CN105023192A - 一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,包括:获取电力***电源、电网和负荷三侧电力信息及其自然功率特性,分析电力设备的互动行为特性,建立电力***互动资源结构;分析互动资源对电价、激励和调度三种互动机制的响应特性,建立互动资源在不同互动机制下的功率变化曲线;确定互动资源的互动潜力,在互动潜力范围内,建立互动资源的互动成本变化曲线;确定三种互动机制下互动资源的互动量,选出满足***功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合,得出互动控制方案;分别从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性对互动控制方案进行评价,综合评价源-网-荷互动控制策略对电网的影响和互动效益,克服了单一指标的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及电力***理论、控制理论和***理论的交叉技术,具体涉及一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法。
背景技术
开放互动是智能电网的重要特征之一。随着新理论、新技术、新材料的快速发展,电源、电网和负荷均具备了柔性特征。随机性的可再生能源与水电、燃气轮机以及抽水蓄能等柔性电源一起正在向可预测、可调控的方向发展,与电网友好的可控常规负荷及微网、储能、电动汽车、需求响应等将发展成能够适应电网调控需求的柔性负荷,电网中有FACTS等柔性可控设备;信息交互的完善,使得电源、电网、负荷不仅能感知自身状态的变化,同时还能获知其它个体的全面信息,为电源、电网、负荷相互之间的全面互动提供了可能。因此,“源-网-荷”互动(电源、电网、负荷相互之间良性互动)是应对未来电网能源结构变革的重要手段,也是未来电网快速发展的必然。
“源-网-荷”互动的核心是电源、负荷与电网三者之间的协调互动,通过源源互补、源网协调、网荷互动和源荷互动等多种交互形式,更经济、高效和安全地提高电力***的动态平衡能力。传统电力***运行控制模式是电源跟踪负荷变化进行调整,负荷被认为是被动的、近乎刚性的。而在“源-网-荷”互动环境下,电源、电网和负荷均具备了柔性特征,可控负荷也将成为电网调节和消纳新能源的重要手段,“发电跟踪负荷”的现有控制方法已不能适应未来“源-网-荷”互动运行的需要。此外,目前尚未有合理的指标对“源-网-荷”互动影响及互动效益进行评价,需要建立一套开放的评价指标体系以衡量互动控制方案的合理性。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,本发明从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性四个方面构建了评价指标体系,克服了单一指标的局限性,评价指标能够发挥以下三个方面的作用:一是指导互动控制方案的决策过程,二是对互动效益进行评价,三是从电网安全角度对互动控制方案进行校核。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
本发明提供一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其改进之处在于,所述方法包括下述步骤:
1)获取电力***电源、电网和负荷三侧电力信息及其自然功率特性,分析电力设备的互动行为特性,建立电力***互动资源结构;
2)分析互动资源对电价、激励和调度三种互动机制的响应特性,建立互动资源在不同互动机制下的功率变化曲线;
3)确定互动资源的互动潜力,在互动潜力范围内,建立互动资源的互动调度成本变化曲线;
4)确定在不同的电价、激励和调度三种互动机制下互动资源的互动功率变化量,选出满足***功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合,得出互动控制方案;
5)分别从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性四个方面对互动控制方案进行评价,综合评价源-网-荷互动控制策略对电网的影响和互动效益。
进一步地,所述步骤1)中,电源侧包括常规水、火电、风能、太阳能可再生能源,负荷侧包括常规负荷、负荷侧的储能、电动汽车柔性可控负荷,电网侧包括FACTS柔性输配电设备;未来电网由于电源、电网和负荷均具备柔性特征,将形成全面的源-网-荷互动,呈现源源互补、源网协调、网荷互动和源荷互动多种交互模式。
进一步地,所述步骤2)中,首先分析各互动资源是否响应电价、激励和调度三种互动机制,然后,针对每一类互动资源建立其用电功率随电价、激励和调度三种互动机制变化的功率曲线;
响应电价机制时,假定用电功率P与电价p呈线性关系,根据互动前后用电功率、电价的变化确定系数α和β,如式(1)所示:
P=αp+β P∈[Pmin,Pmax] (1);
响应激励机制时,功率的变化量由负荷与调度中心所签合同中的负荷调节容量ΔP决定;用电功率P与调节功率ΔP关系为一条经过(0,1),斜率为1的直线,如式(2)所示:
