最低，但是在可以接受的范围之内。由于它更好地兼顾了环境保护，因而具有更良好的实用性。（4）为了分析当风电场比重增加时，对电力系统动态经济调度的影响，优化过程中对目标函数中的权重系数取不同的值。随着风电出力的权重系数增大，风力发电比重增大，总的发电费用在减少，污染气体排放量也在减少。因为含有风电场，总的运行费用明显低于不含风电场的费用，风电场增加出力，在保证负荷和系统稳定的同时，减少总的排污量，实现国家能源政策，兼顾了电力系统的经济运行。随着节能目标对应权重的减小，系统的一次能源消耗成本有所增加，且其增幅值在可接受的范围内。（5）通过比较改进MOPSO算法比常规MOPSO算法所得的Pareto最优前沿更理想，收敛性更好些。（6）风电场引入电力系统中可以减小发电成本，同时会相应地增加更多的风险成本。主目标函数中风险成本中风险系数对决策也非常重要，它反映了决策者对于风险的重视程度。通过风险系数取值不同时计算结果可以看出，风险系数越大，主目标函数的优化结果越大。结论：分析火电发电成本、污染气体的排放成本的基础上考虑风力发电的成本和风险，最终使系统成本最优化，相对于传统的经济调度模型，更多地考虑了社会效益和经济效益。对含风电场的多目标低碳电力系统调度模型，采用改进的多目标粒子群优化算法进行优化求解。通过仿真算例验证含风电场的多目标低碳电力系统调度数学模型与改进的粒子群算法的正确性与有效性。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(1)： 24-31

入选年份：2016

促进风电消纳的发电侧、储能及需求侧联合优化模型

宋艺航，谭忠富，李欢欢，等

摘要：目的：我国风电弃风问题严重，在风电机组发电效率无法得到保障的情况下发电商对风电投资态度的也从积极转变为观望，这不利于风电产业的可持续发展。风电利用效率的提高需要相应的风电消纳机制的支持。由于需求侧响应与储能技术可以改变电力需求的时间分布，从而提高系统对风电的消纳能力，因此，将需求侧响应与储能技术纳入发电调度优化，借助需求侧管理与储能技术对负荷分布的调控能力提高风电的消纳水平。方法：需求侧管理与储能技术具有改变负荷时间分布的功能，而负荷时间分布的变化又将影响发电侧发电调度安排。因此，发电侧的节能发电调度可以结合需求侧的 TOU以及储能技术进行优化。基于用户用电的需求弹性矩阵构建了需求侧电价响应模型，研究了不同时段电价变化对负荷分布的影响。基于储能系统的负荷与电源双重属性，建立储能系统充放电模型；并以经济效益最大化为优化目标，考虑功率供需平衡、用电侧电价弹性、储能系统能量损耗、机组启停时间、爬坡能力、发电出力界限、发电备用等约束条件，构建含大规模风电的电力调度模型，分析不同情景下电力系统的风电消纳、能耗、排放水平。结果：（1）TOU与储能系统的引入在一定程度上改变了需求侧的负荷分布状况，谷时段负荷水平的提高降低了风电反负荷特性给电力调度带来的难题，电力系统可以在谷时段更多消纳风力发电，提高风电上网电量的比例，降低风电弃风水平。（2）削峰填谷在降低负荷波动的同时也减少了机组调峰的启停次数，高能效机组的利用水平得到提高，发电煤耗随之下降。（3）储能系统主要在谷时段与平时段进行充电，而在峰时段放电为系统提供电能；储能系统通过削峰填谷为系统减少发电煤耗，TOU下储能系统所节省的能源更多。（4）由于风电弃风减少以及火电发电煤耗的降低，引入TOU与储能系统后系统的平均供电煤耗呈下降趋势。结论：（1）TOU与储能系统有助于需求侧负荷分布的优化，降低系统负荷峰谷比，减少需求侧最大负荷与最小负荷之间的落差，提高系统在谷时段消纳风电的能力。（2）纳入 TOU与储能系统后，风电的利用效率与火电机组的能效水平均有所提高，但是风电挤压了火电的市场份额，需要相应的市场机制协调双方效益。（3）储能系统的纳入能够提高系统的节能减排效益，同时实现一定的经济效益，这些额外效益可以作为系统利益分配研究的基础。（4）通过模型的优化，风电消纳水平得到提高，在节省煤炭消耗的同时减少了温室气体与污染气体的排放，有助于节能减排政策的深化落实。

