光伏逆变器参与西北送端大电网快速频率响应能力实测分析

近年来,西北电网新能源快速发展,挤占具有转动惯量的常规电源机组空间,电网一次调频资源储备下降,抗扰动能力降低,迫切需要研究新能源机组参与大电网调频的实现方法。通过选取西北电网内4台光伏逆变器,仿照常规水、火电机组的有功-频率静态特性,修改光伏逆变器控制策略,完成光伏逆变器有功-频率下垂控制,实现光伏逆变器参与电网快速频率响应的功能。结合2016年上半年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了光伏逆变器快速频率响应能力实测分析。结果表明,光伏逆变器可参与电网快速频率响应,其响应特性与水电机组一次调频性能相当,优于火电机组,且折算到相同容量下,快速频率响应贡献能力优于常规火电机组一次调频贡献能力。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅰ:短期调峰特征与梯级开发增益

依托常规梯级水电站修建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站)成为提升电力系统调峰能力的重要途径。混蓄电站即可抽水又可发电的典型运行方式增加了水电基地的灵活性调节能力,为此亟需研究其运行方式以及与原有梯级水电站运行方式间的互馈关系。研究以黄河上游待开发龙羊峡-拉西瓦、拉西瓦-尼那混蓄电站为对象,建立含混蓄电站的梯级水电站短期联合调峰优化模型,分析混蓄电站对原有梯级水电站运行方式的影响,基于理论推导与数值计算两种方法揭示混蓄电站调峰效果的变化特征。主要结论如下:(1)混蓄电站抽水水量经由原有梯级水电站机组下泄,使得非填谷时段原有水电站出力增加,水电站上旋备容量降低;(2)龙羊峡水电站满发流量相对较小、拉西瓦水库调节库容较小以及日综合利用供水流量过大是制约混蓄电站调峰效果的主要因素,发现了综合利用流量影响混蓄电站调峰效果的临界特性,并提出了临界综合利用流量的计算公式;(3)发现并量化了混蓄电站梯级开发模式较单一开发模式所带来的梯级抽水调峰增益现象,并揭示了梯级抽水调峰增益背后所蕴含的“河流梯级反向再造”内在机理。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅱ:多尺度嵌套容量计算模型及实例

基于流域梯级水电站增建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站),对保障新型电力系统安全稳定运行、促进新能源大规模发展和消纳具有重要意义。研究提出基于多尺度嵌套调度模型的混蓄电站群容量计算模型,该模型嵌套含混蓄电站的梯级水电站短期调峰模型、考虑短期调峰与综合利用供水任务的梯级水电站中长期优化调度模型两大核心模块;此外,针对该容量计算模型的高维特征,提出基于代理模型思想的求解方法。以黄河上游待规划的大型混蓄电站群为实例,分别计算混蓄电站单独开发、梯级开发、整体开发三种模式下电站装机容量以及抽水调峰效益,并推导理论公式揭示混蓄电站抽发循环效率及抽水时长对电站装机容量的影响机制。实例计算取得的结果:龙羊峡-拉西瓦混蓄电站推荐采用水泵机组+可逆式抽蓄机组形式开发,单独开发模式下,推荐装机160万kW;当其与拉西瓦-尼那混蓄电站梯级开发时,推荐装机205万kW。当混蓄电站设计抽水时长减小时,其装机容量可增加,调峰能力变大,但电站抽水耗电调峰效益不变。拉西瓦-尼那、李家峡-直岗拉卡、公伯峡-苏只混蓄电站推荐装机分别为75万、16万和59万kW。4座混蓄电站整体开发模式下,可用于新能源消纳的抽水调峰电量为年均87.42亿kWh。

西北电网短期负荷预测软件系统的设计与实现

本文介绍了西北电网短期负荷预测软件系统.该系统包含相似日、时间序列、人工神经网络和偏最小二乘回归分析四种短期负荷预测方法.预测结果表明该系统能够满足西北电网短期负荷预测的需要,预测结果合理,界面友好、操作方便,在很大程度上提高了调度人员的劳动效率.

