新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望

风电场和光伏电站出力的不确定性给电力系统优化调度带来很大技术挑战。文中主要介绍了考虑新能源不确定性的电力系统优化调度方法的研究现状及后续研究方向展望。首先,重点论述了各种不确定优化调度(UOD)方法,包括随机优化方法、鲁棒优化方法、随机鲁棒优化结合方法和基于人工智能技术的方法。其中,随机优化方法包括场景法、机会约束规划法和近似动态规划法;鲁棒优化方法包括传统鲁棒优化法和分布鲁棒优化法;随机鲁棒优化结合方法包括采样鲁棒优化法和分布鲁棒机会约束规划法。然后,介绍了每一种方法的优化模型形式、模型的转化和求解原理及其优缺点。最后,对UOD的后续重点研究方向进行展望,包括兼顾多个目标的UOD问题及多目标不确定优化方法、输配系统UOD问题及分布式不确定优化方法、考虑稳定性约束的UOD问题及含常微分方程约束的不确定优化方法、考虑管道传输动态的综合能源系统UOD问题及含偏微分方程约束的不确定优化方法。

基于POA-GWO-CSO 算法的新能源电力系统精准切负荷控制多目标优化方法

为解决新能源电力系统因功率缺额引发系统频率、电压偏移等一系列安全问题,文章提出了一种基于POA-GWO-CSO算法的电力系统精准切负荷控制多目标优化方法。首先,从电力系统的安全性和经济性两个方面综合考虑电力系统稳定运行和分布式电源出力特性等各项约束条件,提出一种基于负荷分类的精准切负荷控制多目标优化模型;然后,为了增强传统鹈鹕优化算法(POA)全局与局部搜索能力之间的协调关系,克服优化算法在处理复杂问题时出现收敛过早、寻优范围不够、求解精度不高等问题,引入非线性惯性权重因子、灰狼优化算法(GWO)中狼群领导者策略以及纵横交叉法(CSO),对鹈鹕新的个体的位置进行更新;最后,基于改进后的IEEE33节点进行实证分析。分析结果表明,利用改进的POA-GWO算法对紧急切负荷模型进行求解,实现了系统经济性及稳定性的协调控制。

基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略

为实现含新能源电力系统的惯量分布特性的有效评估,提出一种基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略。首先分析新能源机组惯量与同步机组惯量之间的差异;其次构建节点惯量响应模型,分析节点惯量相关因素的特性;然后通过主成分分析对影响节点惯量的主导变量进行降维,将降维后的变量应用系统聚类法对节点进行聚类分区;最后通过系统辨识得到区域惯量,评判出整个系统惯量的空间分布。在仿真软件中搭建改进的IEEE 10机39节点模型验证了分区策略的合理性。

基于VSG下垂优化控制的新能源电力系统惯性提升

针对传统VSG技术动态性能较差且重要参数J和D最优值较难确定的问题,提出了一种基于下垂控制与神经网络预测的VSG控制与参数优化策略,实现了VSG技术中关键参数J和D的动态调节。首先,所提策略将有功功率-频率下垂控制应用于VSG的控制算法中;其次,通过模拟同步发电机转子运动方程和电压与无功控制特性,建立VSG的小信号分析模型,完成了关键参数转动惯量与阻尼系数的初值整定;最后,建立了人工神经网络进行分析学习和网络训练,调整权值以改变VSG转动惯量与阻尼系数,通过误差函数比较输出量与输入量之间的误差,多次学习训练后参数达到期望值。将神经网络优化算法与下垂控制策略结合,对VSG控制策略进行优化。分别采用传统VSG控制、恒定参数下垂控制和基于神经网络优化的自适应参数下垂控制对算例进行仿真,结果表明:所提基于神经网络优化的自适应参数下垂控制比传统VSG控制的频率最大变化量降低了26.7%,频率稳定时间降低了0.25 s,表明了所提策略的有效性。

