风电场集群租赁共享储能两阶段优化运行策略

随着共享储能的逐步发展,如何构建与发电侧资源能量共享的联合互动机制成为共享储能在发电侧布局的重点方向。在共享理念背景下,提出了风电场集群租赁共享储能两阶段优化运行策略。首先,为厘清共享储能提供租赁服务的多元价值,提出了基于两部制电价模式的共享储能租赁服务价格机制并引入紧俏因子进行价格机制的调整与优化。其次,根据风电场集群租赁需求的动态变化特性,构建了风电场集群租赁共享储能的两阶段优化运行策略。日前阶段建立了以共享储能为主体、风电场集群为从体的主从博弈优化模型,通过纳什均衡解形成各时段租赁价格,并将价格信号传导至实时阶段。实时阶段分别以风电场集群与共享储能各自效益最大化为目标,结合租赁价格信号构建了实时滚动优化运行策略,继而形成各时段风电场集群实时租赁容量和储能充放电计划。接着,为保障风电场集群稳定性,充分考虑成员个体与集群和成员个体间的相关性,利用改进shapley值将储能租赁成本合理分摊至各风电场。最后,通过算例结果验证策略的有效性,为共享储能在风电场集群的应用提供了新的思路。

共建共享模式下兼顾多场景需求的储能规划及成本分摊

储能是支撑构建新型电力系统的关键装备,针对单一主体在特定应用场景下投资储能存在成本疏导难、投资回报低的问题。通过“众筹共建、集群共享”的商业模式可以提升储能利用率和收益,在多主体间实现储能资源的成本分摊、利益共享。因此,基于共建共享商业模式,提出考虑多投资主体下兼顾多场景需求的储能规划框架,并建立为数据驱动的分布鲁棒优化模型,通过综合范数约束刻画新能源出力的不确定性;同时在优化模型中构建了动态频率安全约束以保障系统频率安全,并通过线性化方法将复杂非凸的频率最低点约束转换为线性约束。其次,采用CCG算法对规划模型进行求解。最后,基于Shapley值法的成本分摊机制对共建共享模式下储能投资成本进行合理分摊。通过IEEE39节点系统验证了模型有效性,结果表明所提方法可以兼顾多主体多场景对储能的需求,同时降低各主体的投资成本。

多时间尺度的电池储能系统建模及分析应用

大容量电池储能技术的快速发展及应用为大规模风电的接入与消纳提供了新的解决思路与方法,但电池储能在电力系统应用中的建模问题一直没能得到较好的解决。建立基于戴维南等效电路的电池储能系统仿真模型,并在模型中计及电池荷电状态和充放电电流对模型参数的影响,同时提出基于实验数据拟合模型参数的方法。在此基础上,分析讨论该模型在电力系统不同应用场景中的主导因素,建立适用于多时间尺度的电池储能仿真模型,并通过实测电压电流曲线验证了模型的有效性。最后以平抑风电中长期波动性为例,通过计算机仿真采用戴维南等效电路简化模型的电池储能平抑风电输出波动的效果,并比较与采用常规恒功率模型时的优点及对储能容量规划的影响。

考虑时间相关性的风储系统多模式协调优化策略

基于考虑风电预测误差时间相关性的不确定性场景,将能量型储能同时应用于削峰填谷和计划跟踪两种模式,提出了风储联合系统多模式协调优化模型。同时,针对风储联合运行的大规模混合整数规划问题,提出储能调峰容量系数的概念,用于构造两层迭代优化算法,对模型进行快速求解,并可对储能在不同模式的容量分配进行量化评估。基于实际数据进行了计算机仿真验证,仿真结果表明,风储联合系统的最优运行模式受上网电价、惩罚价格以及风电随机特性等因素的影响;而所提出的模型可实现储能有限容量在不同模式间的合理分配和高效利用,为研究风储联合系统运行特性、与电网进行协调调度提供了重要的参考信息。

集群风储联合系统广域协调优化控制

储能技术在提高间歇式电源可控性和可靠性,提升其接入友好性方面具有广阔的应用前景。然而分散独立控制风储系统的无序充放电可能带来更多的不确定性,不利于电网的安全经济运行。针对集群风储系统,构建了本地风储系统、集群控制中心以及电网调度中心广域协调互动的基本框架。提出基于超短期风功率预测的本地风储系统优化控制策略以及集群风储系统广域协调控制方法。通过仿真分析可知,提出的控制策略可充分利用集群风电出力的时空差异性,有效提高储能的利用效率,增强集群风电出力的整体可控性。

