计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的可再生能源消纳以及低碳经济效益,提出含电转气(power-to-gas,P2G)和碳捕集(carbon capture system,CCS)耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型,并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统;其次,基于多时间尺度的优化调度策略,以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型;最后,以四川某工业园区为例进行仿真,结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

多时间尺度下电力消费碳排放区域动态演进及收敛性分析

为了协调推进全国及各重大战略区域的减排降碳工作,加快实现碳达峰和碳中和的目标,通过碳核算技术指南法对区域电力消费碳排放量进行核算,并应用泰尔指数分析区域间的碳排放差异.在此基础上,使用三维非参数核密度估计法研究区域电力消费碳排放量的动态演变特征,并通过变异系数和空间面板模型进行σ收敛和绝对β收敛分析.研究以甘肃省为例,结果表明,甘肃省电力消费碳排放总体呈上升趋势,同时各地区之间的差异逐渐减小;在动态演进方面,随着时间推移区域内部的两极分化特征整体趋于减弱,差异化程度逐渐降低;在收敛特性方面,各时间尺度下均不存在σ收敛,但均存在绝对β收敛.

多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调度研究

为应对大规模具有异构特性的灵活负荷接入智能楼宇,解决可再生能源随机性与灵活异构负荷不确定性造成楼宇的负荷波动问题,需对灵活异构负荷进行合理管控,提出一种计及多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调控方法。首先,考虑异构负荷用电特性及响应特性差异,将智能楼宇内异构负荷等效为可转移负荷与可削减负荷。进而,综合可再生能源波动性与异构负荷时域互补性,建立日前-日内两阶段联合优化调度模型。算例仿真表明,异构负荷之间协调互动和多时间尺度滚动优化,能有效减少系统负荷波动,显著提升整体运行经济性。

电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求,大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中,受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来,国内外电力系统中持续出现与电力电子装备相关的各种机理不明的振荡事故,表现为振荡频率范围较宽的多时间尺度时变动态问题,严重威胁电力电子化电力系统的安全稳定运行。该文从多样化电力电子装备原始特征出发,归纳电力电子化电力系统多时间尺度时变动态基本特性,并分别从小干扰建模和动态稳定分析归纳对不同理论方法的基本认识,随后从适用于电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定快速分析计算为根本目标,凝练基于线性周期时变理论小干扰建模和动态稳定直接分析的研究思路。

虚拟电厂下灵活资源多时间尺度调频控制

随着能源结构转型的推进,可再生能源的使用逐渐增加,仅依靠传统机组调节频率偏差难以满足需求。因此,为了解决此问题,考虑利用分布式资源(DR)参与调频辅助服务,DR主要考虑空调、电动汽车充电桩以及储能。首先,考虑了DR的特性和满意度评价方法;然后,基于状态势博弈理论对DR进行协调控制,将DR集中起来使其对外呈现为一个整体参与调频辅助服务;最后,通过算例仿真证明了该方案下对DR聚合并协调控制参与调频辅助服务的可行性和有效性,并对多时间尺度下储能、电动汽车充电桩以及可控负荷参与快速调频进行了验证。

2001-2020年内蒙古净生态系统生产力格局多时间尺度分析

掌握净生态系统生产力(NEP)时空格局对提高干旱/半干旱地区生态系统功能有重要意义。已有的NEP时空格局研究大多以年尺度开展分析,而NEP在多时间尺度上的特征差异尚不明晰。基于多源遥感、气象和地面实测数据,采用CASA模型、土壤呼吸地质统计模型(GSMSR)和土壤呼吸-土壤异养呼吸(Rs-Rh)关系模型耦合模拟内蒙古2001-2020年NEP,分析其年、季、月多时间尺度时空特征,并探讨8种不同植被NEP的多时间尺度特征差异。结果表明,1)内蒙古年尺度NEP的空间分布格局稳定,从东北向西南递减,这一格局与春夏秋3季及植被生长期的3-10月一致,而冬季植被进入休眠期使得空间差异显著减小。2)内蒙古多时间尺度NEP年际变化趋势有所不同:年尺度上,内蒙古总NEP呈波动上升趋势,年际变化率为C 3.75 Tg·a^(-1);季尺度上,夏季增长趋势最大,占全年增长的41.6%,春秋两季对NEP的增长也起到至关重要的作用,分别占比34.9%和23.3%,冬季对NEP增长贡献非常有限;月尺度上,NEP年内变化与植被生长物候周期较为接近,1月和12月年际NEP为减少趋势,其余月份年际NEP均为上升趋势,其中9月增长趋势最大,占全年增长的19.3%。3)不同植被类型NEP年际趋势存在差异,5种植被类型年NEP呈增长趋势,3种呈下降趋势;草地在季尺度年际变化中均保持增长,在夏季最高,而灌木林在季尺度年际变化中均为降低趋势,夏季降幅最大;月尺度年际变化中灌木林均为降低趋势,1月降幅最大。该研究能够为明晰区域碳循环及改善生态系统功能提供科学依据。