P=P0+ΔP P∈[Pmin,Pmax] (2);
响应调度机制时,功率的变化量直接由调度功率PD决定,功率P与调度功率PD的关系如式(3)所示:
P=P0+PD P∈[Pmin,Pmax] (3)。
进一步地,所述步骤3)中,互动资源的互动潜力是指某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,用某时刻参与互动后整体功率上下浮动的最大范围与自然功率的比值表示;其中,向上浮动范围与自然功率的比值称为正向互动潜力,向下浮动范围与自然功率的比值称为反向互动潜力;互动资源调度成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出。
进一步地,所述步骤5)中,建立响应特性、互动效果、电网安全性和经济性相对应的表征指标,包括:响应特性指标、互动效果指标、电网安全性指标和经济性指标。
进一步地,所述响应特性指标包括互动资源的互动潜力、响应程度和单位互动量;
①互动潜力:表示某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,其计算表达式如下:
式中,Pi-max(t)、Pi-min(t)和Pi-0(t)分别为t时刻第i类互动资源可达到的最大功率、最小功率和初始自然功率值;
②响应程度:表示某时刻各类互动资源参与互动的实际水平,计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,其中,ΔPi(t)=Pi(t)-Pi-0(t),Pi(t)为t时刻第i类互动资源的实际功率值;
③单位互动量:表示各类互动资源的单位自然功率经互动后的功率变化量,其计算表达式为:
ξi(t)=Poti(t)×Ii(t) (6);
互动资源参与互动后功率变化量ΔPi(t)表示为:
ΔPi(t)=Pi-0(t)×ξi(t) (7)。
进一步地,所述互动效果指标包括峰谷差变化比,参与互动贡献比和可再生能源波动支撑水平;
A、峰谷差变化比:表示互动后电力***峰谷差较无互动时的变化情况,其计算表达式为:
式中,分别为在一定考察周期内(如1天)互动前电力***峰谷差和互动后电力***峰谷差;
B、参与互动贡献比:表示某时刻各类互动资源的互动功率在电力***总互动功率中所占的比例,其计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别;
C、可再生能源波动支撑水平:表示通过互动提高可再生能源消纳的能力,其计算表达式为:
式中,ΔPRE为某一类可再生能源的波动量。
进一步地,所述电网安全性指标包括电网重载率水平,电网越限率水平和互动潮流熵;
a、电网重载率水平:描述互动后线路的重载率情况,用以反映电网安全运行的程度,其计算表达式为:
式中,NLF表示线路负载率超过设定门槛值的线路数,K表示总支路数;
b、电网越限率水平:
表示互动后***出现线路功率越限的情况,其计算表达式为:
式中,NLR表示越限线路数;
c、互动潮流熵:
表示互动后电力***的线路负载率分布情况,其计算表达式为:
式中,表示对不同负载率区间内的线路条数进行概率化的比值,J-1表示负载率区间数,C为常数,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别。
进一步地,所述经济性指标包括互动资源调度成本,表示互动资源因参与互动而产生的额外支出,对于消耗电能的互动资源,计算表达式如(14)所示,对于产生电能的互动资源,计算表达式如(15)所示:
Ck=P0×p0-P×p+CB (14);
Ck=P×p-P0×p0+CB (15);
式中,P0和P分别为互动资源参与互动前后的功率,p0和p为互动资源参与互动前后的电价,CB为固定成本;
控制中心以总互动成本最小为原则调度参与互动的可控资源,计算表达式为:
IC=min(ΣCk) (16)。
与现有技术比,本发明达到的有益效果是:
1、本发明提供的一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,基于电价、激励和调度等互动机制引导电源、电网与负荷三侧的可控资源进行互动控制。为了对互动控制方案进行有效约束和评价,本发明从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性四个方面构建了一套指标体系,所建指标具有物理意义明确、易操作、全面且易扩展的特点,且能够发挥以下三个方面的作用:一是指导互动控制方案的决策过程,二是对互动效益进行评价,三是从电网安全角度对互动控制方案进行校核。
2、本发明所提互动控制策略评价方法有利于在未来电网源-网-荷互动环境下提高电力***能量平衡能力和可再生能源的主动消纳能力,并能为电力***的安全稳定、优质经济运行提供评判依据。
附图说明
图1是本发明提供的建立的电力***源-网-荷互动控制流程图;
图2是本发明提供的源-网-荷互动控制策略评价示意图;