基于WRLS-ARMAX系统辨识的新能源电力系统惯量评估

随着高比例新能源机组并入电网,电力系统低惯量特性愈加显著,严重影响了系统运行稳定性。为了准确估计新能源电网实际运行状态下的惯量大小,提出了一种基于加权递推最小二乘(WRLS)-受控自回归滑动平均(ARMAX)系统辨识的新能源电力系统等效惯量评估方法。首先,以发电机为对象,建立不同扰动情况下发电机功频响应特性的通用惯量解析模型;其次,以发电机并网母线有功功率和频率扰动作为输入和输出,建立ARMAX模型,考虑到实际电网运行过程中受大、小扰动共同影响,实际测量数据具有异方差性,采用WRLS求解模型中的待辨识参数;然后,提取辨识模型中包含惯量响应的传递函数模型,利用阶跃响应计算惯量源的惯性时间常数,进而计算得到系统等效惯量大小;最后,通过Matlab/Simulink仿真算例验证了所提方法的准确性和实用性。

基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。

基于可行域投影理论的新能源电力系统协同运行方法

随着新能源逐步成为电力系统的主体,传统电网体系的深层缺陷也日益显露。跨省区资源优化配置困难和分布式能源利用率低等能源协同体系的不足成为制约新型电力系统建设的瓶颈。为此,该文通过基于外割法的可行域投影等值算法刻画区域系统可行域,并通过并行伞约束辨识法剔除模型冗余约束,进而提出一种基于投影等值理论的新能源电力系统协同运行模式,通过可行域的交互实现各级调度体系间的高效协同,并提出了三种应用场景:配电网/虚拟电厂可行域聚合、省间多通道安全域计算和多时段输配电网协同运行。算例结果表明,所提算法和模式能够有效地降低区域电网规模,从而降低区域电网与调度中心的信息交互量,提升新能源电力系统运行优化效率。

基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法

风电等新能源的大规模并网严重影响了电力系统的暂态稳定性。针对新能源电力系统暂态稳定问题,提出基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法。首先,构建新能源电力系统的线路稳定裕度和系统暂态稳定裕度指标,准确辨识系统暂态稳定性;然后,提出附加线路暂态能量控制的改进储能控制策略,更好提升系统暂态稳定性;最后,在New England10机39节点系统中进行仿真验证。算例分析表明,所提方法能准确辨识系统暂态稳定分布情况,有效改善新能源电力系统暂态稳定性。

新能源电力系统振荡薄弱点定位方法研究

为减轻振荡对新能源电力系统的冲击,有必要在线评估系统稳定状态并定位系统振荡薄弱点,提前采取措施。为此,分别从端口频域特性和时域响应角度提出两种新能源电力系统振荡薄弱点定位方法。频域方法基于新能源场站端口阻抗特性评估系统稳定状态,并根据各新能源场站端口阻抗实部的大小定位薄弱场站。时域方法通过主动注入宽频小扰动信号,利用HHT(希尔伯特-黄变换)分析各新能源场站端口电流响应,提取薄弱模态的阻尼比,根据阻尼比大小定位薄弱场站。以三个风电场构成的小型新能源系统为例,对上述两种定位方法的有效性进行验证,结果表明两种方法均能准确定位系统振荡的薄弱点。

高比例新能源电力系统可靠性高效评估和薄弱环节辨识方法

新能源渗透率的提高可能诱发供电中断的风险,使电力系统的运行可靠性降低,传统的中长期可靠性评估方法难以满足运行可靠性评估的时间需求。本文提出了一种电力系统运行可靠性高效评估算法,揭示了电力系统运行可靠性指标与风电出力不确定性因素的解析函数关系,避免不确定性因素变化时可靠性的重复计算。首先,基于隐马尔可夫模型对风电出力的分布特性进行建模;然后,通过状态枚举-混沌多项式展开方法建立可靠性指标与风电出力间的解析函数;最后,基于解析函数实现对实时风电出力下的新能源电力系统运行可靠性的高效评估及薄弱环节辨识。以修改的IEEE-RTS79系统为例进行分析计算,验证了所提方法的有效性。