基于多时间尺度的户用光储能量管理策略

针对光伏出力的波动导致户用光储系统能量优化不确定性的问题,提出了一种多时间尺度能量管理策略。在日前阶段,综合考虑分时电价、储能系统的寿命和负荷的可控性,建立了以用户用电成本、储能运行成本和环境成本最小化为目标的调度模型;在日内阶段,基于模型预测控制(model prediction control,MPC)并参考日前调度计划进行实时调度能量优化,矫正光伏出力的预测偏差,在不影响用户舒适度的前提下降低系统运行成本。最后,仿真结果验证了所提能量管理策略的经济性和有效性。

考虑供需灵活性量化的源-荷-储多时间尺度协同优化

风电、光伏类新能源出力具有随机性和波动性,且随着新能源渗透率的增高,系统灵活性需求也激增。在此背景下,考虑源-荷-储灵活性资源互动,对新能源高渗透系统源-荷-储协同运行问题展开研究。首先,引入向上、向下裕度量化系统灵活性,并利用灵活性供需平衡机理动态评估灵活性需求;其次,提出一种考虑供需灵活性的多时间尺度协同运行方法,构建典型周、典型日、典型时段运行模拟模型,并将碳交易收益和灵活性不足惩罚成本纳入优化目标,考虑调峰需求和爬坡容量对典型时段灵活性的影响,采用多级优化、逐级细化的思路求解模型。算例分析表明,所提方法在保障系统环保性和经济性的基础上,提升了系统各个时间尺度上的灵活性容量,可以促进系统新能源消纳。

综合能源系统源-荷能量的多时间尺度预测

为应对可再生能源利用和用户负荷的不确定性,提出一种多时间尺度预测方法。预测过程分日前、日内滚动和实时3个阶段进行,时间尺度分别为1 h、15 min和5 min。首先,采用基于差值统计的预测方法完成气象参数的3个阶段预测;其次,在负荷预测的日前和日内阶段,建立了信号分解与机器学习相结合的回归预测模型,实时阶段建立了机器学习时间序列预测模型;接着,以测试集的预测精度指标为依据确定了日前和日内滚动阶段对典型日负荷的最佳预测方法;最后,将预测方法应用于典型日的能量预测,验证了方法的可行性。研究结果显示:3个阶段典型日气象参数预测结果的决定系数R~2都在0.8以上;在日前和日内滚动阶段,多元负荷的预测任务应采用不同的信号分解方法,实时阶段负荷预测结果的R~2值均超过0.9,平均绝对误差百分比(mean absolute percentage error, MAPE)接近0。

基于谱聚类的主动配电网多时间尺度无功优化策略

高比例分布式光伏接入配电网后,传统优化方案无法有效平抑电压波动,分布式光伏逆变器的无功调控能力难以充分利用。为此,提出一种基于谱聚类的主动配电网多时间尺度无功优化策略,该方法分为日前优化和日内实时优化两个阶段。首先,对离散设备的时间耦合性进行解耦,以配电网网损、平均电压偏差、电压波动严重程度为目标函数,建立基于社交网络搜索算法的日前无功优化模型,确定离散设备静态最优档位序列;其次,通过谱聚类的方法进行耦合,确定离散设备动态最优档位序列,结合改进的分布式光伏逆变器就地控制策略,建立日内实时优化模型,从而抑制日前预测数据偏差导致的电压波动;最后,基于改进后的IEEE33节点系统进行仿真实验。仿真结果表明,所提策略可以有效降低运算难度、提高求解效率,验证了该策略的有效性和优越性。

