电动汽车的充电负荷预测对配电网的安全可靠运行关系重大,并且高渗透率的充电负荷可以提供相当大的可调度潜力容量为电网调频调峰提供支持。因此,研究单一时间维度和复杂时空维度两种充电负荷预测方法,以及电动汽车可调度潜力容量评估方法,是当前智能配电网发展中的一个重要课题。单一时间维度充电负荷预测方法将汽车进行分类,通过数据分析建立了时间特征变量数学模型,推导出各时刻充电概率,采用蒙特卡洛模拟方法得到汽车充电负荷。该方法利用数据分析得到的日行驶里程代替主观给定的起始电荷状态（SOC）以推导充电时长,利用更具随机性的时刻充电概率代替计算得到的充电时段来确定充电负荷。以某市为例,预测了汽车的日负荷曲线,并与常用负荷预测方法的结果进行对比。结果表明该方法能够简捷快速地预测充电负荷。复杂时空维度充电负荷预测方法通过数据分析,构建了由时空特征变量支撑的二维动态交通行为模型。然后为探讨汽车连续充电与集中充电的特性,设定了连续充电和集中充电两种充电情形,以此构建充电行为模型。最后通过蒙特卡洛法模拟汽车交通-充电行为,计算得出不同时间、区域下汽车负荷预测结果,并分析了负荷对电网的影响。结果表明,该方法合理描述汽车时空二维不确定变化的特点,能够更为精确地预测充电负荷。电动汽车可调度潜力容量评估方法是在分析汽车交通-充电行为的基础上,再进行潜力容量评估。首先通过对汽车出行数据的数据分析建立起准确的出行模型,然后模拟汽车交通行为和充电行为得到其电荷状态（SOC）曲线,最后兼顾电网-用户两侧差异化需求,根据电网及用户的调度约束计算汽车可调度潜力容量。为了研究不同调度方式下的调度潜力,本文在电网三类调频方式约束下设置了三种调度类型,得到了四种不同区域内的调度潜力以及调度容量对电网的影响,并与其他方法进行了对比。结果表明,本文方法能够对电动汽车可调度潜力容量进行科学评估,并且能为电网调度提供参考和依据。

为实现我国关于“碳达峰、碳中和”的重大目标,可再生能源将以分布式电源的形态越来越广泛地接入到低压配电网（Low Voltage Distribution Network,LVDN）。但可再生能源发电的随机波动以及电源的单相接入将加大LVDN的调控难度,直接全额消纳上述电源出力也将给电网运行带来不利影响。随着控制技术的发展、电动汽车等柔性负荷占比的提升、新型储能技术的成熟,LVDN可调度资源愈加丰富,为低压有源配电网的协调控制研究提供了机遇。本文基于LVDN三相四线制潮流约束研究计及“源-储-荷”调度资源互动的低压有源配电网协调控制方法。主要工作内容如下:首先,对低压有源配电网进行建模,提出低压有源配电网的基本结构和组成,对“源-储-荷”的特性进行分析;基于三相四线制节点导纳矩阵对LVDN各元件进行三相建模,引入以注入电流为修正量的牛顿拉夫逊三相潮流模型;搭建低压有源配电网基态模型并进行潮流计算,研究光伏接入LVDN后电压、网损、三相不平衡度的变化规律,揭示了光伏接入LVDN后可能带来的影响,为“源-储-荷”协调控制策略的制定提供依据。其次,针对单相光伏接入可能加剧三相不平衡的现象以及传统三相平衡优化在三相四线制LVDN的适用性问题,分析了光伏逆变器无功调节对LVDN的积极作用,研究光伏选相并网基本流程及装置可行性,基于此建立含光储的LVDN三相不平衡度优化模型;使用三相四线潮流模型对LVDN进行建模,利用区间数对光伏出力的不确定性进行描述,并以区间约束水平对区间约束进行转化,同时构建了互补约束对离散变量进行连续化处理;算例结果表明,通过光伏选相并网、光伏逆变器无功调节、储能有功调节能有效降低LVDN三相不平衡度而且求解算法收敛性好,求解效率高。最后,在上述网侧调控资源的基础上,以负荷侧调控能力为切入点,增加了价格型需求侧响应机制这一调控手段,提出了网-荷两个主体协同的基本框架,建立了配电运行成本代价最小和用户用能成本最小的双目标优化调度模型;采用ε-约束法和计及主观权值修正的熵权双基点法对双目标优化调度模型进行求解和折中解选取;仿真结果表明,需求侧响应参与调控后增加了LVDN的调控灵活度,通过双目标的折中解选取,能够有效平衡配网侧改善电能质量的需求和用户侧降低用能成本的需求。