高比例新能源电力系统调节资源灵活性不足风险分析

高比例新能源接入电力系统带来了显著的波动性和不确定性,电力系统面临灵活性不足的运行风险。不确定状态下灵活性不足风险评判对控制电力系统运行风险水平、评价规划方案的性能优劣具有重要意义。研究新能源电力系统调节资源灵活性不足风险量化评估方法,提出了新能源电力系统调节资源灵活性不足风险评价指标体系。首先,基于核密度估计与序优化理论,提出源荷不确定性数据驱动建模方法;为提高电力系统源荷样本数据的充裕度,提出基于云模型的电力系统小概率风险样本集重构方法,实现训练样本的无成本、灵活获取;然后,从爬坡能力和调节深度两方面提出新能源电力系统调节资源灵活性不足的风险量化评估方法。最后,算例分析验证了所提方法的有效性和可行性。

考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型

随着风电和光伏发电装机规模快速增长,系统出现了发电容量充裕度不足的问题。为确保电力系统中的充足发电容量,需要引入容量市场机制。相比于大型火电机组的长建设周期和高投资成本,分布式可调节资源聚合的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)建设周期短、投资小、见效快,是为系统提供发电容量的有效资源。因此,构建了虚拟电厂可信容量(unforced capacity,UCAP)计算方法并提出一种考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型。虚拟电厂可信容量计算模型考虑了其功率、能量以及运行特性。容量市场出清模型在考虑发电侧风电、光伏、传统机组的基础上,增加用电侧虚拟电厂参与市场。容量市场出清模型中考虑了高峰容量需求、基本容量需求、电能需求、谷荷需求、爬坡功率需求等系统约束。最后通过算例分析了虚拟电厂可信容量、市场容量总需求量以及新能源装机容量对市场出清结果的影响,验证了本文虚拟电厂可信容量计算方法以及容量市场出清模型的有效性。

储能技术在新能源电力系统中的应用研究

由于近些年社会发展速度不断加快,在一定程度上也推动了新能源技术的发展进程。因为该技术在使用过程中有着很多的优势,所以也受到了社会各界的广泛关注以及运用。尤其是对于电力行业的发展而言,通过科学合理的运用储能技术能够更好地实现新能源的稳定利用,有助于提升电网稳定性,不但能够使新能源发电更加符合当前社会发展要求,同时也可以进一步提升对能源的利用率,尽可能减小污染问题的产生,保障生态环境与电力产业实现协调稳定的发展。基于此,文章分析了储能技术对新能源系统发展的重要性,研究了新能源电力系统中常用的储能技术,并重点探讨了储能技术在新能源系统中的应用。

高效率能源转换技术在新能源电力系统中的应用

随着全球对可再生能源需求的日益增长,新能源电力系统在能源领域的应用越来越广泛,然而高效率能源转换面临一些技术缺陷,如能源转换效率不足、系统稳定性差等。为了解决这些问题,本文提出一种针对高效率能源转换技术的优化途径,通过优化逆变器的设计和控制策略,减少能源在转换过程中的损耗,提高能源转换效率;同时,采用具有散热层的电路板,优化逆变器电能损耗、温度管理、EMI电磁干扰与谐振问题。最后通过实际案例,验证所提出优化途径的有效性,其结果表明,优化措施能够显著提升能源转换效率及系统稳定性和电磁兼容性,对推动新能源电力系统的发展具有重要意义。

基于层次分析-模糊综合评价法的新能源电力系统储能技术评价

以某新能源电力系统为例,从技术、经济、安全3个方面构建新能源电力系统储能技术评价指标体系,采用层次分析-模糊综合评价法评价该新能源电力系统的储能技术。结果表明,该新能源电力系统的储能技术水平比较好,同时,针对该新能源电力系统在储能技术中存在的问题,从研发合作、功能强化、体制机制等方面提出对策与建议。