电力市场环境下抽水蓄能电站容量电费定价与成本分摊方法

抽水蓄能电站作为一种有效的电力系统灵活性资源,将成为保障新型电力系统安全稳定运行的重要手段。制定合理的回收抽水蓄能电站建设固定成本方案是支撑系统运行、激励投资的关键问题。在抽水蓄能电站的市场化运行背景下,构建了抽水蓄能电站顺次参与现货-辅助服务市场的容量电费定价模型,实现以经营期内收支平衡为目标定期滚动核定抽水蓄能电站的待分摊成本。同时,考虑抽水蓄能电站容量电费的潜在分摊对象,提出采用效用比例VCG(Vickrey-Clarke-Groves)机制对抽水蓄能电站容量电费进行成本分摊,量化源荷侧分摊主体的替代效益,并将容量电费按比例分摊。实际系统算例的仿真分析验证了所提方法的有效性。

基于网络流的发输电计划协调优化方法

随着特高压互联电网的建设发展,电能交易和资源优化范围增大,现有联络线计划编制方法已难以适应;此外,大规模风电集中上网、远距离输送,对发输电计划协调也提出了新的要求。针对上述问题,文中将网络流应用于跨地区电能交易与分区开机容量的优化,提出了以系统当前开机方式为基础,以次日跨地区电能交易电量、地区间联络线输电能力等条件为约束,以分区开机容量最小为目标的发输电计划协调优化方法,建立了跨地区电能交易电量、分区开机容量的网络流模型。通过某实际系统算例说明了模型的有效性。

基于改进聚类算法的电力系统运行方式识别方法

对于电力系统计算分析,运行方式选取的准确性和合理性是决定计算质量的关键。随着“双碳”目标的提出,清洁能源接入比例将逐步提高,传统的人工选取方法不再适用,如何结合生产模拟得到的运行方式样本集自动提取典型运行方式是双碳目标下新型电力系统规划工作亟待解决的科学技术问题。本文首先提出双碳目标下电力系统运行方式提取需求分析;接着提出了基于K-means++算法和改进聚类有效性指标的自动方式提取算法;随后设计了基于人工和自动算法结合的方式提取模式;最后基于西北电网实际数据开展算例分析,从方式特征和安全性校核两方面与人工选取的运行方式对比体现本文算法的有效性和合理性,验证了本文算法在提升科学规划水平方面的贡献。

基于广义联络线网省协调的两阶段实时发电计划模型

为进一步提高实时发电计划闭环运行水平,实现区域电网和省级电网调度协调稳定运行,提出了广义联络线模式的实时发电计划模型。首次引入广义联络线计划的概念,并对区域电网和省级电网分别建立数学模型。两级数学模型通过跟踪各自广义联络线计划,实现实时计划偏差调整量在区域电网和省级电网间的协调分配,保证地理联络线执行率。另外,区域电网采用两阶段优化实现控制区溢出功能,分析各个控制区广义联络线计划跟踪情况。

基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化

氢能是中国能源低碳化转型的重要载体之一。移动氢能系统利用富余新能源制氢后充入储氢罐存储,然后通过氢气长管拖车将氢产品运输至各加氢站。文中提出一种基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化方法。首先,构建移动氢能系统新能源制氢储氢与长管拖车运氢协同优化模型,并采用一种“虚拟节点插入”方法对氢气长管拖车路径规划模型进行等价化简。其次,采用数据驱动的分布鲁棒机会约束处理加氢站氢气需求的不确定性,构建基于Wasserstein距离的移动氢能系统分布鲁棒模型,并基于条件风险价值近似将所提分布鲁棒模型转化为混合整数线性规划问题。最后,以中国西安市交通网为基础构造移动氢能系统算例,验证了所提模型和方法的有效性。

网省紧耦合电网实时发电计划优化模型及应用

由于负荷、新能源功率等不确定性因素的影响,在日前发电计划执行过程中需要利用实时发电计划应用进行滚动修正。对于网省两级耦合紧密的区域电网,网调与省调机组共同承担省内用电负荷,跟随负荷预测偏差与新能源预测偏差进行实时调整,保证发用电平衡,网省间联络线交换功率计划呈动态变化特点。为此,在常规发电计划优化模型基础上,提出针对紧耦合电网的网省分担的虚拟功率交换计划(VIS)约束,建立网调和省调实时发电计划优化模型。针对运行中网调在局部省区调节能力不足的问题,提出网调多控制区优化模型,实现网调控制机组在省区之间的相互支援,并可量化分析支援大小。通过电网实际运行结果分析,验证所提出的方法的有效性,提高电网调度大范围资源优化能力。

