小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响研究

针对新型电力系统建设过程中,面临的小水电调节能力不足的问题,本文提出了梯级小水电与光伏互补运行的优化调度方法,实现了小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的影响评估,可指导水风光蓄多能互补运行。首先,以计算周期内系统发电量最大和系统总出力波动最小为目标函数,面向小水电的梯级水光蓄互补电站联合调度模型;其次,提出水光蓄互补电站联合调度模型求解的基本思路,并采用改进逐步优化算法进行模型求解计算;最后,依托四川省大渡河上游支流小金川流域开展实例研究,并通过梯级水光蓄互补调度结果与梯级水光互补调度结果的对比,分析抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响。研究结果表明:通过梯级水风光蓄互补调度和梯级水光互补调度计算,可实现抽水蓄能机组对水光互补系统发电影响的评估。本次研究成果对水风光蓄清洁能源基地规划建设和调度运行具有一定的思路借鉴和参考价值。

梯级水电站水光互补系统调峰运行方式研究

针对梯级流域涉及电站数量较多,光伏出力的随机性和不确定性等问题,提出了一种能够考虑机组负荷分配的水电调峰模型。首先,以调峰效益最大为目标,构建了一种水光互补的梯级水电站调峰模型;然后,根据所得梯级电站群日内发电曲线,构建基于调峰模式下的梯级水电站负荷分配模型;最后,针对梯级水电站枯期时对比分析了3种场景下以调峰效益最大模型的水光互补系统调峰优化结果,验证了模型的合理性与有效性。

水光互补系统互补特性分析与评价

利用水电机组快速调节性能平滑并网光伏电站出力波动的水光互补系统目前尚无运行特性分析及评价考核方法和标准,以龙羊峡水光互补系统为例,详细介绍了水光互补运行特性,并提出了应用于水光互补系统评价考核的补偿度的方法,通过对该方法的科学性和合理性的理论论证以及在不同天气情况下进行补偿度的试验验证,表明该方法可以科学准确的表征水光互补性能优劣,通过补偿度的评价表明龙羊峡水光互补系统能平滑光伏波动对系统的影响,切实能提高系统稳定水平。

考虑水光互补系统参与电力辅助服务的短期优化调度

梯级水电站与光伏进行互补对平抑光伏波动、提高光伏消纳具有重要意义。为此,首先从发电功率波动最小和发电经济效益最大2个目标函数出发,考虑水光互补系统参与电网有功平衡辅助服务,通过整定水光互补系统出力设计值,使其日内出力趋势能在一定范围内跟随电网负荷的波动,建立梯级水光互补系统短期多目标优化调度模型。其次计及梯级水电站水量约束和光伏电站的晴、阴、雨3种典型日发电特性,采用基于分解的多目标进化算法进行求解。最后对3种典型场景下的梯级水光互补系统的日内优化调度进行验证和分析。实验结果表明梯级水光互补系统可有效平抑光伏发电的间歇性、波动性,并且互补系统出力能及时在电网负荷高峰时段做出相应调整;梯级水光互补系统优化调度方案兼顾了功率波动性和发电经济效益。

水光互补系统实时电力互补特性应用研究

利用水电机组快速调节性能平滑并网光伏电站出力波动的水光互补系统目前尚无运行特性分析及评价考核方法和标准。以龙羊峡水光互补系统为例,详细介绍了水光互补运行特性,并提出了应用于水光互补系统评价考核的补偿度方法,通过对该方法的科学性和合理性的理论论证以及在不同天气情况下进行补偿度的试验验证,表明该方法可以科学准确地表征水光互补性能优劣。通过补偿度的评价表明龙羊峡水光互补系统能平滑光伏波动对系统的影响,切实提高系统稳定水平。

水光互补系统中混流式水轮机转轮结构稳定性研究

为探究水光互补系统中混流式水轮机在非设计工况下转轮的结构稳定性,基于单向流固耦合理论,采用ANSYS软件对猛固桥水电站混流式水轮机进行了数值模拟。结果表明:转轮上较大等效应力区域出现在叶片出水边与上冠连接部分,而较大变形量分别位于叶片与下环连接处和叶片出水边靠近上冠位置;在模态分析中预应力对转轮固有频率影响较小;受导叶出口不稳定流动的影响,转轮结构极易发生径向变形,对叶片与下环连接处影响最大,易引起变形和断裂。研究成果可为水光互补系统中混流式水轮机结构稳定性设计提供理论指导。