考虑机网协调的新型发电机失磁保护方案研究

随着大型发电机组大量投运,失磁故障对系统的危害日益增大。在厂网分开的背景下,如何同时确保发电机和电网的安全稳定运行是一个值得关注的研究课题。针对发电机失磁保护在系统振荡时容易误动或拒动的问题,研究了失磁和振荡两种情况下系统电气量变化规律的不同特征,并结合不同失磁类型的特点,提出了电压、无功和时间三种新型判据,进而设计了计及机网协调的新型失磁保护方案,并给出了相应动作参数的整定方法。计算机仿真实验表明,新型方案可有效区分失磁和振荡现象,具有动作速度快、可靠性高的优点。

考虑用户能量优化调度的配电网灾后故障恢复策略

新型配电系统中,越来越多的大型用户会建立能量管理系统(EMS)对自身用能曲线进行优化。该发展趋势给新型配电系统的弹性提升与灾后故障快速恢复方案制定带来了新的挑战。为此,提出了一个综合考虑EMS逐利特性、维修人员调度以及分布式发电机组运行的配电系统灾后恢复策略双层优化模型。该模型的外层问题建立了一般配电网故障快速恢复模型,并使用时间-空间网络模型对维修人员在空间上的移动过程进行建模。内层问题描述了恢复供电后EMS根据所管理园区情况重新制定负荷曲线的过程。为求解该双层优化问题,使用Karush-Kuhn-Tucher条件将其转变为单层混合整数线性规划问题。最后,在改进IEEE 33节点配电系统上验证了模型有效性,并进行了灵敏度与计算性能分析。

含构网型MMC的受端电网暂态稳定解析分析方法

针对新型电力系统中,构网型非同步机电源和同步机电源之间可能发生的暂态失稳现象,提出了适用于含构网型模块化多电平换流器(MMC)的受端电网暂态稳定解析分析方法。在故障期间和故障清除后系统中分别采用电流源和电压源对构网型MMC进行建模,并据此模型提出了临界切除角和临界切除时间的解析计算方法。基于所提解析分析方法,研究了MMC故障期间注入电流幅值和相角、故障位置、同步机和MMC对负荷的供电占比等关键因素对系统暂态稳定的影响机理。基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态仿真模型验证了所提解析分析方法的有效性、准确性和鲁棒性。

适应储能参与的调频辅助服务市场机制设计及调度策略

储能系统参与调频已经成为电力系统稳定频率波动的有效手段,合理的辅助服务市场运营机制有利于激励储能提供优质的辅助服务,培育优质的第三方市场主体。针对现有储能参与调频辅助服务市场面临的定价机制不完善、快慢调频资源补偿机制不合理和储能容量越限等问题,设计了适应储能参与的调频辅助市场运营机制,并在该市场机制下提出了考虑调频成本和储能荷电状态恢复的调频资源优化调度策略。首先,采用主客观权重方法计算不同类型的调频资源综合调频性能指标权重系数,刻画多类型调频资源的调频性能差异。其次,横向比对不同交易时段的调频需求,引入时间松弛因子优化交易时段的边际出清价格,有利于形成有效映射系统调频需求变化的调频价格信号。同时,为快速厘清快慢调频资源调频效果差异,采用空间松弛因子量化不同调频资源的替代容量,形成快慢调频资源的合理补偿。然后,充分考虑储能荷电状态影响,以调度周期内调频成本最小为目标函数,提出了多类型调频资源实时控制优化策略,在降低调频成本的同时有效避免储能容量越限。最后,以广东现行调频辅助服务市场交易规则为基础,验证了所提市场机制及调度策略的实用性和有效性。

储能系统用于提高风电接入的规划和运行综合优化模型

针对大规模储能的日益广泛应用,提出一种储能系统规划和运行的综合优化模型,并给出模型的复杂度分析和求解方法。该模型基于双层决策问题,将规划和运行两个不同时间尺度的问题结合在一起求解,同时考虑储能系统规划与运行的相互影响。为求解提出的综合优化模型,提出基于遗传算法的数值算法。最后,在改进的IEEE 10机39节点系统和某省级电网中的仿真结果验证了所提模型的有效性,并根据仿真结果提出了储能布局的优化方法。研究表明,该综合优化模型可以实现储能系统用于提高风电接入能力的综合优化应用,适用于各种不同类型的储能系统及多样的应用场景,为大规模储能系统在电力系统中的应用奠定了基础。