来源出版物：电网技术, 2014, 38(3)： 610-615

入选年份：2016

电站锅炉余热深度利用及尾部受热面综合优化

徐钢，许诚，杨勇平，等

摘要：目的：电站锅炉的排烟是丰富的低温余热资源，可加以回收与利用。通常研究的锅炉尾部烟气余热利用系统形式较为单一，由于电站锅炉的排烟温度较低、导致烟气和凝结水换热温差有限，进而限制了烟气余热的利用。因此，在对常规余热利用系统进行深入分析的基础上，创造性地提出了一种新型电站锅炉余热利用综合优化系统，从而进一步提高机组效率水平、降低煤耗，增加经济效益。方法：运用最广泛的余热利用系统：在空气预热器后的烟气通道中加装低温省煤器，利用烟气余热加热凝结水，节省部分抽汽到后续汽轮机内做功，增大电站系统总出功，提高系统效率。易见，这种余热利用系统存在很多独特的限制因素。在此基础上，提出一种新型电站锅炉余热利用综合优化系统：在常规回转式空气预热器后加装一个前置式的低温空气预热器，实现烟气分两级加热空气，从而大幅度降低空气预热过程的换热温差；而在两级空气预热器之间布置低温省煤器，可以实现较高温度的烟气加热凝结水，节省较高级的汽轮机抽汽，从而实现更高的节能效果。选取某典型1000 MW超超临界燃煤机组作为研究对象，对两种系统进行分析和性能计算。结果：（1）案例电厂采用常规余热利用系统时，机组做功增加6.3 MW，而采用新型余热利用优化系统时，机组做工增加13.9 MW；在常规余热利用系统下，供电煤耗降低约1.6 g/（kW×h），而新型余热利用优化系统供电煤耗降低约达3.6 g/（kW×h），是常规余热利用系统的2.25倍；（2）在电厂年运行5500 h负荷条件下，并按标煤市场价格1000元/t计算，新型余热利用优化系统较常规余热利用系统每年减少煤炭消费额为1200余万元。经济效益显著。结论：在对常规余热利用系统的深入分析的基础上，提出了一种新型余热利用综合优化系统，并结合案例电厂进行分析。（1）利用锅炉尾部烟气放热量加热凝结水，替代汽轮机抽汽，是烟气余热利用的主要方式；（2）提出的新型电站锅炉余热利用综合优化系统，在原有空气预热器前加装低温空气预热器；同时在两级空气预热器之间布置低温省煤器，可使较高温度烟气加热凝结水，节省较高级汽轮机抽汽，汽轮机组效率提高明显，并可以通过进一步优化控制两级空气加热系统中的空气吸热比例，进一步提高低温省煤器入口处的烟气温度，节省更高压力级别的回热抽汽，提高电厂效率，其节煤量可达 3.5～6 g/（kW·h），节能潜力巨大；（3）提出的新型电站锅炉余热利用综合优化该系统，烟气分级加热空气，从而大幅度降低烟气空气换热温差，降低了空气预热器的传热火用损失；同时低温省煤器烟气和工质温差合理且传热系数较大，换热面积较常规余热利用系统变化不大；（4）新型优化系统中，低温省煤器工作在130～174℃的烟温范围内，换热器壁温较高，低温腐蚀问题基本得到解决。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(14)： 1-8