图3是本发明提供的具体实施例采用IEEE39节点10机***为试验***图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,包括下述步骤:
1)获取电力***电源、电网和负荷三侧电力信息及其自然功率特性,分析电力设备的互动行为特性,建立电力***互动资源结构;
电源侧包括常规水、火电、风能、太阳能可再生能源,负荷侧包括常规负荷、负荷侧的储能、电动汽车柔性可控负荷,电网侧包括FACTS柔性输配电设备;未来电网由于电源、电网和负荷均具备柔性特征,将形成全面的源-网-荷互动,呈现源源互补、源网协调、网荷互动和源荷互动多种交互模式。
2)分析各互动资源对电价、激励和调度三种互动机制的响应特性,首先分析各互动资源是否响应电价、激励和调度三种互动机制,然后采用曲线拟合方法,针对每一类互动资源建立互动后的功率改变量分别随三种互动机制变化的功率曲线。
响应电价机制时,假定用电功率P与电价p呈线性关系,根据互动前后用电功率、电价的变化确定系数α和β,如式(1)所示:
P=αp+β P∈[Pmin,Pmax] (1);
响应激励机制时,功率的变化量由负荷与调度中心所签合同中的负荷调节容量ΔP决定;用电功率P与调节功率ΔP关系为一条经过(0,1),斜率为1的直线,如式(2)所示:
P=P0+ΔP P∈[Pmin,Pmax] (2);
响应调度机制时,功率的变化量直接由调度功率PD决定,功率P与调度功率PD的关系如式(3)所示:
P=P0+PD P∈[Pmin,Pmax] (3);
3)确定互动资源的互动潜力,在互动潜力范围内,建立互动资源的互动资源调度成本变化曲线;互动资源的互动潜力是指某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,用某时刻参与互动后整体功率上下浮动的最大范围与自然功率的比值表示;其中,向上浮动范围与自然功率的比值称为正向互动潜力,向下浮动范围与自然功率的比值称为反向互动潜力;互动资源调度成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出。
4)确定在不同的电价、激励和调度三种互动机制下互动资源的功率变化量,选出满足***功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合,得出互动控制方案;本发明提供的建立的电力***源-网-荷互动控制流程图如图1所示。
5)分别从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性四个方面对所得互动控制方案进行评价,综合评价电源、电网和负荷的互动影响和互动效益。本发明提供的源-网-荷互动控制策略评价示意图如图2所示。
建立响应特性、互动效果、电网安全性和经济性相对应的表征指标,包括:响应特性指标、互动效果指标、电网安全性指标和经济性指标。
一)响应特性指标包括互动资源的互动潜力、响应程度和单位互动量;
①互动潜力:表示某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,其计算表达式如下:
式中,Pi-max(t)、Pi-min(t)和Pi-0(t)分别为t时刻第i类互动资源可达到的最大功率、最小功率和初始自然功率值;
②响应程度:表示某时刻各类互动资源参与互动的实际水平,计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,其中,ΔPi(t)=Pi(t)-Pi-0(t),Pi(t)为t时刻第i类互动资源的实际功率值;
③单位互动量:表示各类互动资源的单位自然功率经互动后的功率变化量,其计算表达式为:
ξi(t)=Poti(t)×Ii(t) (6);
互动资源参与互动后功率变化量ΔPi(t)表示为:
ΔPi(t)=Pi-0(t)×ξi(t) (7)。
二)互动效果指标包括峰谷差变化比,参与互动贡献比和可再生能源波动支撑水平;
A、峰谷差变化比:表示互动后电力***峰谷差较无互动时的变化情况,其计算表达式为:
式中,分别为在一定考察周期内(如1天)互动前电力***峰谷差和互动后电力***峰谷差;
B、参与互动贡献比:表示某时刻各类互动资源的互动功率在电力***总互动功率中所占的比例,其计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别;
C、可再生能源波动支撑水平:表示通过互动提高可再生能源消纳的能力,其计算表达式为:
式中,ΔPRE为某一类可再生能源的波动量。
三)电网安全性指标包括电网重载率水平,电网越限率水平和互动潮流熵;
a、电网重载率水平
描述互动后线路的重载率情况,用以反映电网安全运行的程度,其计算表达式为:
式中,NLF表示线路负载率超过设定门槛值的线路数,K表示总支路数;
b、电网越限率水平:表示互动后***出现线路功率越限的情况,其计算表达式为:
式中,NLR表示越限线路数;
c、互动潮流熵:表示互动后电力***的线路负载率分布情况,其计算表达式为:
式中,表示对不同负载率区间内的线路条数进行概率化的比值,J-1表示负载率区间数,C为常数,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别。
