NB/T 11554—2024要点解读及水风光储多能互补标准化工作回顾

本文追溯了“十三五”时期关于多能互补综合能源的开发模式、工程示范以及针对电源端多能互补系统的分类和指导意见,根据“十四五”时期关于两大水风光综合基地的规划,全国主要流域可再生能源一体化规划工作的初步成果,以及对于试点流域规划实施启动、产业链配套工程提速等工作回顾,梳理了水风光储可再生能源综合开发工作历程及标准化工作需要解决的问题及必要性。在分析多能互补一体化标准现状及水风光储标准立项需求的基础上,对最新发布的《水风光储可再生能源综合开发项目技术规范》进行规划、设计、运行和管理全生命周期各阶段要点解析,提出了该规范对于水风光储标准化工作的开创性和指导性。

基于水电储能调节的风光水发电联合优化调度策略

为缓解新能源装机容量扩大引起的弃风弃光现象,在已有梯级水电上下电站之间加入储能泵站,提出风光水储短期优化调度策略。构建以风光水储系统负荷跟踪误差最小、梯级水电站发电量最大和梯级水电站发电耗水量最小的多目标优化调度模型;提出基于季节性自回归移动平均(seasonal auto-regressive lntegrated moving average, SARIMA)模型和Copula函数的风光出力预测模型作为优化调度模型的边界条件,通过SARIMA预测模型将风光出力历史数据分解为季节性分量、趋势分量以及随机噪声余项进行全天96个调度时段风光出力预测,并叠加上基于Copula函数生成风光出力预测误差,然后通过拉丁超立方采样以及K-means聚类进行场景生成和缩减得到5个风光出力场景。选取风光典型日出力数据为例进行算例分析,算例结果表明:所提预测模型较SARIMA模型可以显著提高预测准确度,模型预测风光出力均方根误差从33.34、229.49 MW分别下降至0.697、9.534 MW;所提优化调度策略可以在全年丰、平、枯水期有效减少弃风弃光现象,并可将过剩新能源中的50%转化为上级水库储存水能。

区域电网风光最优配比及储能优化配置研究

合理优化风光储容量配比是省级电网实现大规模区域电网新能源高效利用的基础,为优化风光储容量配比以及进一步降低弃电率,首先,基于某区域电网相关评价指标,对某区域电网风光出力特性进行分析,并使用风光出力场景生成方法生成某区域电网目标年的风光出力场景。其次,提出了面向提高新能源消纳的风光配比优化方法,包括新能源消纳模型和风光规划装机配比优化模型。随后,提出了面向提高新能源消纳的储能优化配置方法。最后,通过风光配比优化方法对某区域电网目标年弃电情况进行评估,并计算得到了某区域电网目标年的风光规划装机最优配比,通过算例验证所提方法的有效性。

基于源荷匹配的梯级水风光蓄系统优化运行研究

在“双碳”目标下,我国亟需进行能源结构转型,提高可再生能源在电力系统中的比例。调节性水电站和抽蓄电站具有良好的调蓄能力,可以作为调节电源与风光电源联合运行,从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击,促进新能源集中上网消纳。因此,充分利用梯级水电站及抽水蓄能电站的调节性能,制定合理的一体化调度策略,有利于在发电侧实现水风光蓄打捆送出和协同消纳,助力“双碳”目标实现。基于对梯级水风光蓄互补发电系统在短期调度中电网侧负荷需求和梯级水电水资源利用率的考虑,构建以源荷差异最小、梯级水电蓄能增量最大为目标,以常规水电站、风光电站、抽水蓄能电站安全运行条件为约束的短期互补调度模型,并采用粒子群-动态规划内外层嵌套算法对模型进行求解。选取西南某流域常规梯级水电站、抽水蓄能电站及周边风光电站组成的水风光蓄互补发电系统为研究对象进行模拟计算,结果表明:(1)抽水蓄能电站倾向于在梯级电站水头较低时选择泄水发电,而在梯级电站水头较高时选择抽水或维持当前水位不变;(2)所构建模型有效提高了系统总出力曲线与电网负荷曲线的匹配度,实现了梯级水电站之间负荷与水量的合理分配,一定程度上减少了梯级水电站效益损耗,提高了水能利用率,增加了梯级水电蓄能增量,有利于源网协同运行和梯级电站之间的稳定运行。