在以“互联网+智慧能源”为能源发展战略,“碳中和”为能源发展目标的背景下,越来越多的分布式电源、充电桩在低压配电网（low-voltage distribution network,LVDN）中接入,间歇性电压越限将成为其安全运行的主要挑战之一,而LVDN电压管理的支撑基础是拓扑智能识别。因此,LVDN拓扑智能识别和电能质量管理成为电网行业促进分布式电源、储能、电动汽车并网以及打造高质量现代供电服务体系的关键技术需求。本文基于LVDN中的用电量测数据,围绕LVDN的“变-相-线-户”关系识别和电压质量管理理论方法与工程应用展开研究,具体工作如下:（1）针对LVDN变户关系识别中数据区分度和数据噪音对识别效果的影响问题,提出了基于知识驱动的变户关系识别方法。首先,基于潮流模型,推导了与变户关系相关的先验知识;其次,联合Z-Score和主成分分析法对原始数据进行标准化和特征提取处理,以放大数据间的差异并削弱数据噪声的影响;进而,建立了综合利用有关靠近配变首端和非靠近配变首端用户的电压关联特性的知识驱动变户识别模型。算例分析验证了所提方法的有效性,探讨了所提方法在不同场景下的性能表现,相比已有方法,所提方法可以达到更高的变户关系识别准确率,且对数据区分度和噪音有较好的鲁棒性。（2）针对LVDN相-线-户关系识别中用户用电特征多样性考虑不足影响识别准确率的问题,提出了考虑空房用户自适应聚类的相-线-户关系识别模型。首先,基于节点电压时空分布规律,推导了用户间的关联特性,进一步提出了可将空房电表与用电电表相关联的用户自适应聚类方法;其次,构建了以低压母线与所连接电表电流之和的差值最小化为目标的识别二次规划模型;进而,设计了基于蒙特卡洛的识别结果概率分布模型,提升识别算法对电表计量误差的鲁棒性。算例分析验证了所提模型的有效性,探讨了阈值系数对识别准确率的影响,在存在空房用户和电表计量误差的用电特征多样性场景下,所提模型可以达到更高的LVDN相-线-户识别准确率。（3）针对LVDN相户关系识别中数据质量对识别效果的显著影响问题,提出了考虑数据不完整性的相户识别多维校正改进方法。首先,基于LVDN节点电压特性,推导了低压用户和母线间的多维关联特性;接着,结合定位指标和多维关联特性,刻画了可修正远离低压母线用户的相序连接关系的多维校正理论;进而,综合多种相序识别理论,构建了面向数据不完整的多样化相户识别模型和方法。算例分析验证了所提方法的有效性,探讨了阈值系数对识别准确率的影响,在数据不完整情况下,本文所提多维校正改进方法相比已有方法可以达到更高的相户识别准确率。（4）针对LVDN电压幅值和三相不平衡越限治理中手段不足的问题,提出了充分调动居民需求侧资源潜力的思路,建立了基于温控设备（thermostatically controllable appliances,TCA）多目标电压管理优化模型。首先,建立了电热水器和空调在LVDN电压管理中的响应模型;其次,构建了以最小化需求侧响应成本、网络损耗和用户不舒服性为目标,用户的热水器和空调用电功率作为决策变量的LVDN电压管理多目标优化模型。算例分析表明,所提方法能兼顾电网企业调节成本、用户舒适性,将LVDN所有节点的三相电压不平衡度和电压幅值控制合格范围内,并提高LVDN对光伏并网容量的耐受渗透比。论文研究成果丰富了LVDN拓扑智能识别及电压质量管理方面的理论和方法,对于推动我国“构建以新能源为主体的新型电力系统”的建设和用户用电体验提升具有重大意义。