四)经济性指标包括互动资源调度成本,表示互动资源因参与互动而产生的额外支出,对于消耗电能的互动资源,计算表达式如(14)所示,对于产生电能的互动资源,计算表达式如(15)所示:
Ck=P0×p0-P×p+CB (14);
Ck=P×p-P0×p0+CB (15);
式中,P0和P分别为互动资源参与互动前后的功率,p0和p为互动资源参与互动前后的电价,CB为固定成本;
控制中心以总互动成本最小为原则调度参与互动的可控资源,计算表达式为:
IC=min(ΣCk) (16)。
综合上述四类评估指标,全面地评估源-网-荷互动控制方案的合理性。
实施例
本发明实施例采用IEEE39节点10机***为试验***,如图3所示。设30、31、32、33、34、35、36、37节点为常规火电机组,38、39节点为风电的集中接入点,节点3、4、7、8、12、15、16、18、20、21、22、24、25、26、27、28、29、31、39为负荷节点。同时将***划分为两个区域,各区域内负荷的类型和响应特性不同。区域1设为典型的商业和居民区,对电价较为敏感,属于价格灵敏区,区域1中响应电价型负荷所占比例为40%,弹性系数为-0.2,互动潜力范围为[-50%,50%],响应激励型负荷所占比例为20%,互动潜力范围为[-50%,50%],剩下40%为功率不能被调节的刚性负荷;区域2设为典型的工业负荷区,对电价不太敏感,属于价格不灵敏区,区域1中响应电价型负荷所占比例为20%,弹性系数为-0.05,互动潜力范围为[-50%,50%],响应激励型负荷所占比例为40%,互动潜力范围为[-50%,50%],剩下40%为功率不能被调节的刚性负荷。在本发明例中,模拟调度中心通过电价信号引导柔性负荷参与互动,电价调节范围为0.4-1.6pu。
表1是风电在[-50%,50%]波动水平下柔性负荷的互动效果评价。可以看出,风电在[-30%,30%]范围内波动时,调度中心发布的电价信号波动幅度较小,柔性负荷对风电波动支撑水平为100%,说明此时利用价格响应完全可以实现风电的全额消纳,对电价敏感的区域1响应程度较区域2更大。但随着风电波动幅度增加(超过40%),***中的功率不平衡量增加,此时区域1中的柔性负荷的响应程度已经达到100%,调度中心为了进一步调度灵敏性较弱的区域2负荷参与互动,则需要大幅增加/降低电价,而此时柔性负荷对风电波动支撑水平持续下降,这种情况下需采取其他互动机制联合调节或者适当弃风。
表1风电在[-50%,50%]波动水平下柔性负荷的互动效果评价
柔性负荷参与互动后,风电正向波动极限为38%,反向波动极限为-44%,分别较比互动前提高了6%(正向)和-15%(反向),此时,电网正向承受互动能力为71.1%,反向承受互动能力为-75.6%。从该分析结果可知,即使柔性负荷存在一定互动潜力,由于电网安全约束的限制也无法实现完全响应,调度中心在制定负荷互动策略时,需要充分考虑电网的接纳能力。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:
1)获取电力***电源、电网和负荷三侧电力信息及其自然功率特性,分析电力设备的互动行为特性,建立电力***互动资源结构;
2)分析互动资源对电价、激励和调度三种互动机制的响应特性,建立互动资源在不同互动机制下的功率变化曲线;
3)确定互动资源的互动潜力,在互动潜力范围内,建立互动资源的互动调度成本变化曲线;
4)确定在不同的电价、激励和调度三种互动机制下互动资源的互动功率变化量,选出满足***功率平衡需求且总互动成本最小的互动策略组合,得出互动控制方案;
5)分别从响应特性、互动效果、电网安全性和经济性四个方面对互动控制方案进行评价,综合评价源-网-荷互动控制策略对电网的影响和互动效益。
2.如权利要求1所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述步骤1)中,电源侧包括常规水、火电、风能、太阳能可再生能源,负荷侧包括常规负荷、负荷侧的储能、电动汽车柔性可控负荷,电网侧包括FACTS柔性输配电设备;未来电网由于电源、电网和负荷均具备柔性特征,将形成全面的源-网-荷互动,呈现源源互补、源网协调、网荷互动和源荷互动多种交互模式。
3.如权利要求1所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述步骤2)中,首先分析各互动资源是否响应电价、激励和调度三种互动机制,然后,针对每一类互动资源建立其用电功率随电价、激励和调度三种互动机制变化的功率曲线;
响应电价机制时,假定用电功率P与电价p呈线性关系,根据互动前后用电功率、电价的变化确定系数α和β,如式(1)所示:
P=αp+β P∈[Pmin,Pmax] (1);
响应激励机制时,功率的变化量由负荷与调度中心所签合同中的负荷调节容量ΔP决定;用电功率P与调节功率ΔP关系为一条经过(0,1),斜率为1的直线,如式(2)所示:
P=P0+ΔP P∈[Pmin,Pmax] (2);