水光储互补特微型发电系统设计与评估

针对美丽乡村建设不断增长的绿色发展需求,提出了一种采用虹吸式水轮机和光伏板作为发电装置,配合蓄电池储能的水光储互补特微型发电照明系统方案。虹吸式水轮机使用稳态数值模拟计算出力及效率,结合水位数据计算发电量,光伏板使用面积法结合太阳辐射数据估算月发电量,并计算了提供给夜间照明和电网的电量。分析了系统的建设成本、经济效益和减排效益,结果表明本系统拥有切实可行的推广前景和减排效益。

基于云模型的水光互补清洁能源基地容量配置方案优选

为优选水光互补清洁能源基地容量配置方案,从安全性、环保性、经济性、技术性4个方面选取14个指标构建了综合评价指标体系,采用改进云模型方法对容量配置方案进行评价。改进云模型方法以基于层次分析法改进的云模型求解主观权重,以熵权法求解客观权重,组合赋权得到指标权重,再利用条件云发生器计算各指标的隶属度,最后根据级别特征值法计算容量方案等级评分,确定最优方案。将该方法应用于我国西南某清洁能源基地水光互补系统容量配置方案的优选,优选结果与集对分析法优选结果和实际选择方案均相符,证明了该方法的有效性与适用性。

基于客观权重赋权-优劣解距离法的水光互补能源基地补偿效益分摊

针对水光互补系统各电站补偿关系复杂且补偿效益分摊难以量化的问题,提出一种适用于量化水光互补系统效益补偿关系的求解方法,通过对梯级优化调度及水光互补优化调度后发电量的对比,得出水光互补动态过程指标和静态特性指标,建立水光互补补偿效益分摊模型,并采用改进的客观权重赋权-优劣解距离法(criteria importance through intercriteria correlation-technique for order preference by similarity to an ideal solution,CRITIC-TOPSIS)求解补偿效益分摊比例,明晰各电站之间的损益关系。以澜沧江上游西藏段水光互补清洁能源基地为例进行求解,结果表明该方法考虑梯级水电站与光伏电站间的利益关系,同时兼顾梯级水电站内部的效益得失,分摊结果公平合理,可以平衡各主体之间的利害关系,有利于调动施益主体参与互补运行的积极性,实现清洁能源基地整体效益最大化。

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。

梯级水光互补联合发电系统运行安全分析方法及应用

以水电为纽带的多能互补发电已成为提升清洁能源消纳水平的重要手段。梯级水光互补联合发电系统受光伏出力的强随机性和间歇性影响,极大地限制了互补系统的安全稳定运行。围绕梯级水光互补联合发电系统运行安全分析的实际工程问题,从互补系统的发电计划安全校核和安全运行区间分析两个角度,提出了基于多项式混沌理论的概率配点算法的运行安全分析方法并研发了相应软件。该方案可有效应对随机性影响下大规模场景抽样带来的求解效率问题,能够在保证计算精确性的前提下,显著提高求解效率,为互补系统的安全稳定运行提供了技术支持。

离网条件下考虑短时间尺度的水光蓄多能互补发电系统备用容量确定方法

当前光伏等新能源的大规模应用在一定程度上缓解了全球能源短缺和环境污染问题,但新能源本身的间歇性和随机性问题使其无法独立完成供电,常常配置水电机组和抽水蓄能机组补偿光伏,形成水光蓄多能互补发电系统。大部分水光蓄多能互补发电系统修建在远离主电网的偏远地区,经常会出现离线运行的状况,由于无法与主电网完成电能交换,导致新能源渗透率较高的多能互补发电系统供电可靠性不如传统电网,合理配置系统备用容量是保证系统供电可靠性的关键。文章提出了在离网条件下考虑短时间尺度的水光蓄多能互补发电系统备用容量确定方法,建立了基于系统发电容量和备用容量耦合关系的两阶段优化模型。由于系统的备用容量受到系统的发电容量制约,因此,首先考虑系统的发电计划,完成系统小时级的发电容量配置,然后在此基础上进行基于机会约束的系统分钟级的备用容量优化,该机会约束使得离线系统实际运行时在某概率下可靠供电,符合实际电网运行时,允许出现短时间的功率不平衡的情况。仿真结果表明,与传统的系统备用配置原则相比较,合理设置机会约束的置信度可在系统运行成本增加幅度不大的情况下,大大提高水光蓄多能互补系统的供电可靠性。

