电力多元转换(Power-to-X):技术路径、应用与挑战

碳中和目标驱动下,新能源装机比重迅速提升,但其随机性与波动性将给电力系统消纳和安全运行带来巨大挑战。电力多元转换(Power-to-X)可以将可再生能源发电转换为其他各类绿色燃料,利用化学能实现对电能的吸收、储存和运输,为电力系统电能储存和利用提供了新思路;同时,通过电力多元转换,也加强了各种能源形式的耦合,降低了不同领域的碳排放,对推进我国绿色低碳转型具有重要意义。该文着重介绍了Power-to-X涉及的各个关键环节,包括电解制储氢、碳捕集以及绿氢转换的技术发展现状;重点比较了4类典型Power-to-X路径——电转甲烷、电转甲醇、电转醚类和电转氨的技术流程;此外,该文针对当前国内外Power-to-X实施情况,具体介绍了各类示范项目的应用进展;进一步地,该文从能效、碳源以及制氢技术等方面出发,剖析了Power-to-X发展面临的主要问题与挑战;最后,针对当前问题,该文提出了相应应对措施,并对Power-to-X的未来发展进行了展望。

考虑充放电策略对储能寿命影响的新型分布式储能优化配置研究

针对储能使用寿命在投资决策中的关键作用及其与充放电策略和放电深度的非线性复杂关系,提出一种考虑充放电策略对储能寿命影响的新型储能规划配置方法。首先,根据放电深度与储能寿命及循环次数的关系建立了储能年等效额定放电量计算方法。其次,建立考虑充放电策略对储能寿命影响的电池储能优化配置模型,在确保储能设计使用寿命的同时使储能全寿命周期内的收益最大。而且进一步提出了改进的多种群遗传算法进行优化求解,提高了求解速度与收敛性。最后,利用改进的IEEE-39节点风光水系统进行测试,证实了方法的有效性。

一种体现构网型控制特征的柔性直流机电暂态改进建模方法

总结柔性直流采用构网型控制呈现的新特性并提出相应的机电暂态建模方法。通过分析,提出构网型控制替代跟网型控制给柔性直流带来的主要变化是:电压源支撑,故障穿越切换措施以及电流限幅方法。相对应的,构网控制型柔性直流机电暂态模型是对跟网控制型柔性直流模型的改进,包括将换流器与交流网络的接口由传统的一个交流仿真步长内的平均功率改为平均电压;增加故障穿越措施切换逻辑以及增加基于用户自定义的电流限幅措施。通过交直流间接口方法仿真对比,以及机电、电磁暂态模型故障模拟验证所提模型的有效性。该模型能高精度模拟构网控制型柔性直流在交流电网中的动态行为,具有良好的应用价值。

“三北”地区热负荷参与风电消纳的日前市场交易机制

随着我国电力市场改革的深化以及风电并网容量的攀升,电力市场交易背景下的风电消纳问题亟需解决。针对“三北”地区电力资源特点,从荷-源消纳角度建立发用电双边市场交易模式,并设计“三北”地区热负荷参与风电消纳的日前市场交易机制。定性分析“三北”地区热负荷参与风电消纳的机理,建立日前“现货+调峰”市场出清模式;建立衔接日前市场的中长期实物合同分解机制;设计热负荷参与风电消纳的日前“现货+调峰”市场出清机制。基于甘肃某区域电网进行仿真,结果表明:所提合同分解机制可降低日前市场波动风险,且具有信息披露作用,与日前“现货+调峰”市场机制有良好的协调性;所提日前市场机制可有效消纳风电,提高热负荷收益,且在一定相关因素波动范围内具有较好的适应性。

考虑碳交易量自适应决策的输电网两阶段鲁棒规划

低碳化是新型电力系统未来发展趋势,在规划层面模拟水平年碳交易量对实现未来电网低碳经济运行具有重要作用.基于此,提出考虑碳交易量自适应决策的输电网鲁棒规划方法.首先,构建基于基准线法的碳配额交易成本计量方法,并考虑碳交易量约束,建立考虑风电和负荷不确定性的两阶段鲁棒规划模型.其次,利用松-紧解耦法将子问题按时间解耦为安全可行性检测子问题和低碳可行性检测子问题,并采用列和约束生成算法求解两阶段鲁棒规划模型,根据安全约束与碳配额交易量约束在各不确定场景下反馈的割信息,分析模型可行解空间与碳配额交易量阈值参数设置的映射关系,自适应决策碳交易量上下限.最后,以改进的IEEE-RTS 24节点系统进行算例仿真,分析低碳规划模型、碳配额交易量、碳价对规划结果的影响.结果表明所提模型实现了规划方案在经济性和低碳性方面的协同优化.