入选年份：2016

600 MW循环流化床锅炉水冷壁和中隔墙传热特性

周星龙，程乐鸣，夏云飞，等

摘要：目的：随着循环流化床锅炉的大型化，特别是超临界循环流化床锅炉，炉膛中需要设置更多的附加受热面。为使这些受热面设计合理，不仅需要了解这些受热面的平均传热系数，还要了解其局部分布规律。建立一种基于炉膛气固流动数值模拟流场的受热面传热系数三维计算方法，以某600 MW超临界CFB锅炉为对象进行模拟计算，得到炉膛水冷壁和中隔墙受热面的传热系数三维分布，分析气固流动参数对传热系数的影响。方法：（1）建立600 MW循环流化床锅炉炉膛的网格模型，通过 UDF将炉膛顶部烟窗出口物料送回炉膛下部返料口。炉内除了四周水冷壁外，还布置有水冷中隔墙和悬吊屏。（2）利用Fluent软件开展数值模拟，采用结合颗粒动力学的双流体模型。湍流模型中气相、颗粒相分别采用RNG k-ε模型、Per Phase k-ε模型。气相和颗粒相之间的动量传递选用EMMS曳力模型描述。（3）传热系数模型采用基于“环-核”流动结构的颗粒团更新模型，利用Fortran编程计算，以气固流场三维数值计算结果为输入参数，得到炉膛受热面传热系数三维分布。结果：（1）由于中隔墙的存在，炉内气固流动整体呈双环核结构分布，在水冷壁及中隔墙表面均存在贴壁颗粒下降流，在炉顶位置开始形成，向下逐渐加速，到达裤衩腿顶部时，下降速度达到最大。（2）水冷壁表面，贴壁颗粒团覆盖率沿床高增加而减小，对流传热系数相应减小，但由于壁温升高及颗粒分散相份额相对增多，辐射传热系数增大，总传热系数沿床高增加而逐渐减小。（3）中隔墙表面，对流传热系数沿床高的增加而减小，辐射传热系数逐渐增大，总传热系数沿床高增加而逐渐减小。（4）水冷壁和中隔墙的热流密度沿床高增加而减小，在炉膛四角以及水冷壁和中隔墙的夹角处热流密度较大。结论：建立了一种基于炉膛气固流动数值模拟流场的受热面传热系数计算方法。利用Fluent软件的欧拉双流体模型进行炉膛气固流动数值模拟，采用了基于EMMS模型的气固曳力计算方法。在炉膛气固流动数值模拟流场的基础上，利用Fortran语言编程，采用循环流化床颗粒团更新传热模型进行炉膛内受热面传热系数计算。采用该方法对东方锅炉600 MW超临界循环流化床锅炉炉膛的流场和传热特性参数进行了模拟计算，得到了炉膛水冷和中隔墙传热系数和热流密度三维分布，为600 MW超临界循环流化床锅炉的研发提供了理论和技术基础。

来源出版物：中国电机工程学报, 2014, 34(2)： 225-230

入选年份：2016

通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究

刘振亚，张启平，董存，等

摘要：目的：我国风能、太阳能等可再生能源具有分布集中度高、与负荷中心呈逆向分布的特点。根据“十二五”规划，我国将建设河北、蒙东、蒙西、吉林、甘肃、山东、江苏、新疆和黑龙江9大风电基地。上述风电基地中除山东和江苏外，其余7大风电基地所属地区电网规模有限，必需通过远距离输电，扩大风电消纳范围，才能进一步增加开发规模。通过特高压输电系统将位于“三北”地区大型能源基地的风电以及光伏电力输送到东中部负荷中心是全面落实国家新能源发展规划的主要方式。位于华北地区（含蒙西）能源基地的风电等清洁能源可以通过特高压交流系统输送；位于东北和西北（含新疆）地区能源基地的风电等清洁能源只能通过特高压直流系统输送。结合直流输电技术特点研究提出确定送端风电、光伏、火电规模的方法和步骤，该方法也适用于通过交流输电系统实现大型能源基地风光火电力大规模高效率安全外送的分析计算。方法：（1）选定具有风、光、火等一次能源资源的大型能源基地并确定本期外送电方式及其送电容量。（2）根据工程总投资回收年限以及受端电网电力电量需求，确定输电容量的年利用小时数以及风电、光伏发电和火电装机容量年利用小时数。根据能源基地所在区域的风、光资源统计资料确定风电、光伏发电装机容量的年利用小时数以及典型的风电、光伏功率曲线。（3）根据建立起来的装机容量、电量等约束条件，优选外送风光电量最多、弃风弃光容量最少且不增加送、受端电网低谷调峰负担的风、光和火装机容量配比方案。（4）计算校核配比方案的直流工程两端换流站交流母线短路容量，确保满足直流工程技术规范要求。并对送受端电网的暂态、动态和静态安全性进行校核计算，确保满足《电力系统安全稳定导则》要求。结果：在已确定哈郑配套风电装机8000 MW、光伏装机1250 MW情况下，计算火电装机容量为 7000 MW。按此进行一年四季典型输电曲线校核，结果表明一年四季除冬季晚峰直流功率为其额定功率的85%外，用电高峰时段直流功率均能达到额定功率90%以上。除了夏季低谷风电大发时段直流功率最低降至77%外，其他季节均能降至70%以下。此方案每年向河南输送电量为560亿kWh，其中清洁能源电量为190.5亿kWh，占年度输电量的34%，火电利用小时数为5279 h。送端能满足直流工程和送端电网安全运行要求，受端必须尽快建设投运“西纵”特高压交流工程，才能保障哈郑直流和受端电网安全、高效运行。结论：提出了基于年度输电量的风、光、火配套电源装机容量优化计算方法，基于风、光典型发电曲线的调度生产模拟计算方法及其安全经济的必要运行条件，从而实现输电系统的安全、经济运行。