随着高级量测体系（Advanced Metering Infrastructure,AMI）技术、大数据技术和“智能电网”的发展,含源低压配电网的拓扑自动识别技术研究迎来了新的机遇和挑战。虽然AMI技术为低压配电网（low voltage distribution network,LVDN）的拓扑识别带来了新手段,但是分布式电源（Distributed Generation,DG）的加入,改变了电气量之间的相关联系,增加了运用AMI数据进行拓扑智能识别的难度。文本重点研究继续利用AMI量测数据的优势,解决含源低压配电网的拓扑自动识别的问题,主要工作内容如下:本文首先对含源低压配电网三相四线潮流模型与算法进行了概述,然后对含源低压配电网的电气量时空特性进行了相关性机理分析,为后续的拓扑自动识别算法和算法准确率评估研究奠定了理论基础。具体地,针对低压台区三相四线、多点接地（即重复接地）、DG接入等结构特点,构建了适用的潮流模型以及算法;从电压、电流和功率三个电气量上对含源低压台区进行时空特性的分析。其次,对LVDN的拓扑结构类别进行说明,分为“线户关系”和“相户关系”,并结合电气量时空特性,对电气量与LVDN物理拓扑的内在联系进行分析;同时分析电气量的相关性,根据电压的相关性对空房用户作归类处理,根据功率的相关性对负荷用户和光伏DG作区分处理;基于基尔霍夫电流定律（KCL定律）搭建含源低压配点网的拓扑识别模型,并转化成二次规划问题求解,同时松弛成二次连续规划模型,便于求解。通过仿真结果证明,相较于利用电压相关性进行拓扑识别的方法,所提出的拓扑识别方法能更准确地识别出含源低压配电网的拓扑关系。最后,针对没有先验拓扑的情况下无法确认准确率的问题,研究AMI量测数据质量对所提的含源低压配电网拓扑识别准确率的评估方法。探究量测数据的完整性、时序长度、相似性、相异性等方面对所提的拓扑识别方法的影响程度,并分析其影响机理;基于此影响机理,提出涵盖五个指标的量测数据质量评价模型;利用此量测数据质量分数与识别准确率呈正相关的关系,搭建一个对应关系的拓扑识别结果准确率评估模型,该模型能根据AMI量测数据的质量分数获取该次识别准确率的范围。通过仿真实验,证明了所提的评估模型具有实用性和有效性。

积极灵活的需求侧响应技术能够进一步拓展电能替代的广度和深度,是一种优化用能、减少用能、降低碳排放的有效方案,能有效助力我国更快实现碳达峰和碳中和目标。电动汽车兼具了弹性负荷与储能设备的特性,投资市场广阔、响应性能良好、可调控裕度极大,是一种特殊而优质的需求响应资源。为进一步挖掘电动汽车的需求响应潜力,本文分别从车联网的运行及规划层面开展研究。主要工作内容如下:本文首先对电动汽车充电负荷的一般建模方法以及需求响应的原理进行简要阐述,详细介绍了电动汽车参与需求响应的机制,包括有序充电和V2G两种响应模式的基本原理。在有序充电控制方法方面,采用了基于实时剩余可控容量的有序充电控制策略,而在V2G优化调度方面,则建立了以负荷波动方差最小为目标的电网侧V2G优化模型。其次,针对现有三相不平衡评价指标在电流反向时所表现出的不适应性,本文从理论层面总结归纳出考虑电流反向的必要条件,并从进一步推导出适用于电流反向情况的三相不平衡指标——剩余不平衡电流,在此基础上建立了最小化配变低压侧剩余不平衡电流及负荷波动方差的V2G双目标优化模型,并阐述了与之相匹配的商业模式,保障用户的效益。算例表明,所提优化模型能够缩小负荷峰谷差,且对于存在电流反向的V2G场景,能更有效地优化三相潮流,降低配网不平衡程度。最后,针对集群电动汽车接入引起的配电容量不足及投资经济性问题,为对电动汽车参与需求响应给予良好有力的支撑,本文对纯住宅区和商住两用场景下的典型配电变压器基础负荷曲线进行聚类分析,根据负荷特性对电动汽车充电负荷做进一步细化建模,并考虑负荷的发展趋势,建立起配电变压器综合负荷的自然增长模型。在此基础上,根据有序充电和新建配电变压器2种手段的互补优势,提出了支撑电动汽车参与需求响应的配电变压器扩展规划方法,以投资方案全寿命周期成本最小为目标,建立长时间尺度下的组合决策优化模型,确定有序充电和新建配电变压器的最佳组合形式。算例验证了所提方法的有效性与经济性。