考虑风险与调峰性能的水光互补中长期调度

传统水光互补中长期调度模型未考虑日内运行风险以及系统的调峰特性,高估了系统的互补性能,由此制定的调度规则难以提升互补系统效能。为此,本文构建长短期决策响应函数,用以定量表征中长期水电出力与日内综合风险率、弃电率、调峰性能指标之间的关系;然后,将决策响应函数嵌套到中长期调度模型中,推求考虑日内风险以及调峰性能的水光互补中长期优化调度规则。以忠玉水光互补电站为实例,研究表明:嵌套决策响应函数的优化调度模型可显著提升系统发电量(增加2.61%)以及发电保证率(由46.7%提高到85.7%),降低系统剩余负荷标准差(降低10.0%)和综合风险率(由9.51%降低到5.43%),综合效能更优。

基于多层次多维度的水光互补容量优化配置综合评价方法研究

合理配置水光装机容量是构建水光互补系统的关键环节。为有效解决水光互补系统容量优化配置问题,结合水光互补系统利益多元化与评价指标复杂化特性,从配置方案的安全性、环保性、经济性、技术性以及社会性五个方面,采用多层次、多维度的评价体系,提出耦合层次分析法、ELERTRE-Ⅲ、TOPSIS法等多类多准则评价方法,构建综合水光互补系统容量优化配置综合评价模型,有效、全面识别水光互补系统容量最优配置方案。将上述方法应用于LCJ上游西藏段清洁能源基地水光互补系统,验证了所提评价体系、方法及模型的合理性和有效性。结果表明:清洁能源基地水光合理规模配置方案为水电952.5万kW+光伏1200万kW,综合效益最优。研究成果可为水光互补系统容量优化配置、清洁能源资源集约高效利用等提供科学的决策依据。

水光互补发电系统光伏板最佳倾角研究

为实现非均衡负载水光互补系统光伏板最佳倾角研究,通过建立倾斜面太阳辐射接收量模型,使用Matlab计算得到倾斜面辐射能。利用最小二乘法原理重新计算了在负载以及水力发电量不均的情况下的最佳倾角,据此方法确定出的最佳倾角,既可以使辐射量相对不足的月份太阳能发电量尽量接近负载需求量,又能在水力发电量不足的情况下补充发电能力,还能使全年太阳能总发电量较大。

兼顾电网频率和功角稳定性的柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标优化

雅砻江柯拉光伏电站是西南电网首座百万千瓦级光伏电站,与木绒水电站构成大容量水光互补系统,其低电压穿越特性对电网频率、功角稳定性均存在一定影响。首先,研究了光伏电站低电压穿越影响电网频率稳定的机理、水光互补系统功角稳定特性,提出了一种量化评估光伏电站低电压穿越影响电网频率的工程实用方法;然后,分析了柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标对西南电网频率、功角稳定性及对负荷中心暂态电压稳定的影响;最后,提出一种兼顾电网频率和功角稳定性的光伏电站低电压穿越关键性能指标优化方法,并通过对柯拉光伏的仿真测试验证了所提方法的有效性。

混流式水轮机偏负荷工况内流场及压力脉动分析

为探究水光蓄互补联合发电系统中比转数混流式水轮机在偏负荷工况下机组内部流态变化和稳定性影响,在额定水头和最大水头下对国内某电站3种大开度工况采用SST k-ω湍流模型对机组进行稳态与瞬态数值计算和分析.结果表明:偏负荷工况下的转轮内部流态稳定,转轮出口与下环流道内出现流线紊乱区.尾水管内存在圆柱形的空腔涡带,涡带衍生于转轮泄水锥,并在尾水管内直锥段发展.混流式水轮机无叶区在偏负荷工况下的压力脉动主频为叶频,尾水管内部主要为幅值接近的低频脉动.研究结果揭示了水光蓄互补联合发电系统中混流式水轮机在偏负荷工况下的内部流场变化、尾水管涡带发展规律和机组压力脉动成因,为拓宽水轮机运行区间提供了建设性意见.