基于迭代隐式线性化的网状配电网潮流计算及其最优潮流模型

随着分布式能源和储能容量的增加以及电动汽车的普及,配电网的功率流动由单向转变为双向,且网络拓扑由径向转变为复杂的网状结构。为了高效应对网状配电网的潮流(power flow,PF)分析和最优潮流(optimal power flow,OPF)问题,以及进一步提升现有线性化模型的近似精度、完善对网络损耗等元素的线性近似,该文构建迭代隐式线性化潮流(iterative implicit linearization power flow,IIL-PF)模型及其最优潮流模型(IIL-OPF)。该模型将非线性潮流流形M(Manifold)视为节点电压和节点注入功率之间的隐式代数关系,之后利用切平面对M进行局部近似,并迭代更新线性化点以提高线性模型的近似精度。此外,所提模型充分考虑了支路始/末端潮流、支路潮流平方、支路损耗等因素,并对其进行明确的线性化推导。最后,基于修改的IEEE 33系统,分别在径向和网状运行方式下,验证所提模型可快速收敛,并具有较高的近似精度。其中IIL-PF计算结果、IIL-OPF的目标函数和发电机出力等优化结果与MATPOWER的非线性模型相比,误差均在1%以内,因此所提模型可以满足工程规划或日前运行模拟等应用要求。

直流电网模型和仿真的发展与挑战

直流电网具有接入灵活、控制灵活、经济性好等优势,受到了工程和学术界的关注,而传统的电力系统建模仿真技术已经不能完全适应直流电网的研究和应用的需要。文中介绍了直流电网建模仿真的最新发展,总结了适用于直流电网的设备模型和仿真方法,提出了建模和仿真技术的挑战。在建模技术方面,总结了AC/DC换流器模型、DC/DC换流器模型、直流开关模型、直流负载模型和直流电网的系统控制模型和实现方法。在仿真技术方面,阐述了直流电网潮流算法的实施方案和挑战;总结了直流电网电磁暂态算法在精确性和效率上的挑战,提出了解决方案;阐述了高效的并行算法和多速率混合仿真的挑战和实现方法;展望了物理仿真技术和数模混合仿真在直流电网的应用和未来发展。

2008年IEEE PES学术会议新能源发电部分综述

2008年IEEE PES会议是与会代表就国际电力和能源领域现状和发展等相关问题进行深入交流的技术盛会。此次会议的主题是"21世纪的电力转换和传输"。相对于火电、水电等传统发电方式,风电、核电、分布式发电等新能源发电成为当今国际上的研究重点。文章围绕新能源发电,对相关会议论坛和论文进行介绍,包括新能源发电及智能电网等相关技术问题的现状、存在的问题和解决措施,供国内学者和工程技术人员研究借鉴。

基于PC机群的电力系统机电暂态仿真并行算法

在电力系统的动态稳定在线评估和实时仿真计算中,并行处理是一种非常有发展前途的技术。许多种类的并行算法已被提出,并在不同类型的并行计算机上实现。由于具有性价比高、升级和扩展性能好的特点,PC机群并行计算机吸引了越来越多的注意力。本文综述和讨论了几种机电暂态并行算法,特别是在PC机群上实现这些算法的有利和不利条件。本文讨论的并行算法包括:网络分割、线性方程并行求解、牛顿类算法和一些时间并行算法。

一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法

在电力系统在线动态稳定评估和实时数字仿真计算中,并行处理是一种极有发展前途的技术。复杂故障计算是电力系统仿真计算中最重要、计算量最大的部分之一,已经成为大型电力系统实时仿真的瓶颈。由于求解故障端口间等值阻抗的复杂性,传统方法不适用于并行处理。作者提出了一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法。算法中采用了故障处理局部化、降维网络方程的构造和线性方程组并行处理等多种技术,以减少并行计算量和通讯量。在原有串行程序的基础上,作者在PC机 群上实现了复杂故障的并行算法。实际系统的计算结果表明,文中所提出的复杂故障并行计算方法是正确和有效的。

Matlab模型接入PSASP暂态稳定计算模块的方法

应用Matlab中实时工具包(real-time workshop,RTW)模块的代码自动生成功能,借鉴电力系统分析综合程序(power system analysis software package,PSASP)用户自定义和用户程序接口的实现方法,提出了一种将Matlab Simulink环境中搭建的模型接入PSASP暂态稳定计算模块的方法,并在PSASP7.0版本中予以实现。通过配置RTW代码生成、编译过程,并开发相应的接口程序,可把Matlab Simulink环境中搭建的数学模型自动转换为动态链接库。根据Matlab仿真计算的特点,研究了Matlab模型在PSASP暂态稳定计算模块中调用的流程和方式,提出了两者在状态变量初值计算、积分算法上差异的处理方法,并开发了相应的接口程序。计算结果表明,采用相同功能的Matlab模型和PSASP用户自定义模型,两者暂态稳定计算结果基本一致,验证了文中所提方法的正确性。文中方法实现了Matlab模型接入PSASP进行仿真计算,这为电力系统新型元件和控制装置暂态稳定计算提供了新手段。