风光消纳对梯级水库群运行水位的影响

水风光多能互补系统大多聚焦协同调度和提高新能源消纳研究,却忽略了风光能源消纳对水库水位的潜在影响。构建了考虑短期弃电特征的水风光互补系统中长期优化调度模型。首先,根据实际水风光出力模拟可能的弃电情景,拟合弃电损失函数,将其嵌套在中长期优化调度模型中;其次,模拟接入风光前后的水库调度运行过程;最后,分析风光消纳对梯级水库群年际、年内、月运行水位的影响。以黄河上游龙羊峡至刘家峡梯级水电站水风光互补系统为实例,研究表明:①接入风光后,梯级水库群的年均出力降低约0.5%,可促进风光消纳,保证系统总出力更大,可提高风光上网出力和系统总出力约2.2%;②风光消纳导致梯级水库群的年际和月水位波动增加,龙羊峡和刘家峡水库的年末消落水位和年均水位的波动范围分别增加2.5%、101.6%、0.8%和78.9%,龙羊峡的月水位波动变幅为0,刘家峡月水位下限降低14.7%;③在丰水年,接入风光后梯级水库水位显著下降;平水年,龙羊峡水库水位稍有降低,刘家峡水库的水位表现为汛前春季水位降低,汛后秋季水位升高;枯水年,风光消纳对水库水位几乎没有影响。这些研究结果对于更好地理解风光能源与水库运行之间的复杂关系以及优化水风光互补系统的运行策略具有重要的实际意义。

水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模方法研究

为解决水火风光多能互补发电系统联合优化复杂问题,提出了一种水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模和求解方法,上层以余荷均方差和期望均值最小为目标函数对水风光清洁能源打捆进行联合优化,下层以成本经济指标最小为目标函数对火电适配余荷进行优化。以江西省典型春秋季、夏季和冬季江西省的电网负荷以及风电、光电的出力过程为研究对象进行实例分析,采用研究团队提出的DPSA-POA和智能算法混合优化方法进行模型求解,验证了本文所提两层优化建模和求解方法的有效性。并发现了风光可弃情境相比风光完全消纳情景虽然在火电出力上有所提高,但在整体运行费用上有所降低。在以春秋季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了5.79%,多能互补系统整体运行费用减少了4.97%;在以夏季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了0.32%,多能互补系统整体运行费用减少了1.95%;在以冬季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了10.70%,多能互补系统整体运行费用减少了6.78%。该方法为求解水火风光多能互补联合优化复杂问题提供了一种新的思路。

风光储参与电网预防-紧急控制策略研究

基于风光储有功功率连续平滑调节能力,提出一种风光储协同切负荷优化的电网预防-紧急控制策略。首先,分析风光储参与电网预防-紧急控制原理,给出风光储参与电网预防-紧急控制策略。在故障发生前通过削减风光出力预留有功备用容量,通过调整发电机机组出力、储能充放电状态平抑风光出力改变引起的系统功率波动;在故障发生后,优先考虑风光预留有功备用量填补系统功率不平衡量,若风光预留有功备用量不足,则采取切负荷措施进行紧急控制。然后,综合考虑风光有功备用成本、预防、紧急控制措施成本,分别建立风光储参与电网预防、紧急控制模型,采用Matlab/CPLEX求解模型。最后在改进IEEE 39节点系统进行仿真验证本文所提控制策略的有效性。

并/离网风光互补制氢合成氨系统容量-调度优化分析

为降低可再生能源发电出力波动,提高可再生能源利用率,设计了一种并/离网风光互补制氢合成氨系统。以系统年收益最大作为目标函数,考虑系统电平衡、氢平衡以及电网交互等运行约束,建立了容量配置-调度优化模型,以内蒙古某地区风光真实出力作为输入,通过风光容量配比分析,探究风光容量配比对系统的技术经济影响。结果表明:经过容量配置与调度优化后,并/离网风光互补制氢合成氨系统能够在不同风光出力情况下合理切换工作状态,平抑风光波动,实现合成氨设备的稳定高效运行,并网型系统优于离网型系统;在案例区域内,随着风电容量的提高,系统需配置的电解槽与储氢罐容量呈现先减小后增大的趋势,当风力发电与光伏发电容量接近或相等时,系统经济效率较高。

不同风光水配比下多类型电源打捆直流外送系统的功率传输能力研究

风光水打捆经电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)外送系统中,风光水配比不同会影响系统的功率传输能力。文章首先建立风光水打捆直流外送系统的稳态数学模型和状态空间模型,然后提出综合考虑稳态运行约束条件和小信号稳定性约束条件的系统功率传输能力计算方法及流程,掌握不同功率水平下系统稳定运行区域及边界的变化特征,最终得到不同水电出力下的直流外送系统功率传输范围、特定传输功率下所允许的水电出力最小值、风光配比与小信号稳定性的定量关系。通过该方法定量评估风光水配比不同时直流外送系统的功率传输能力,从而优化选取风光水配比。结果表明,水电出力较小时,系统传输功率上限受小信号稳定性制约,下限受电压偏移约束制约;水电出力较大时,系统传输功率上限受LCC-HVDC安全运行约束制约,下限受逆变侧电压偏移、系统潮流约束制约;在功率运行点不变时,风光配比平衡工况系统更加稳定。最后,通过PSCAD/EMTDC下的电磁暂态仿真,验证上述功率传输能力理论计算的正确性。