基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案

自2016年开始,西北电网组织开展新能源参与送端大电网快速频率响应研究及试点试验工作。试点结果表明新能源具备参与电网快速频率响应能力,且性能优于常规电源机组。该文对西北送端大电网快速频率控制需求进行分析,提出了光伏、风电分段参与电网调频指标,按照"调频权责明晰、各类型机组协同配合"的思路,完成了基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案。通过在PSASP电网稳定仿真程序完成新能源快速频率响应功能建模,完成大电网稳定仿真分析。结果表明,采用风电、光伏差异化设置方案,较好地统筹了各类型电源快速调频能力,实现各类型机组快速调频行为协同配合,有效提升了送端大电网频率安全防控水平。目前,该方案已经由西北能监局批准在西北电网正式推广应用。

西北送端大电网频率特性试验方法

基于西北送端大电网频率安全面临的风险,提出了西北送端大电网频率特性试验方法。该方法利用逐步增减网内水电机组出力的方式产生斜坡式频率扰动,通过电网频率响应全过程分析,实测西北电网频率静态全特性。同时,利用打跳网内单元接线内2台大型水电机组的方式制造电网实际频率大阶跃扰动,实测西北全网频率动态特性,检验了网内常规电源机组一次调频动作性能。试验结果表明,所提出的送端大电网频率静态测试方法切实可行。

风电场参与西北送端大电网频率调节的快速频率响应能力实测与分析

近年来,西北电网新能源快速发展,直流外送规模不断扩大,因新能源机组无一次调频能力,电网频率控制的结构性困境日趋显现,迫切需要新能源机组参与大电网快速频率控制。本文介绍了西北电网试验风电场参与电网快速频率响应典型方案,结合现场试验及2016年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了风电场快速频率响应能力实测分析。结果表明,风电场可参与电网快速频率响应,其响应特性与常规电源一次调频相当,具有较好的应用前景。

基于相依关系的新能源功率预测场景生成及调度应用

新能源日前功率预测对指导电网计划编制具有重要意义,但目前预测水平制约了预测结果的充分应用,为此文中提出新能源功率预测的场景生成方法和预测结果纳入调度计划编制的思路。首先,通过对比分析新能源发电功率和预测功率的边缘分布,建立了揭示二者相依结构的Copula模型,并提出了基于相依关系的多预测场景建模方法。随后,通过分析预测偏差对供电平衡的影响,利用多场景下不同时段预测偏差的规律,提出了将预测可信度纳入省级电网调度计划编制的方法。相关成果已经在国家电网公司西北电力调控分中心得到实际应用,在新能源纳入备用的基础上,采取优化常规电源运行方式、合理组织交易互济等措施,2017年增发新能源电量为4.7 TW·h,降低了3%的受阻率,为新能源纳入电网调度计划编制提供了依据。

考虑跨区直流调峰的新能源参与电力平衡可信容量提升方法研究

“碳达峰、碳中和”背景下,能源转型和绿色发展迎来新机遇。合理制定新能源纳入平衡的方案,指导火电装机规划,对科学“减碳”具有重要意义。为此,该文以西北电网为例,研究提出了考虑跨区直流备用调峰的新能源参与电力平衡可信容量的提升方法。首先,结合新能源出力特性,分析了不同空间、时间下的新能源可信容量变化规律,分析降低保证率提升新能源可信容量的可行性。其次,分析了新能源参与电网平衡的机理,推导出在确定的火电装机降低预期下,新能源可信容量提升与直流跨区调峰之间的量化关系。最后,分析了西北、华东电网负荷的“错峰效应”,给出了跨区直流备用调峰的送端电网新能源参与平衡的方案。实例表明,直流参与跨区调峰后,可显著增加新能源可信容量、有效降低火电开机、增加新能源发电量,通过直流低频次、短时支援,进一步发挥特高压跨区直流资源优化配置作用,提高送端电网的清洁占比。该文所提方案兼顾电网供电可靠性与新能源消纳需求,可指导火电和新能源装机规划,加强科学“减碳”顶层设计,服务“双碳”目标落地。