高校书院制发展现状及背景研究

知识经济对高等教育体系提出了更高的要求,为适应时代发展趋势,地方高校近年来不断深化教育体制创新改革,寻找让高等教育更加高效的途径。中国近代书院制度一方面体现了中华优秀传统文化,另一方面体现了西方发达国家书院制度的精髓书院制是地方大学创新教育体系的体现,旨在为了更好地适应时代发展潮流,培养最优秀的创新人才,因此本文针对性对中国古代书院制与现代书院制的发展现状和背景进行探究。

Matlab模型接入PSASP潮流计算模块的方法

应用Matlab中的RTW(real-time workshop)模块的代码自动生成功能,借鉴PSASP用户自定义(UD)和用户程序接口(UPI)的实现方法,提出了一种将Matlab Simulink环境下搭建的模型接入PSASP潮流计算模块的方法,并在PSASP7.0版本中予以实现。通过配置RTW代码生成、编译过程,并开发相应的接口程序,可将Matlab Simulink环境下搭建的数学模型自动转换为动态链接库。根据Matlab仿真计算的特点,研究了Matlab模型在PSASP潮流计算模块中调用的流程和方式,并开发了相应的接口程序。计算结果表明,采用相同功能的Matlab模型和PSASP用户自定义模型,两者潮流计算结果一致,验证了所提出方法的正确性。

电力系统仿真分析技术的发展趋势

依据计算机、网络、通信等技术当前和未来可能的发展,从计算机及网络、相关计算数学和计算模式这3个方面,探讨和预测了新的先进计算技术(如云计算等)及其在电力系统仿真分析中的应用。新能源变革形势下,为适应智能电网的发展,未来的电力系统仿真分析技术在准确性、快速性、灵活性等方面将得到极大提升。

电力系统全数字实时仿真装置

电力系统全数字实时仿真装置是基于高性能机群服务器、具有我国自主知识产权的全数字实时仿真系统。该仿真装置利用机群的多节点结构和高速本地网络,采用并行计算技术对计算任务进行分解,并对进程进行实时和同步控制,从而实现了大规模复杂交直流电力系统(1 000台发电机、10 000条母线)的机电暂态实时仿真和机电–电磁暂态混合实时仿真以及外接物理装置试验。该仿真装置具有性价比高、扩展性好、软硬件接口灵活多样等特点,可连接调度自动化系统以接收系统在线数据,接入PSASP用户自定义模型或MATLAB/Simulink模型进行局部和子任务计算,通过A/D和D/A转换接口接入控制保护物理设备进行闭环仿真试验。目前国内多家单位已应用该仿真装置,开展了电力系统故障再现分析,继电保护、安全自动装置和直流输电控制装置等的试验研究,大系统安全稳定运行及控制策略研究等工作。应用表明该仿真装置运行可靠、计算结果准确,在科学研究、教育培训和生产运行实践中起到重要作用。

面向实时仿真的小步长开关误差分析和参数设置

以固态开关为主要元件的换流器实时仿真是实现VSC-HVDC实时仿真的难点之一。目前电磁暂态仿真程序的理想开关模型因为计算效率的问题很难实现实时仿真。所以电感/电容(L/C)模型由于较高的计算效率而在实时仿真中被考虑采用。该文深入研究使用L/C模型的开关的准确性,证明了小步长算法的可行性。同时,考虑模型暂态误差产生的损耗,提出了完整的小步长模型的参数设置方法。所提出的模型建立在ADPSS上,并与PSACD上的理想模型进行了比较,验证了模型的准确性。

基于传输线分网的并行多速率电磁暂态仿真算法

研究基于传输线的并行全隐式多速率电磁暂态仿真算法。建立全隐式多速率电磁暂态仿真的基本理论模型,并结合传输线方程,建立了并行化多速率电磁暂态仿真算法。此算法并行化程度高于现有全隐式多速率算法,计算效率得到提升。同时提出了保证基于传输线的并行多速率算法稳定性的网络判据,并通过数学理论证明了判据的有效性。仿真研究表明,基于传输线的并行全隐式多速率电磁暂态仿真可能不稳定,采用了文中提出的稳定判据对分网进行调整后,仿真稳定。

基于时间序列关联分析的稳定运行规则提取方法

提出一种考虑运行方式变化时序的稳定规则提取方法。利用主成分分析进行敏感特征提取。对传统方法在数据标准化中存在的问题,通过数据均值化处理,保留原数据中各变量变异程度的差异信息。