适用于孤岛运行的永磁同步电机自动功率平衡控制策略研究

该文提出两种适用于孤岛运行的基于永磁同步风机的自动功率平衡控制策略。在控制策略Ⅰ中,风机的网侧换流器保持换流器电压的幅值和频率为恒定,转子侧换流器通过PI控制器调整功率参考值进而维持直流电压;在控制策略Ⅱ中,风机网侧换流器利用直流母线电压的动态特性实现电网同步和惯性响应,机侧换流器根据直流母线电压偏差调整有功功率以模拟一次频率控制。这两种策略都可以有效地保证风机的独立运行,无需锁相环和外部电源。特别地,策略Ⅱ突出了节能特性,将直流电容器中的储备能量用于系统惯性支持和负荷需求响应,以降低风机飞车的风险。为了提高策略Ⅱ在暂态期间并网点的电压质量,该文进一步提出维持并网点电压的改进控制方案。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了单台风机向若干本地负荷供电的典型孤岛运行模型,在负荷突然降低或升高的情形下分析和对比了所提两种策略的有效性。

四川茂县水电群孤网运行电压控制

水电群通过长距离超高压通道送电,大扰动后与电网解列而形成水电群孤网,孤网可能产生高压现象。基于四川茂县水电群的实际情况,对孤网高压问题进行研究,分析其主要成因,讨论利用发电机进相运行能力解决问题的可行性,提出了通过发电机励磁控制的方法,充分而合理地利用发电机进相能力,安全、有效地控制水电群孤网电压。

电力系统低频振荡模式的自动分类研究

大规模复杂电网在不同运行条件下其低频振荡模式变化明显,基于扰动信号和类噪声信号的振荡辨识海量结果需在线分析,以完成多个模式的自动识别与分类。针对上述问题,提出并设计了一套不依赖于经验的振荡模式自动分类系统。该系统包括特征选择和分类器两个部分,利用特征选择实现了大范围的降维,并对比分析了线性的Fisher分类器、非线性的二次型和k近邻分类器性能。进一步的,基于南方电网简化仿真数据进行了验证,其结果说明了所设计和实现方法的有效性,为进一步的预警、分群等提供了重要信息。

考虑机网协调的阻尼优化控制系统研究

随着电力系统规模的不断扩大,小干扰稳定已经成为影响电力系统安全稳定的重要因素之一。为了有效地阻尼电力系统的小扰动振荡,提出了基于机网协调优化的阻尼控制方法。借鉴混成控制系统的思想与理念,考虑自动发电控制和自动电压控制系统之间的协调,建立了分层控制的阻尼协调优化控制系统。该系统将电力系统的阻尼强弱作为事件形成的指标,并以事件驱动作为系统调节的触发机制。该阻尼协调优化控制系统不仅能消除系统的弱阻尼模式,而且有效解决了传统自动发电控制和自动电压控制系统之间相互作用而导致的负面影响,实现了2套自动控制系统的控制指令的优化协调。在IEEE 5机14节点系统上进行多种运行方式下的仿真研究,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

弹性电力系统灾害防御及快速恢复智能调度平台设计与实现

极端事件下电力系统运行风险急剧增加,传统调度系统难以有效预防、抵御灾害及实现灾后快速恢复。提出了一种弹性电力系统灾害防御与快速恢复智能调度平台,有效提升调度系统主动应对极端事件的能力。首先,介绍了智能调度平台总体框架、软件架构以及部署方案;其次,结合极端事件作用全过程,设计了抵御强化及应急调度、信息感知及定量评估、快速恢复3大功能模块,指导事前预防、事中响应、事后恢复;制定了数据库存储方案,并设计了数据库表与字典;最后,通过极端事件模拟对平台部分功能进行可视化展示,验证了所构建平台的实用性。

