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。

基于供冷/热系统质-量调节的区域综合能源系统动态最优能流计算

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的最优能流计算是求解RIES的设备配置、优化调度、故障分析等问题的基础。考虑供冷/热和供气管道传输能量的动态特性,建立RIES动态最优能流计算模型,其中基于特征线法获得了供冷/热管道和供气管道动态偏微分方程的代数解析解。针对基于供冷/热系统质–量调节模式下管道能量传输时滞变量造成RIES的动态能流计算模型难以求解的问题,提出采用分段插值法获得供冷/热管道两端节点温度之间关系的近似表达式并加入动态最优能流计算模型中。此外,针对优化模型中供冷/热系统的流量与温度相乘的双线性项,提出一种能够缩紧松弛间隙的分段凸包络松弛方法将原混合整数非线性优化模型转化为混合整数二次约束规划模型,能够在保证计算精度的同时实现高效求解。最后以某个RIES算例进行分析,验证了所提方法的计算准确性和高效性,并与常用的质调节模式相比,表明在供冷/热系统质–量调节模式下能找到经济性更优的RIES运行点。

沿海区域综合能源生产单元随机优化调度

为实现沿海区域的海上风电场、海上采气平台和陆上热电联供燃气电厂等多种能源生产子单元的协同化运行,考虑可再生能源出力和氢负荷的随机波动,提出沿海区域综合能源生产单元(coastal integrated energy production units,CIEPU)随机优化调度模型。采用参数化代价函数近似(parametric cost function approximation,PCFA)的动态规划算法求解随机优化调度模型。通过一种基于梯度下降的求解方法--Adadelta法,获得策略函数的一阶信息,并计算梯度平方的指数衰减平均值,以更新策略函数的迭代步长;对随机优化调度模型进行策略参数逼近,从而得到近似最优的策略参数,并逐一时段求解出CIEPU的最优调度计划。最后,以某个CIEPU为例,分析计算结果表明,所提出方法获得的优化调度方案可以提高CIEPU运行的经济性并降低碳排放量,验证了所提方法的准确性和高效性。

海上风电与多类型能源生产及消费单元P-f主动协调控制策略

海上风电与多源并网运行过程中,负荷侧功率发生突变时,配电网网内有功功率平衡会遭到破坏。为保证海上风电场产生的电能能够稳定的并入电网,提出一种海上风电与多类型能源生产及消费单元P-f主动协调控制策略,设计下垂一次调频控制数学模型和虚拟惯性补偿模型,设定约束条件,调动储能系统的充放电来平衡负荷侧功率波动,保证配电网平稳运行。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。

广东电网可再生能源接纳能力研究

随着广东省可再生能源的不断发展,尤其是广东海上风电场规划的出台,可再生能源大规模接入将对电网造成严重影响,研究电网对可再生能源的接纳能力具有重要意义。概述了广东电网可再生能源发展现状及规划,通过详细分析可再生能源的出力特性、负荷特性以及电源的调峰能力以及综合考虑了旋转备用和联络线调节能力的影响,提出了基于可再生能源接入系统后电力平衡的可再生能源接纳能力计算方法。将该方法应用于广东电网2020年可再生能源接纳能力分析,得出接纳容量小于规划容量,根据对影响因素参数灵敏度分析,最后给出了广东电网最大限度接纳可再生能源的建议措施,可为电力系统电源规划、电网架结构建设以及运行调度提供参考。

需求侧智慧能源系统关键技术分析

需求侧智慧能源系统作为能源互联网的重要组成部分,是未来能源系统的重要组织形式,对实现可再生能源分布式就地消纳,提升终端能源利用效率等具有重要意义。本文探讨了需求侧智慧能源系统的构成特点,列举了与需求侧智慧能源系统能源生产、传输、分配、转换、存储、消费等环节相关的关键设备与技术,分析了需求侧智慧能源系统的产业发展模式。最后,进一步针对需求侧智慧能源系统的发展前景,分实验示范阶段、应用推广阶段以及普遍应用、完全市场化阶段进行了阐述。

微电网系统建模的挑战——“智能微电网与可再生能源系统的关键技术”专题(前言)

随着可再生和绿色分布式发电系统渗透率的不断提高,含高渗透率分布式可再生能源的微电网成为智能电网发展的重要分支之一.微电网系统是由负荷、分布式电源、电力电子变换器通过电气网络紧密集成的可控供电系统,逐渐成为我国城镇化进程中重要的一种供电模式.典型微电网系统通过电力电子变换器接入多种分布式电源,其中风、光等分布式可再生能源接入比例较大,这些发电单元大幅度随机变化、各单元动态特性各异、不同单元的变化呈现多个时间尺度,使得微电网系统的整体建模与稳定特性分析面临巨大挑战.