基于“双碳”目标的光热电站调峰能力规划研究

在“双碳”目标驱动下,我国新能源将更加快速发展,系统调峰能力日益紧张,对调峰电源需求加快增长。光热电站作为自带储热型新能源电站,其调峰能力的发挥对于促进新能源消纳意义深远,光热电站储热容量和聚光集热配置需充分考虑系统调峰需求。首先基于新能源特性参数、消纳目标和实际调度运行经验改进了传统的净负荷曲线,提出了等效日最小负荷率及等效日负荷率等系统调峰需求衡量指标,然后以此为基础从系统整体角度对光热电站的调峰能力进行规划研究,并提出一种光热电站主要技术参数配置方法,最后以西北某省区实际电网的仿真算例验证了所提方法的有效性。研究结论可为电力系统调峰能力评估和光热电站工程优化设计提供参考。

新型电力系统中光热电站完全替代火电规划研究

光热电站可以平稳发电,但仍属于限能电站,不能全容量参加电力平衡,季节性电力支撑能力受限。该文基于光热电站日等效保证小时数和系统高峰时段需求提出了一种评估光热发电替代火电装机能力的方法,进而给出一种通过增加应急锅炉备用发电以完全替代火电装机应对极端天气和季节性缺电的解决方法。青海电力系统的算例表明,光热电站通过增加应急备用锅炉可应对极端天气和季节性电力电量供应的不平衡,做到全容量全时段替代火电装机,同时保证发电量中绝大部分仍是可再生能源。论文的研究成果,可助力光热电站实现以少量低碳能源带动大规模可再生能源开发,在新型电力系统中具有重要示范意义。

火电机组一次调频及AGC全网试验分析

结合西北电网机组一次调频及AGC全网试验情况,对火电机组一次调频及AGC试验中存在的技术问题进行了较为系统、全面的阐述和分析,对一次调频及AGC涉网技术管理工作提出相应的建议。通过试验发现不同电厂机组一次调频性能差异很大,部分机组一次调频性能不能满足电网运行要求,需进行优化和完善。试验结果表明并网机组投入一次调频和AGC功能可显著提高电网频率稳定性,改善电网频率动态品质。

龙羊峡—拉西瓦储能泵站容量规划

随着风电、光伏发电装机规模的大幅增加,其消纳成为难点,利用已建梯级水电站增建储能泵站,是提高新能源消纳水平的有效方式之一。科学确定储能泵站装机规模是流域梯级水电再开发的首要问题。为此,本文以黄河上游的龙羊峡-拉西瓦储能泵站规划为研究实例,构建了水风光储多能互补联合优化调度模型,探讨了拉西瓦水库日初水位、流域综合利用流量对该储能泵站运行功率的影响,提出了计算储能泵站规模的方法。结果表明,拉西瓦水库日初水位对储能泵站平均运行功率的影响不明显;储能泵站平均运行功率随着综合利用流量变大,呈减小趋势;结合流域多年综合利用流量的实际情况,建议龙羊峡—拉西瓦储能泵站装机容量为78万kW,机组为纯抽水蓄能机组。

新能源并网下混合式抽水蓄能电站竞价策略

随着我国西北地区新能源规模不断增长,弃风、弃光问题日益突出,建设具有更大储能容量的混合式抽水蓄能电站是目前最具有实践价值的解决方案,研究其在现货市场中的竞价策略具有重要意义。本文以黄河上游规划建设中的梯级混合式抽水蓄能电站为研究对象,构建了一个Stackelberg博弈模型,通过解决一个双层优化问题来实现其在日前市场中的利润最大化,其中,上层代表电站收入最大化问题,下层包括独立系统运营商面临的出清问题。结果表明,日前市场中,混合式抽水蓄能电站会在高电价时放水发电,低电价时抽水蓄能,电站与新能源通过打捆方式参与市场竞价的收益要高于两者联合但不打捆参与方式,且均高于混合式抽水蓄能电站单独参与市场竞价的收益。