来源出版物：中国电机工程学报, 2014, 34(16)： 2513-2522

入选年份：2016

主动配电网规划中的负荷预测与发电预测

钟清，孙闻，余南华，等

摘要：目的：随着信息化和物联网的发展，配电网中的负荷类型日益增多，且尖峰负荷导致设备利用率低下、资产浪费，使得电网的建设运行负担加重；而分布式电源渗透率不断增大也给电网的运行带来一定冲击和影响，原有配电系统正向着主动配电系统发展。因此，分析主动配电网中的新型负荷类型及分布式电源对主动配电网规划的影响，提出适用于主动配电网的概率型负荷预测和分布式电源发电预测方法，可有效实现主动配电网的电力电量平衡计算，应用于电网规划。方法：原有电力系统中负荷预测只是基于负荷历史数据，并没有考虑需求侧响应的影响。而随着信息化和物联网的发展，越来越多的负荷呈现了可控、可调的新特性，如阶梯分时电价下的负荷响应情况、充电电动汽车负荷的增加等，使得原有负荷预测思路不再适用于主动配电网模式。因此文章系统的对负荷进行分类，依据其可控、可调程度，将总体负荷划分为友好负荷和非友好负荷，并定义负荷主动控制因子，估算出友好负荷所占比例，从而削减电网尖峰负荷。针对主动配电网中的分布式电源接入，由于分布式电源出力的波动性，仅用其装机容量不能代表其真实出力，因此文章提出了在对规划区规划年的分布式电源总装机容量进行预测的基础上，利用单位分布式电源可信出力计算值，进行总装机容量下分布式电源的可信出力预测的预测方法。最后，文章给出了基于主动配电网下的新型负荷和分布式电源出力预测的主动配电网变电站及网架规划建设思路。结果：在考虑主动配电系统下新型负荷及分布式电源接入影响的基础上，研究适用于主动配电网的负荷预测及分布式电源发电预测方法，从而指导电网规划建设。具体包括：（1）对主动配电系统中的负荷进行分类，并依据是否可控、可调，提出了友好负荷和非友好负荷的定义及划分过程，给出了主动配电网中包含新型负荷的负荷预测方法；（2）构建主动配电网分布式电源装机容量及分布式电源预测模型，考虑分布式电源出力的概率特性，提出分布式电源可信出力预测方法；（3）以负荷预测和发电预测结果为基础，给出了主动配电网变电站容量的计算方法，并分析了新型负荷和分布式电源接入对网架规划的影响，论述了主动配电网的经济分析过程。结论：提出了主动配电网的负荷预测和发电预测方法，并以此为基础，分析了新型负荷和分布式电源对主动配电网规划的影响。所得结论如下：（1）将主动配电网总体负荷按照其可控程度将其分成了友好负荷和非友好负荷，并给出主动配电网峰值负荷的预测方法；（2）构建规划区分布式电源总装机容量预测模型，并基于分布式电源出力的概率特性建立了单位分布式电源可信出力预测模型，最终给出了包含储能装置的分布式电源可信出力预测方法；（3）分析了新型负荷和分布式电源对主动配电网变电站规划、网架规划和经济性的影响，并建立主动配电网规划经济性优化模型。