公路隧道风光水储互补发电系统容量配置研究

为降低公路隧道的电力运营成本,探究可再生能源互补发电系统在公路隧道的应用前景,研究合适的容量配置求解方法。建立利用风、光、水和储能设备的互补发电系统为公路隧道提供电力资源。以特长公路隧道(总长7.1 km)为估算模型,采用改进后的粒子群优化算法,即离散型自适应粒子群优化算法,以全生命周期的建设成本和设备维护成本最小为目标函数,以缺电负荷率(LPSP)和储能电池的状态为约束,对风力发电设备、光伏发电设备、水力发电设备和储能设备的最优容量配置进行求解。结果表明:1)对比标准粒子群算法,离散型自适应粒子群优化算法的总投入成本更少,寻优能力更强;2)对比该隧道1年的用电成本,前期投入将在5年内回本;3)在风光水储互补发电系统的设备全生命使用周期的20年内,该隧道可节省1 920.39万元电费。

多重不确定性下水风光多能互补长期优化调度方法

如何应对水风光多重不确定性及其导致的高维优化求解难题是流域水风光多能互补长期调度面临的关键挑战。为此,提出基于马尔科夫链和Copula函数的水风光联合场景生成方法,并通过同步回代缩减法进行场景削减,量化表征水风光多重不确定性;以此为输入,构建流域水风光多能互补长期两阶段随机优化调度模型,并通过Benders分解算法和凸化线性化建模技术实现高维非线性优化问题的高效求解。最后以金沙江下游清洁能源基地为研究对象进行了仿真验证。通过对比分析,证明了所提方法能够有效提升长期调度方案对水风光不确定环境的适应性,提高了多能互补综合效益。在样本外检验中,所提方法比传统方法的发电量增加了0.552亿kWh,弃水量减少了1.694亿m~3,表现得更具可靠性。

基于SPEA2的风光柴储独立微电网多目标容量优化配置

在电力资源相对匮乏而自然风光资源丰富的孤岛等地区,电力供应的稳定性和成本效益一直是个亟待解决的问题。传统的独立微电网在容量配置时,大多依赖快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),该算法在处理真实负载的多目标优化问题时,局部搜索能力略显不足。为此,提出了利用改进强度Pareto进化算法(SPEA2)优化风光柴储独立微电网容量配置,以经济性成本、失负荷概率、碳排放作为优化目标,实现更加全面和高效的容量配置。通过导入某孤岛天气与负荷数据,生成风光柴储独立微电网的真实Pareto前沿,将SPEA2和基于指标选择的多目标搜索(IBEA)、NSGA-Ⅱ3种算法分析结果进行对比,相较于NSGA-Ⅱ,SPEA2的反世代距离评价IGD指标提升46.83%,空间评价方法Spacing指标提升60.28%,真实Pareto覆盖率CPF指标提升35.14%,该算法表现出更加出色的性能。最后根据容量优化的结果合理配置各部分参数,共同出力满足负荷需求,为孤岛等电力资源匮乏地区的能源管理提供了新的思路,也为多能源微电网的优化设计提供了有价值的参考。

基于改进信息最大化生成对抗网络的风光出力场景可控生成方法

基于深度学习的场景生成方法能够自适应挖掘历史数据中高维非线性特征,在风光出力的不确定性建模中得到了广泛应用。然而,基于深度学习的场景生成方法多为黑盒模型,存在可解释性差、生成不可控等问题。为此,提出了一种基于改进信息最大化生成对抗网络(information maximizing generative adversarial nets,Info GAN)的风光出力场景生成方法。该方法在目标函数中增加了基于互信息的正则化项,最大化控制编码与生成场景之间的互信息,无监督学习控制编码与生成场景统计特征的映射关系,并引入Gumbel-Softmax分布提高了生成场景的质量。结合风电场和光伏电站的真实数据进行了算例分析,算例结果表明,所提方法不仅能准确描述风光出力不确定性,而且具有可解释性,能够可控生成指定风光出力场景。

风光对水电调峰能力的影响初探:基于调峰幅度的角度

水风光互补是当前能源行业的研究潮流和方向,但风光出力的不稳定性和不可控性势必会影响水电站调峰能力的发挥。本研究旨在从调峰幅度角度为水电调峰能力评估及风光并入后对其的影响量化提供一种参考思路。首先提出了周期调节幅度、最大时段调节幅度、时段累计调节幅度以及水电站综合调峰幅度4个指标来评估水电站调峰状况,其次构建了水风光互补运行模型,并通过有无风光工况下4个指标的变化率来量化风光对水电调峰幅度的影响。通过某电网调峰梯级水电及其周边风光资源的多场景模拟计算得出,相比无风光场景,风电和光伏对单个指标的影响趋势不同,但无论是风电还是光伏,接入系统后,梯级水电都须发挥更大的综合调峰幅度才能调节消纳风光。结果表明,风光接入会给水电调峰带来不利影响,并且该影响具有累积效应。