响应调度机制时,功率的变化量直接由调度功率PD决定,功率P与调度功率PD的关系如式(3)所示:
P=P0+PD P∈[Pmin,Pmax] (3)。
4.如权利要求1所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述步骤3)中,互动资源的互动潜力是指某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,用某时刻参与互动后整体功率上下浮动的最大范围与自然功率的比值表示;其中,向上浮动范围与自然功率的比值称为正向互动潜力,向下浮动范围与自然功率的比值称为反向互动潜力;互动资源调度成本是指互动资源因参与互动而产生的额外支出。
5.如权利要求1所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述步骤5)中,建立响应特性、互动效果、电网安全性和经济性相对应的表征指标,包括:响应特性指标、互动效果指标、电网安全性指标和经济性指标。
6.如权利要求5所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述响应特性指标包括互动资源的互动潜力、响应程度和单位互动量;
①互动潜力:表示某时刻各类互动资源参与互动后功率增加或减小的最大能力,其计算表达式如下:
式中,Pi-max(t)、Pi-min(t)和Pi-0(t)分别为t时刻第i类互动资源可达到的最大功率、最小功率和初始自然功率值;
②响应程度:表示某时刻各类互动资源参与互动的实际水平,计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,其中,ΔPi(t)=Pi(t)-Pi-0(t),Pi(t)为t时刻第i类互动资源的实际功率值;
③单位互动量:表示各类互动资源的单位自然功率经互动后的功率变化量,其计算表达式为:
ξi(t)=Poti(t)×Ii(t) (6);
互动资源参与互动后功率变化量ΔPi(t)表示为:
ΔPi(t)=Pi-0(t)×ξi(t) (7)。
7.如权利要求5所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述互动效果指标包括峰谷差变化比,参与互动贡献比和可再生能源波动支撑水平;
A、峰谷差变化比:表示互动后电力***峰谷差较无互动时的变化情况,其计算表达式为:
式中,分别为在一定考察周期内互动前电力***峰谷差和互动后电力***峰谷差;
B、参与互动贡献比:表示某时刻各类互动资源的互动功率在电力***总互动功率中所占的比例,其计算表达式为:
式中,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别;
C、可再生能源波动支撑水平:表示通过互动提高可再生能源消纳的能力,其计算表达式为:
式中,ΔPRE为某一类可再生能源的波动量。
8.如权利要求5所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述电网安全性指标包括电网重载率水平,电网越限率水平和互动潮流熵;
a、电网重载率水平:描述互动后线路的重载率情况,用以反映电网安全运行的程度,其计算表达式为:
式中,NLF表示线路负载率超过设定门槛值的线路数,K表示总支路数;
b、电网越限率水平:
表示互动后***出现线路功率越限的情况,其计算表达式为:
式中,NLR表示越限线路数;
c、互动潮流熵:
表示互动后电力***的线路负载率分布情况,其计算表达式为:
式中,表示对不同负载率区间内的线路条数进行概率化的比值,J-1表示负载率区间数,C为常数,ΔPi(t)为t时刻第i类互动资源的实际互动量,n为互动资源的总类别。
9.如权利要求5所述的电力***源-网-荷互动控制策略评价方法,其特征在于,所述经济性指标包括互动资源调度成本,表示互动资源因参与互动而产生的额外支出,对于消耗电能的互动资源,计算表达式如(14)所示,对于产生电能的互动资源,计算表达式如(15)所示:
Ck=P0×p0-P×p+CB (14);
Ck=P×p-P0×p0+CB (15);
式中,P0和P分别为互动资源参与互动前后的功率,p0和p为互动资源参与互动前后的电价,CB为固定成本;
控制中心以总互动成本最小为原则调度参与互动的可控资源,计算表达式为:
IC=min(ΣCk) (16)。
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CN201410158038.1A CN105023192A (zh) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法 |
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CN201410158038.1A CN105023192A (zh) | 2014-04-18 | 2014-04-18 | 一种电力***源-网-荷互动控制策略评价方法 |
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