数据中心作为“新基建”的重要方向之一,其节能降耗问题一直是当前领域的研究重点。园区能源互联网强调能源利用效率的提升,且与数据中心产业园的建设模式具有天然的匹配性,构建数据中心园区能源互联网是解决数据中心能耗问题的重要思路。然而目前两者融合研究的领域相对空白,如何构建数据中心园区能源互联网,并实现其整体的高效运行是亟待解决的关键问题。基于此,本文重点研究数据中心园区能源互联网优化运行问题,主要工作内容如下:本文首先提出了数据中心园区能源互联网的基本模式与物理结构,并研究其中常见能源生产、转换、储存设备的数学模型,同时基于动态电压频率调整技术对数据中心电、冷负荷分别进行建模,并基于能源集线器思想构建了矩阵形式的园区能源平衡关系通用模型,为后续研究提供理论基础。随后考虑服务器工作频率调节技术及计算负载时域调度技术,对其进行数学建模,并提出了计及数据中心负荷调控的能源互联网优化运行模型。该模型能发挥园区能源互联网在多能耦合方面的优势,实现能源的高效利用;同时能结合上层能源网的价格信息,对不同时段的服务器工作频率及计算负载进行优化,实现了数据中心园区运行经济性的提升;进一步地,并分析不同可延时负载比例对园区优化运行的影响。最后考虑园区内源荷的不确定性,建立了基于改进弱鲁棒的数据中心园区能源互联网日前优化调度模型。以弱鲁棒理论为基础构建了园区能源平衡松弛约束,通过区间估计思想考量源荷不确定性中的概率信息,并通过对等式转换实现模型的线性化。该模型能考量源荷不确定性及其概率信息,并优先满足数据中心负荷;同时通过改变置信度参数与惩罚因子,能实现调度方案经济性与保守性的调节。设置不同的置信度与惩罚因子组合,构建置信度-惩罚因子-运行成本曲面,能直观体现上述两个参数对运行成本的影响,实现调度方案的经济性与保守性的平衡。

随着终端能效目标及分布式能源消纳需求的提升,传统配电网逐渐向多能源耦合、协调高效运行的综合能源系统转型。由于电能与天然气能物理特性存在互补性,电-气综合能源系统（Integrated electricity and gas system,IEGS）受到了大量的关注。IEGS 的发展对主动配电网的各个方面带来了不少机遇和挑战。本文重点研究区域电-气综合能源系统的配电网网络重构和孤岛划分问题,主要工作内容如下:本文首先对区域IEGS进行了概述和数学建模,为后续配电网的网络重构和孤岛划分研究奠定理论基础。介绍了 IEGS的基本结构和组成,以及互补特性和相依特性;对IEGS内常见的能源生产、转换和储存设备进行数学建模;从数学建模的角度将IEGS划分为电力网络子系统、天然气网络子系统和能源中心子系统三个子模块分别进行建模。其次,针对区域IEGS中配电网网络重构问题,介绍了条件风险价值理论（CVaR）,并利用其描述区域IEGS源荷不确定性给调度运行带来的潜在风险,在此基础上建立了考虑多能流约束的配电网网络重构模型;使用支路潮流模型对配电网进行建模,利用松弛节点电压变量对电压降落约束进行线性化处理,采用基于虚拟功率流的辐射状约束线性表达方式;利用二阶锥松弛将强非凸的天然气网模型松弛为混合整数二阶锥规划模型,最后利用改进的连续锥优化方法确保松弛的严格收敛性。算例结果表明,所提模型计及了源荷波动性带来的风险,降低了系统运行总成本,而所提算法能有效提高求解效率。最后,针对区域IEGS中配电网孤岛划分问题,考虑可再生能源和电气热负荷的不确定性,以最优化孤岛划分方案为目标,建立了考虑孤岛持续运行的鲁棒孤岛划分模型;模型中,以违背停电最短通知时间约束作为目标函数罚项进而最大程度为负荷预留一定的故障应对时间;同时兼顾避免孤岛负荷因源荷功率波动导致重复接入和切除的问题;基于鲁棒离散优化理论,将不确定性约束转化为确定约束,构建了混合整数线性规划模型,利用全局鲁棒调节系数改善鲁棒优化的保守性,平衡好孤岛划分方案的经济性和可操作性,满足不同决策需求。算例结果表明了所提的两个孤岛划分目标的有效性、鲁棒孤岛划分的必要性和有效性。