来源出版物：中国电机工程学报, 2014, 34(19)： 3050-3056

入选年份：2016

能源互联网技术形态与关键技术

田世明，栾文鹏，张东霞，等

摘要：目的：随着以云计算和大数据技术为代表的互联网技术与能源技术的融合，能源互联网将成为能源技术革新的关键，推动可再生清洁能源发展。通过对能源互联网前期已开展的项目和学术观点进行深入分析，研究能源互联网需求，探讨能源互联网的构成要素和关键技术，可为能源互联网技术的发展、运营体系的构建提供参考。方法：针对能源互联网前期已开展项目和学术观点展开深入分析，首先分析欧洲、美国和我国开展的能源互联网科研和实践工作，辨析能源互联网与智能电网的关联性；然后提出能源互联网的技术内涵和技术特征，并分析能源互联网的技术要素和技术形态，探讨能源互联网的构成要素和关键技术。结果：对能源互联网技术特征、技术内涵、构成要素、关键技术等进行了深入研究，具体包括：（1）探讨了能源互联网主要内涵，是革命性的未来可持续能源供应系统、以可再生能源为主体的互联共享网络、多能源网及电气化交通网的协同与融合及多能源的信息互联网络及交易平台；（2）归纳了能源互联网技术特征，泛在互联、对等开放、低碳高效、多源协同、安全可靠；（3）研究了能源互联网构成要素，跨国或跨洲大型能源基地之间的广域能源互联网、国家级骨干能源互联网、智慧城市能源互联网、用户域能源互联网及市场域能源互联网；（4）梳理了能源互联网概念架构，包括多能源层、能源路由器、主动负荷和多能源市场部分；（5）提炼了能源互联网关键技术，新能源发电技术、大容量远距离输电技术、先进电力电子技术、先进储能技术等。结论：能源互联网是保障国家能源供应安全，支持经济可持续发展的需要。通过研究能源互联网需求、技术内涵、构成要素等重要特征，把握关键技术，大力发展能源互联网，将为传统能源供应的思维模式、价值观、生产模式和人们的生活方式带来巨大的变化。

来源出版物：中国电机工程学报, 2015, 35(14)： 3482-3494

入选年份：2016

基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性

翟佳俊，张步涵，谢光龙，等

摘要：目的：双馈感应发电机（DFIG）由于发电效率高、变流器容量小、功率解耦控制等优点，在现阶段风力发电装机容量中增长迅速。因此，在电网并网点电压跌落较深时，双馈感应发电机必须具备低电压穿越能力，以防止大规模风电机组解列造成电网剧烈的频率波动。撬棒保护电路是目前运用较为广泛的一种低电压穿越方式，但双馈感应发电机在电网电压突降时所表现出来的电磁暂态特性相当复杂，对含有高渗透率分布式风电机组的配电网保护提出了挑战。主要分析装设有撬棒保护电路的双馈感应发电机在三相对称短路情况下的短路电流特性，据此探索影响双馈感应发电机短路电流因素，并试图推导有利于接入双馈感应发电机的配电网保护配置的近似求解公式。方法：利用 PSCAD/EMTDC仿真软件初步分析影响双馈感应发电机输出短路电流的因素，包括撬棒电阻、直流母线电压和网侧变流器。PSCAD/EMTDC采用时域分析求解完整的电力系统微分方程（包括电磁和机电两个系统），结果非常精确。在同步旋转d-q坐标系下列写双馈感应发电机的电压、磁链方程，使得求解方程中的各个变量清晰、明确；并依据合理的简化假设——忽略转子磁链对于定子绕组的耦合作用，实现了定、转子磁链表达式的解耦，推导出了双馈感应发电机在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式。最后依据电路理论中的等效电压源模型，对双馈感应发电机的定子短路电流表达式也进行了类似等效。结果：从研究结果的分析中可以看出，（1）撬棒电阻的大小直接决定了双馈感应发电机输出短路电流和定子短路电流的差异，但在保证双馈感应发电机内部电力电子元件安全工作的前提下，我们仍可以用双馈感应发电机的定子短路电流来替代输出短路电流；（2）对定子短路电流的求解过程可以转化为对双馈感应发电机定转子磁链的求解；（3）考虑撬棒电阻的电阻值要远大于双馈感应发电机的定子绕组的电阻值，忽略转子磁链对于定子绕组的耦合作用，从而可以实现定转子磁链表达式的解耦；（4）三相对称短路时，双馈感应发电机定子磁链的初始值、转子磁链初始值以及定子电阻、转子电阻、撬棒电阻是决定定子短路电流和转子短路电流的关键因素；（5）双馈感应发电机的定子短路电流可以简化为一种阻抗电压源模型。结论：撬棒电阻选择过大会严重影响双馈感应发电机输出短路电流与双馈感应发电机定子短路电流的差异，但在网侧变流器引入必要的限制条件后，无论是否出现钳位效应都可以用双馈感应发电机定子短路电流来替代双馈风电机组输出的短路电流。而通过合理假设推导出了定子短路电流的表达式，并对双馈感应发电机的短路电流给出了一种等效阻抗电压源模型，这有利于双馈感应发电机短路电流特性的进一步研究，简化了实现接有双馈感应发电机的配电网保护配置。