融合物理信息的TPA-LSTM网络应用于台风条件下海上风电场风速多步预测

台风条件下海上风电场风速变化大、无明显周期性,这对海上风电场的风速预测造成了极大的困难。针对此问题,提出台风条件下海上风电场风速多步预测方法。首先,针对台风预报信息与风电场风速数据时间尺度不统一的问题,提出用嵌入层网络对台风预报信息进行动态插值。其次,基于Holland气压场模型和Batts梯度风模型构建融合物理信息的神经网络,将Holland模型和Batts模型中的经验参数替换成网络可学习的参数,并针对网络训练过程中可能出现的数值问题引入适当的近似方法。最后,对含时序模式注意力机制的长短期记忆网络(temporal pattern attention long short-term memory,TPA-LSTM)进行改进,嵌入融合物理信息的神经网络,利用近40年台风期间的数据进行训练和测试。结果表明,在引入较少参数的情况下,物理信息神经网络能减少TPA-LSTM网络的训练迭代次数以及提高预测精度,所提模型相比序列到序列(sequence to sequence,Seq2Seq)模型和TPA-LSTM网络具有更高的预测精度。

考虑风电出力不确定性的电网无功-电压控制鲁棒分区方法

基于无功就地平衡的原则对电网分区,是电力系统无功电压分层分区控制的关键。目前,随着风电等出力具有较强随机性和波动性的可再生能源发电渗透率大幅增长,系统运行状态发生较大变化的可能性大幅增加。新能源出力的大幅波动可能造成系统潮流的大范围变化。现有无功电压控制分区方法依赖潮流信息,当潮流发生较大变化时,分区结果也会发生较大变化,进而影响无功电压控制效果。提出一种适应频繁多变潮流的无功-电压控制鲁棒分区方法。首先,利用高斯混合模型刻画了风机出力随机特性,进而基于线性潮流推导网络节点电压的概率分布;然后,以Wasserstein距离为基础,从节点电压相关性角度出发,在统计意义上定义了节点间的电气距离;最后,以社团理论中的模块度指标最优为目标实现区域的划分。基于新英格兰39节点系统的仿真算例表明,该方法在保持分区鲁棒性的同时,能够较好地实现区域间电压控制解耦。

面向输电网弹性提升的灵活控制装置配置规划

为提升电力系统弹性,确保主网应对小概率-高影响事件的能力,基于鲁棒优化理论提出主网灵活控制装置配置的规划框架,充分考虑远动开关配置下的最优线路开断(optimal transmission switch,OTS)、线路强化加固装置以及储能设施之间的最优协同作用,最大限度降低投资运行成本的同时减少由潜在极端事件造成的经济损失。首先,基于持续负荷曲线构建考虑典型日线路中断与新能源出力波动的两阶段鲁棒规划模型;然后,采用修改后的嵌套列和约束生成算法(nested column-and-constraints generation,NCCG)对模型进行求解,使用相关加速策略提升模型求解效率;最后,通过IEEE-24节点系统进行仿真分析,验证异质灵活控制装置之间的规划协同作用以及模型的有效性。

考虑切换动态的功率同步控制单台构网型换流器暂态稳定性分析

针对功率同步控制下的构网型换流器,考虑大扰动下控制模式的切换动态特性,研究构网型换流器的暂态稳定性。首先,建立基于功率同步控制的换流器数学模型,基于切换动力学理论,分别建立恒电压控制模式和限电流控制模式下的切换动态系统方程,将传统基于代数变量的切换模型转换为基于状态变量的切换模型。分析不同控制模式的平衡点稳定性和稳定域,导出不同控制模式间的切换机制,发现系统的“随遇稳定”特性,即系统在遭受大干扰下,可能稳定在恒电压模式也可能稳定在限电流模式。为保证系统在遭受大干扰下能全局稳定至恒电压模式,推导出解析形式的稳定充分条件。基于此,提出2种通过调整饱和电流矢量角度的暂态稳定性提升策略,用于保证恒电压模式下的全局稳定性和提升第一摆暂态性能。数值仿真结果表明理论分析的正确性和所提控制的有效性。

虚拟同步发电机暂态全局稳定分析与阻尼调制方法

不同于传统的同步发电机,虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)的阻尼可以灵活调整,以增强系统的动态性能。首先建立了VSG系统的动态模型,基于李雅普诺夫理论导出了系统的保守稳定域。其次,基于能量守恒定律,发现阻尼耗散的能量等于阻尼因子乘以相平面中系统轨线和x轴包围的面积。研究结果表明:当每个周期内阻尼耗能大于势能变化量时,每个周期系统不稳定平衡点处的动能会单调递减,VSG系统可以实现全局稳定。由此,进一步提出了确保系统全局稳定性的阻尼调制方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提全局稳定条件的正确性和阻尼调制方法的有效性。