基于量测数据的新能源电力系统区域等效惯量评估方法

新能源发电类型、渗透率及控制方式的不同会影响电力系统实时惯量,评估惯量水平有助于提高电力系统抗扰动能力。该文在分析风电、光伏的虚拟惯性响应特性及其对电力系统频率稳定性影响的基础上,考虑负荷静态电压特性,提出一种基于量测数据的新能源电力系统区域等效惯量实时评估方法。评估结果计及发电机惯量、新能源虚拟惯量和负荷等效惯量。为了减小因扰动后频率分布特性造成的误差,从加权平均数的角度提出频率采样点的选取及区域频率的计算方法,解决了量测数据众多且获取困难的问题。通过算例验证了所提方法对传统电力系统及新能源电力系统区域等效惯量评估均具有可行性和有效性。

基于安全限定义的新能源电力系统区间经济调度模型及算法

大规模风电等新能源机组接入电网,其不确定性和波动性对电网的安全运行造成冲击。目前采用的鲁棒调度和区间调度无法同时考虑不确定性条件下系统功率平衡和全场景下线路潮流安全双重约束。为此,将风电出力视为区间数,考虑极端场景下的功率平衡约束和可转移、可削减柔性负荷的参与建立了计及风电不确定性和电力平衡的区间经济调度模型。为求解该模型,提出了基于安全限定义的区间经济调度算法,该算法采用优化场景法求解区间直流潮流得到安全限,进而通过安全限定义法将区间优化模型转化为确定性的二次规划模型求解。采用IEEE 118节点系统测试,结果表明了所提区间经济调度算法既能满足极端场景下的电力平衡需求,又能保证所有场景下线路传输功率的安全性,同时降低了调度成本,发挥了柔性负荷削峰填谷的作用,且风电出力较小或较大时通过削减负荷或弃风实现经济性,为新能源电力系统安全、经济运行提供技术支撑。

考虑空调集群需求响应的新能源电力系统分数阶滑模负荷频率控制

随着可再生能源的大量接入和负荷需求的不断增长,电力系统安全运行的压力日益增大,新能源电力系统的频率控制问题成为研究热点。针对新能源电力系统中源荷随机扰动造成频率偏差较大的问题,提出考虑空调集群需求响应(DR)的分数阶滑模负荷频率控制策略。首先,建立含风机和空调集群DR的互联电力系统模型;其次,采用分数阶滑模算法控制发电机组的调速器来最小化频率偏差,可以抑制抖振现象并提高电力系统的鲁棒性;此外,利用DR和风机作为辅助设备共同参与频率调节,进一步减小频率偏差;最后,设计3种不同工况,在Matlab/Simulink中进行仿真验证,结果表明所提出的控制策略可以有效降低新能源电力系统的频率偏差,保证电力系统稳定运行。

考虑电压主导型连锁故障的新能源电力系统无功补偿优化配置

高比例新能源电力系统在连锁故障过程中易发生电压主导型故障,需要合理配置无功补偿提供电压支撑能力。针对电压主导型故障,提出一种考虑电压主导型连锁故障的无功补偿优化配置方法。首先,通过对连锁故障进行仿真,提取电压主导型连锁故障场景;其次,通过对拓扑结构进行聚类,提取故障典型场景集合;然后,以装设无功补偿容量最小以及各场景下的负荷损失最小为目标函数,构建分布式鲁棒优化模型,采用列与约束生成算法对模型进行迭代求解。最后,通过算例验证所提方法的合理性和有效性。算例结果表明,所提方法能够有效的对电压主导型连锁故障的关键节点进行无功补偿优化配置。

储能技术在新能源电力系统中的实践探究

传统电力系统中储能技术应用落后,无法全面兼顾发电、输电等系统性工作,存储电能量也相当有限。如果是在用电高峰期时间段,很可能出现电力系统负荷过大情况,这对于供电企业日常生产而言无疑负担过重。相比之下,在用电低峰时间段,却出现了电力系统用电量闲置情况,资源浪费问题在所难免。在本文中,就着重讨论了目前储能技术与新能源电力系统的相关理论内容,对储能技术进行分类优化。然后,重点探究目前新能源电力系统中储能技术的应用要点。