来源出版物：电力系统自动化, 2013, 37(3)： 18-23

入选年份：2016

从智能电网到能源互联网：基本概念与研究框架

董朝阳，赵俊华，文福拴，等

摘要：目的：以化石能源集中式利用为特征的传统经济和社会发展模式正在逐步发生变革，而以新能源技术和互联网技术为代表的第三次工业革命正在兴起。作为第三次工业革命的核心技术，能源互联网力图结合可再生能源技术与互联网技术，推动分布式可再生能源的大规模利用与分享，促进电力，交通，天然气等多种复合网络系统的相互融合，最终实现改变能源利用模式，推动经济与社会可持续发展的目的。在此背景下，基于杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中提出的能源互联网的愿景，展望了能源互联网的发展前景，并试图建立其基本的研究框架。首先，给出了能源互联网的初步定义，并概述了能源互联网的基本架构及其组成。随后，针对广域内分布式设备的协调与控制、电力系统与交通系统的融合、电力系统与天然气网络的融合、信息物理建模及安全等几个核心问题，探讨了能源互联网研究中可能面临的主要挑战。方法：利用里夫金在《第三次工业革命》一书中提出的能源互联网的4大特征，来给出能源互联网较为明确的定义，并讨论其架构、组成、以及和“智能电网”的联系和区别。里夫金认为，能源互联网应具有以下4大特征：（1）以可再生能源为主要一次能源；（2）支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入；（3）基于互联网技术实现广域能源共享；（4）支持交通系统的电气化（即由燃油汽车向电动汽车转变）。从上述特征可以看出，里夫金所倡导的能源互联网的内涵主要是利用互联网技术实现广域内的电源、储能设备与负荷的协调；最终目的是实现由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的转变。结果：能源互联网的几个可能面临挑战的核心问题：（1）能源互联网的基本概念、架构及组成。基于里夫金的能源互联网愿景，给出其初步定义。能源互联网是以电力系统为核心，以互联网及其他前沿信息技术为基础，以分布式可再生能源为主要一次能源，与天然气网络、交通网络等其他系统紧密耦合而形成的复杂多网流系统。电力系统作为各种能源相互转化的枢纽，是能源互联网的核心。电力系统与交通系统之间通过充电设施与电动汽车相互影响。天然气网络的运行将直接影响电力系统的经济运行及可靠性。因此，未来的电力系统与天然气网络之间的能量流动将由单向变为双向。能源互联网还可能进一步集成供热网络等其他二次能源网络。（2）广域内分布式设备的协调与控制。广域内分布式设备的协调优化。能源互联网最重要的核心内涵是实现可再生能源，尤其是分布式可再生能源的大规模利用和共享。因此，分布式设备的接入是能源互联网的重要研究内容之一。广域负荷侧控制。可控负荷是未来电力系统内重要的分布式设备，考虑到能源互联网内可再生能源将占有很高比例，对大量可控负荷的协调控制将非常重要。分布式设备的即插即用。在未来，能源互联网必须具有极强的可扩展性，具有支持分布式发电、储能、可控负荷等设备即插即用的标准接口。（3）电力系统与天然气网络的融合。未来的能源互联网将是天然气网络与电力系统高度耦合的产物。电力系统和天然气网络的协调规划和协调运行将是气电网络融合的两个重要研究课题。（4）电力系统与电气化交通系统的融合。以电动汽车为纽带，电力系统与交通系统的耦合程度在未来将不断加深。电气化交通系统尤其是电动汽车将成为能源互联网的重要组成部分。两者的耦合将主要体现在规划和运行两个层面上。（5）能源互联网的信息物理建模及安全性。信息质量及能源互联网的信息物理建模。信息系统所提供的信息的质量可以从完整性、准确性和及时性3个方面加以评估。能源互联网内信息与物理系统之间的交互研究可以从3个方面进行。首先，需要研究信息系统与物理系统的统一建模理论，即信息物理建模。其次，需要结合物理系统及其调度与控制功能的特性，研究信息质量的评估方法。最后在上述研究的基础上，发展与物理系统相适应的信息系统规划与运行方式。能源互联网的信息物理安全性。信息物理安全性是能源互联网的核心内容之一，以下几个方面值得重点关注：（1）对智能电网信息物理安全的研究主要以潮流等静态分析工具为基础。事实上，网络攻击和信息系统故障对于系统动态安全的影响更为显著。（2）现有研究工作基本上将物理安全和信息安全割裂开来进行。事实上，物理系统故障和信息系统故障可能同时发生。（3）应该如何量化信息物理安全性，仍然没有一个广泛认同的方法。（4）针对不同类型的网络攻击手段和信息系统故障，还需要深入研究相应的信息物理安全防护手段，以及防护手段之间的协调。（5）信息系统故障将如何影响能源互联网这样复杂的多网流系统，还需要进行系统而深入的研究。结论：能源互联网是以电力系统为核心，以互联网技术和新能源发电技术为基础，并结合了交通、天然气等系统构成的复杂多网流系统。能源互联网发展的核心目的是利用互联网及其他前沿信息技术，促进以电力系统为核心的大能源网络内部设备的信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡。