考虑负荷不确定性的微电网多时间尺度调度策略

随着分布式能源渗透率增高,微电网内负荷的不确定性及能源响应负荷波动的时间尺度不同为系统灵活调度带来了挑战。电动汽车(EV)因其快速响应能力,合理安排其充放电行为可以有效缓解微电网的供电压力,平滑负荷曲线。在以经济运行最优为目标下,提出一种考虑负荷不确定性及电动汽车资源的微电网多时间尺度调度优化模型。在日前调度阶段,结合需求响应技术以风光消纳最优为目标,优化电动汽车资源的充放电行为,确定各种资源调度安排;在实时调度阶段,负荷预测出现偏差时,将储能电池、电动汽车资源作为灵活性资源,实时滚动,对日前调度计划做出修正。以某一微电网进行仿真验证,结果表明所提模型能实现风光全部消纳,有效减少负荷曲线的峰谷差,提高其应对负荷不确定性的能力。

闽江流域多时间尺度降雨—径流关系变化与成因

为进一步揭示闽江流域降雨—径流关系的时空变化规律,识别主要驱动因子,基于1960—2019年降雨和径流数据,应用TFPW—MK方法,按照年以及年内的汛期与非汛期、前汛期和后汛期、最大月和最小月等不同时间尺度,检测闽江上游三大支流、干流及全流域等空间尺度的降雨—径流演变趋势;结合Sen trend方法,从气候变化、土地利用和水库工程建设3方面,分析影响降雨—径流关系变化的成因。结果表明:1)闽江流域及各支流年降雨—径流均呈不显著上升,趋势变化一致;2)除支流建溪流域,闽江及其他支流非汛期降雨—径流上升趋势显著;汛期内部趋势变化分化明显,前汛期降雨—径流略减少,后汛期降雨—径流大部分显著增加;3)极端降雨—径流的变化趋势不一致,主要受大型水库工程建设的影响。基于多时间尺度的分析,更深入揭示闽江流域降水、径流的演变及气候变化与人类活动的影响,对区域水资源管理与水土保持具有重要参考价值。

多能互补能源基地多目标多时间尺度优化调度研究

针对“风光火”一体化调度模式下的能源基地经济稳定运行与规模化新能源高效消纳问题,提出了一种融合多目标多时间尺度的多能互补优化调度模型,充分考虑能源基地不同运行工况下的优化侧重点,分别以新能源消纳最大、机组调峰成本最低、系统运行经济性最优为目标,在满足安全约束条件下利用分支切割法进行求解,并基于日前-日内多时间尺度协调调度架构实现计划的滚动修编,通过选取内蒙古某大型能源基地作为算例进行分析。结果表明,所提模型能够有效提升“风光火”协同发电能力,在保障能源基地安全稳定运行的同时促进新能源的高效消纳,提高系统运行经济性。

考虑多能负荷波动实时平衡的综合能源系统多时间尺度优化调度

综合能源系统内负荷的不确定性及多能源响应负荷波动的时间尺度不同为优化调度结果的可靠性及系统对负荷波动的响应带来了挑战。确定日前、日内、实时三阶段优化调度模式,在日内调度中对当日影响系统运行的随机事件进行分类并将其量化影响反馈至调度模块;对系统内热/冷负荷端口进行能流分析,通过监测供回水压、水温等数据,快速响应热/冷负荷波动,并在实时调度中调整机组出力;建立日前、日内、实时三阶段优化调度模型,提出基于多能负荷波动快速响应的综合能源系统多时间尺度优化调度方法。以中国南方某城市综合能源系统冬季运行模式为例进行数值分析。结果表明,所提方法对计划性负荷调整及突发小幅负荷波动均有良好效果,能有效提升系统供能收益和用户的用能舒适度。

考虑多种工业负荷参与的多时间尺度源荷储优化调度

为解决大规模新能源接入导致传统电网中常规机组调节压力不断增大的问题,提出了一种考虑储能和多种工业负荷参与的多时间尺度优化调度策略。该策略通过协调荷侧电解铝、水泥、钢铁、非生产性负荷与储能以及源侧常规机组调用计划,有效缓解电网调节压力。首先,分析储能和多种工业负荷的调节特性,建立风-光-荷-储的滚动调节框架。然后,针对源荷不确定性,采用多场景随机规划与模糊机会约束目标规划相结合的方法,建立日前和日内阶段以系统经济性最优为目标、实时调度阶段兼顾安全性和经济性的多时间尺度调度模型。最后,通过新能源充足与不足典型日算例可知,本文所提调度策略能够充分发挥可调控资源的调节能力,在两种典型日的总成本较日前最优调度分别降低了17.08%、44.13%,弃新能源量降低39%、失负荷量降低23%,有效提高了电网运行经济性和安全性。