基于参数自适应随机模型预测控制的风光氢耦合系统功率调控策略

针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法对系统不确定性进行描述,作为参数自适应随机模型预测控制的输入;在设计的参数自适应随机模型预测控制优化框架下,计及延长系统设备生命周期的目标进行优化。针对随机模型预测控制在优化过程中预测时域和控制时域固定不变的缺陷,提出参数自适应方法以获取更好的优化效果。结果表明:在优化系统功率平衡方面,所提控制策略相较于随机模型预测控制提高了6.25百分点;在减少可控设备大功率运行方面,所提策略相较于常规模型预测控制降低了60%,验证了所提策略能够有效解决风光氢耦合系统源荷两侧的不确定性。

考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光资源多目标容量配置

为实现梯级水风光蓄联合发电系统高效多能互补,研究考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光发电多目标容量优化配置方法。以联合发电系统外送通道利用率最大和受端电网剩余负荷峰谷差最小为目标,优化联合发电系统风电和光伏发电的配置容量;考虑风电和光伏发电季节性波动,基于K-means聚类构建风电和光伏发电出力的典型场景,提出了梯级水风光蓄全场景互补运行模型,并发展了便于快速求解的混合整数线性化模型。以小金川梯级小水电周边的风电场与光伏电站为例,对所提方法的有效性进行了验证,分析了梯级水风光蓄联合系统的互补性,对比说明了混合式抽蓄在联合发电系统中的作用。

水风光大基地资源分析要求和方法

近年来,由于“极热无风”“晚峰无光”“云来无光”“冬季枯水”甚至极端天气导致的“汛期反枯”等气象问题加剧了能源保供的压力,能源开发方式将不能局限于单一能源品种,而应呈现多能互补方式,清洁可再生的“水风光”多能互补开发,可以最大程度地带动流域内风光资源的开发利用,弥补新能源发电的出力不足,是保障电量可靠供给的有效方式。水风光资源的特性与时空分布是水风光多能互补规划设计和调度运行的基础与依据,本文首先论述了水风光资源特性及其评估方法,进而开展对水风光互补特性的研究,最后针对水风光大基地在规划设计和调度运行中的资源分析方法进行论述。

基于阻尼系数灵敏度的风光电网动态交互分析与稳定提升方法

风电、光伏与同步发电机(synchronous generator,SG)间动态交互,影响电力系统稳定性。基于阻尼系数灵敏度,研究了风光并网电力系统动态交互过程与稳定提升方法。首先,基于线性化表达验证了风光机组对SG暂态响应存在影响。其次,建立电力系统闭环传递函数模型,分析风光机组与SG间的动态交互过程。新定义风光机组向SG提供阻尼系数,以量化风光并网对电网振荡的影响。然后,提出阻尼系数对风光出力灵敏度的解析表达,作为内点法梯度信息,调整风光出力以改善电网稳定性。最后,仿真验证表明,调节风电(光伏)出力可提高光伏(风电)场站相关危险模式的阻尼,改善电网稳定性。以灵敏度作为梯度信息,可提高优化算法的计算效率与准确性,优化前后功角平均振幅分别为25.1589°、18.0165°。

互联网+背景下风光储能一体化智慧能源设计研究

随着可再生能源的快速发展和能源结构的转型,风光储能技术成为实现能源可持续利用的重要手段。智慧能源作为一种集成了物联网、大数据、云计算等现代信息技术的新型能源形态,其在风光储能领域的应用逐渐展现出巨大的潜力和价值。对此本文详细综述分析了互联网背景下风光储能的智慧能源设计,在充分阐述了智慧能源与风光储能技术发展进程的基础上,从智慧能源在风光储能中的优化调度、储能管理以及并网控制三个方面详细探讨了风光储能的一体化能源设计模式,以期为风光储能技术的进一步发展提供有益参考。

考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化研究

针对综合能源系统规划面临可再生能源波动性强、出力不确定性等问题,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化方法。首先,运用拉丁超立方抽样生成基础风、光场景集,并基于改进的k-means算法进行场景削减;其次,以运行成本最低、碳减排最优、污染物减排最优构建多目标优化模型;最后,提出系统容量-成本两阶段规划优化求解策略,并选取南方某商业园区进行规划仿真。仿真结果表明,文章所构建的综合能源系统两阶段规划模型能够在保证系统经济性的同时兼顾环保性,并满足用户多种用能需求。