微电网作为综合消纳分布式可再生能源有效形态,在能源转型的大趋势下正迎来广阔的发展前景。同时,信息物理融合技术以及先进控制技术正推动微电网朝多形态重塑与发展以丰富其应用场景。在此背景下,传统主要通过配电网的规划理论、调度框架、优化建模等研究方法迁移到微电网将面临适用性与合理性的挑战。因此,针对微电网不同运行控制模式与通信特点,开展针对性的运行与规划相关研究将具有重要的意义。本文立足高比例可再生能源接入带来运行不确定性显著增长的情景,聚焦优化建模与求解算法两个层面,对多形态微电网的运行与规划开展研究,主要工作如下:（1）针对并网型微电网的安全评估问题,提出了电压越限概率、置信度电压波动范围以及线路传输功率越限概率作为微电网安全运行的关键指标。扩展QV节点潮流对并网点电压控制的分布式电源+储能的运行特性进行合理描述。在此基础上首次提出了含QV节点的概率潮流解析算法,丰富了概率潮流的节点类型并实现并网型微电网的运行状态快速在线评估。算例对比验证了所提概率潮流模型与算法的准确性,同时也表明所提评估指标与方法能够有效量化系统安全运行风险,识别系统运行薄弱环节。（2）针对单一旋转备用在含高比例可再生能源的孤岛微电网的应用存在备用紧缺的问题,提出了源-荷-储协同备用体系。基于该体系,建立了考虑备用风险决策的孤岛微电网日前功率-备用联合优化调度模型,引入条件风险价值理论度量因备用不足引起的运行风险损失。在传统源荷预测误差分析建模基础上,考虑了预测误差之间的相关性问题,并运用计及相关性的拉丁超立方体抽样对预测误差进行场景生成以大幅降低传统依赖蒙特卡洛法的维灾。算例分析表明了所提功率-备用联合优化调度模型能够有效缓解高比例可再生能源接入的备用紧缺,提升系统运行的安全性和经济性。（3）针对现有面向对等控制孤岛微电网的概率潮流解析算法以及有功-无功协调规划理论的空缺,首先提出计及相关性的孤岛微电网概率潮流解析算法,运用Nataf变换处理分布式电源出力相关性,并基于半不变量法与Gram-Charlier级数展开求解概率潮流。在此基础上,从年综合费用和运行风险两方面构建有功-无功资源多目标协调规划模型,采用NSGA-II求取Pareto最优解集提供决策选择。算例仿真分析验证了所提概率潮流解析算法的准确性,规划方案对比分析也表明了所提规划模型的有效性与合理性。（4）针对孤岛微电网群的实时调度问题,提出了分散协同调度框架。以多智能体一致性理论为核心思想,将孤岛微电网群的实时经济调度问题转化为调节成本一致性问题以实现分散协同功率分配。根据各调控单元的运行特性,提出了调度优先级微电网内部功率分配策略,进而构建了微电网调节成本函数。为合理配置孤岛微电网群调控资源,建立了与运行相耦合和的孤岛微电网群有功调控资源双层优化规划模型,并对各单元的调节成本进行精细化建模。将一致性算法嵌入多种群遗传算法求解双层优化模型。算例仿真对比分析验证了所提规划模型与调度策略的有效性与优越性。论文研究成果丰富了微电网的优化建模及求解的理论和方法,在微电网源网荷储协调运行与规划方面具有广阔的应用前景。论文工作得到了国家自然科学基金项目（51777077）和广东省自然科学基金项目（2017A030313304）的支持。

In order to improve the economy of the park integrated energy system planning and fully consider the source & load uncertainty, this paper proposes a new planning method. Firstly, the planning model of the park integrated energy system is constructed with the goal of the comprehensive cost and the investment payback period. An entropy weight adaptive information gap decision-making method is proposed to deal with the source&load uncertainty factors; Then, aiming at the shortcomings of the existing solution methods, a joint optimization solution combining the heuristic algorithm with the Gurobi solver is proposed to solve the model; Finally, an example is used to verify the effectiveness of the model. The uncertainty method is able to eliminate the influence of the subjective factors in the traditional information gap decision-making methods. The proposed solution method is able to improve the solution efficiency and the diversity of the results. © 2023 Power System Technology Press. All rights reserved.

低压配电网的智能化发展对提高电网供电能力和质量、提升用电体验具有重要意义。对此,首先阐述了我国低压配电网的发展现状与存在问题。其次,通过综述国内外在智能配电网规划、运行控制、通信方面的相关研究现状,提出未来低压智能配电网在运维管理、运行方式、区域调控、用户用电、信息通道、公共用能方面的核心特征。然后从电网智能监控、用户互动服务、通信多类互补3方面对低压智能配电网的12种关键技术内容进行总结,并对后续发展方向进行评述。最后展望了低压智能配电网的发展前景,探讨低压透明配电网的概念。