来源出版物：电力系统自动化, 2014, 38(15)： 1-11

入选年份：2016

主动配电网现状与未来发展

赵波，王财胜，周金辉，等

摘要：目的：随着分布式电源和电动汽车等规模化发展，将给传统配电网带来诸如电压越限、双向潮流等问题，尤其在当前分布式光伏相关国家鼓励政策不断出台，高渗透分布式光伏电源接入配电网可能导致的电压水平升高、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化等问题显得尤其突出，将打破传统配电网潮流单向辐射状供电模式。为了应对以上问题，传统配电网已逐渐从被动模式向主动模式转变，由此，促进对 ADN的科学理解，同时确定支撑 ADN发展的新的方法和技术的主动配电网（active distribution network，ADN）的概念被提出。方法：总结了近年来ADN的相关研究成果，主要包括；主动配电网的控制方式、分布式电源的优化规划、电压管理、电动汽车的主动管理、需求侧管理、ADN的保护和故障定位等。ADN有集中式、分散式及混合分层式3种不同的控制方式。集中式控制利用中央控制器对各个DG分配有功和无功指令。分散式控制利用本地控制器，通过分析本地采集的数据与相邻设备送来的信息发出控制指令。混合分层式控制包含数个管理控制层，兼具了集中式和分散式框架的特点。ADN利用电力电子技术、通信和信息技术、智能用电技术、虚拟电厂技术和储能技术等新兴技术，提高了配电网的容量和智能化水平。最后，揭示了通过协调利用这些技术和方法的主动配电网与传统的被动配电网的不同。结果：ADN利用集中式、分散式及混合分层式控制方式，实现了对 DG、负荷及其他设备之间的协调控制。应用遗传算法、下垂控制等理论，实现了对配电网中的DG进行优化配置并维持了输出电压的稳定。通过分时电价引导和双向的信息通信技术，使用户将部分负荷的工作时间从用电高峰转移至用电低谷，实现了削峰填谷和用户主动参与配电网的管理。当配电网发生故障时，ADN通过采集线路信息，利用监控系统和继电保护装置对配电网进行保护，实现了准确的故障定位。结论：进一步提出了未来可能会影响主动配电网发展的新技术和新概念：（1）随着电动汽车需求的不断增加，对大量超时使用的电动汽车进行有序的规划和管理，将有效缓解AND在需求侧的压力；（2）直流负荷及直流发电单元在未来可能将达到相当大的比例，交直流混合配电网将是主动配电网的一个重要发展方向；（3）利用成熟的分布式电源和微电网技术来开发连接到智能微电网和配电网的集成式配电网，充分利用集中或分散的能源的价值；（4）电动汽车电池二次回收利用技术、配电网与需求侧的用户互动技术、虚拟微网（VMG）等技术可能对未来推动ADN的发展起到关键的作用。

来源出版物：电力系统自动化, 2014, 38(18)： 125-135

入选年份：2016