基于分布鲁棒模型预测控制的微电网多时间尺度优化调度

源荷多元不确定性给“源荷储”一体化微电网优化调度带来了诸多挑战,但传统方案存在优化模型过于片面极端和时间尺度单一导致调度不合理的问题,无法兼顾可靠性和经济性,并且难以协调不确定性分析方法与不同时间尺度之间的配合关系。文中基于数据驱动的多离散场景分布鲁棒方法,提出一种微电网两阶段分布鲁棒日前优化调度模型,使用列和约束生成算法进行求解。结合改进分布鲁棒优化的不确定方法、多时间尺度调度策略和模型预测控制理论,通过逐级细化调度时间尺度和减小预测周期的长度来提高精度,以最小化发电成本以及调节成本等为目标建立日前-日内多时间尺度滚动优化调度模型,较大程度上抵抗系统不确定性因素的影响。结合算例仿真分析,进一步说明了所提模型能够有效消纳新能源、降低运行成本同时兼顾安全性和经济性。

多时间尺度小波变换和LSTM自编码器电弧故障检测方法

在光伏发电系统中,电弧故障检测是维持系统安全运行的关键问题。以往的电弧故障检测方法大多基于单时间尺度的故障特征,然而单一时间尺度特征往往会受到环境变化的干扰,导致检测精度降低,针对这一问题,提出一种多时间尺度小波和长短时记忆(LSTM)自编码器电弧故障检测方法,该方法首先在机理分析的基础上找到电弧3个特性,即电弧初始阶段电流发生突变、燃弧阶段电流均值降低、燃弧阶段高频分量变大。再基于上述电弧特性进行小波变换提取对应多尺度特征,然后使用LSTM自编码器进行端到端的自动检测。与以往方法不同,该方法提取了电弧特性的多种时间尺度特征,增加了故障信号的检测依据,降低了受外界干扰时检测结果出现误报漏报的可能性。理论分析和实验结果表明,所提出的方法降低了故障电弧检测的误报率,提高了其准确率。

计及多重差异的交直流混合多能微网多时间尺度优化调度

近年来,可再生能源发电、热电联产、储能和电力电子变压器(PET)等技术发展迅速,有利于构建多能互补、清洁高效的交直流混合多能微网(MEMG),但不成熟的PET模型和复杂的不确定性为系统的优化调度带来了挑战。为此,首先构建了一种基于三级式PET的交直流混合MEMG结构,建立了包括PET在内的设备模型和不确定性模型;其次,提出了计及多重差异的MEMG多时间尺度优化调度策略,明确了日前-日内-实时三时间尺度调度的协调机制,其中,多重差异包含需求响应资源、系统调度目标和源荷预测精度在时间尺度上的差异,以及不同能量的响应特性差异;再次,建立了对应的多时间尺度优化调度模型,包括日前鲁棒机会约束优化模型、日内随机优化模型和实时分层滚动修正模型,并在日前调度中,改进了传统储能和电热耦合设备的备用模型,设计了基于PET的交直流系统备用共享机制,将调度模型转换为混合整数线性规划模型,给出了利用CPLEX求解器求解多时间尺度调度模型的步骤;最后,通过算例分析表明,所提调度策略可以通过逐级修正调度计划应对不确定性,且所设计备用方案兼具可靠性和灵活性。

考虑不确定性的周期性资源购买机制及多时间尺度调峰调度策略

合理的资源购买和有效的调度策略是充分利用需求响应资源向系统提供辅助服务的关键。该文针对电力系统运行中最常出现、影响也较大的辅助服务事件之一--调峰的需求响应资源周期性购买问题和日内调度问题进行研究。首先,对广大调峰事件的调峰需求特征进行聚类,利用概率描述调度中心不同的决策行为,建立周期内调节资源购买的不确定性模型并获取最优调节资源购买量。其次,针对日内调度,结合负荷预测,建立基于滚动优化的多时间尺度能量和功率协调调度策略。大时间尺度上以调度中心调峰经济性最优为目标对调节能量进行分配,小时间尺度上以调峰效果最优为目标对调节功率进行分配。仿真结果表明,所提周期性资源购买决策机制能够有效提升周期内调度中心的平均收益;而日内多时间尺度协调的调峰策略则能够充分利用已购资源,实现调度中心调峰经济性和调峰效果的双赢。