南网新能源发展现状及并网关键技术研究

随着能源短缺问题日益显现、环境污染问题日益加剧,发展新能源发电技术能让经济、环境和社会发展多方受益。近年来,在政府的扶持下,南方电网区域的新能源发电产业进入了快速发展的阶段。调研了南方电网区域新能源的利用现状及发展趋势,分析南方区域新能源应用所存在的问题,并结合南方电网区域新能源并网应用现状,归纳出新能源并网需要研究的关键技术问题,为制定新能源发电接入电网的标准规范和改进调度控制技术提供基础和依据,对推动南方区域新能源大规模的发展具有参考意义。

分布式能源动态聚合于虚拟电厂的演化博弈决策方法和机理分析

在市场环境下,计及市场有限信息及动态环境影响的分布式能源与虚拟电厂的双边动态聚合,能够提高参与人的积极性并有效保障聚合结果的稳定性,具有实际意义。基于此背景,计及市场环境下分布式能源与虚拟电厂的双层博弈关系,该文首先提出了多分布式能源及多虚拟电厂背景下的虚拟电厂聚合及运营机制。然后,基于势博弈理论构建了计及多种分布式能源的虚拟电厂调度模型,在确保虚拟电厂内部成员调度博弈均衡存在的同时用于支撑聚合决策的演化分析。进而,基于演化博弈理论,构建了分布式能源动态聚合于虚拟电厂的决策演化模型,实现对市场动态聚合结果的预测。最后,通过算例仿真及方法对比,验证了该文所提模型的可行性、普适性及所得聚合结果的市场均衡性。

电-氢-混氢天然气耦合的城市综合能源系统低碳优化调度

混氢天然气(HCNG)技术可有效解决大规模电制氢面临的纯氢运输成本高的问题。针对大规模风光消纳与城市综合能源系统(UIES)低碳优化调度问题,在源-网-荷-氢协同优化框架下,提出考虑电-氢-HCNG耦合与需求响应的UIES低碳优化调度方法。对电-氢-HCNG耦合单元运行特性进行建模,并引入用户单元需求响应机制,以系统运行成本最小为目标,建立UIES低碳优化调度模型。通过算例分析对所提模型进行验证,结果表明电-氢-HCNG耦合单元与用户单元需求响应机制的引入能够有效促进风光消纳,提高UIES低碳性。

含分布式能源电力系统输配协调优化研究综述及展望

在能源结构转型的背景下,分布式能源在电力系统中的渗透率逐渐增高,配电网不再是一个简单的无源网络,导致输配电网之间的互动变得更加密切,传统的输配割裂式能量管理模式的局限性凸显。首先从4个方面对垂直垄断管理体制下的输配协调优化相关研究成果进行归纳;然后针对电力市场改革进程中配电公司参与集中市场、分布式能源聚合商参与集中市场、分布式能源参与本地市场3种场景,对市场环境下的输配协调优化相关研究成果进行梳理;最后对含分布式能源电力系统输配协调优化进行总结与展望。

基于信息物理融合的微能源网统一调控架构及优化运行

在微能源网中,多类型能源单元从启动、运行到停止多种状态的组合,构成了微能源网的不同运行状态集。为实现微能源网全运行阶段状态的精准调控,提出了一种基于信息物理融合的微能源网统一调控架构,分为对象层、融合层和优化层。其中,对象层采用特征向量的形式统一描述微能源网中能量流、信息流以及资金流的特征。融合层对微能源网内能源单元的运行状态及运行状态转换的各个阶段下能量流、信息流和资金流的交互影响进行描述。优化层基于系统不同的优化目标,确定系统的全局优化运行策略。基于所建立的架构开展微能源网优化运行研究。算例结果表明,相较于传统的建模与调控方法,信息物理融合的3层建模与调控架构实现了对微能源网全运行阶段下各类能源单元状态变化轨迹的优化调控。

基于场景缩减优化引导置信度选值的园区微能源网改进CVaR日前调度模型

园区微能源网在波动的电力现货价格下常面临调度成本的不确定性,易造成额外的损失成本。然而,常用的随机优化手段——典型场景规划、条件风险价值(condition value at risk,CVaR)存在忽略场景合并损失及置信度主观选值的问题。为此,提出兼顾场景相似度与合并损失下的改进场景缩减优化方法,提取典型市场场景集,将场景缩减后的损失度作为置信度的选值依据,形成改进CVaR日前经济调度模型。算例分析表明,基于场景缩减优化引导置信度选值的方法有效促使CVaR值反映实际调度的损失成本,且较主观选值而言更接近理论最低的尾部风险损失,即表明园区微能源网的日前经济调度成本与实际环境更为接近,并进一步讨论了考虑风电不确定性及其他场景缩减方案下的模型推广性。

基于混合自动机的综合能源系统状态转移空间建模

目前对于综合能源系统的建模,更多从系统输入-输出关系、内部状态与输入输出的关系进行描述,其内部状态在不同阶段的转移过程难以清晰表达。在分布式可再生能源占比大幅度提升后,综合能源系统在不同阶段的运行状态及状态转移过程需要可观可控。为此,提出了基于混合自动机的综合能源系统分阶段状态转移空间建模方法,对综合能源系统内部状态的分阶段转移条件及其转移过程进行精准描述,有利于对综合能源系统内部所有能源生产单元和能源消费单元从启动、运行到停止的全过程进行分阶段管理与优化控制。仿真算例表明,所提模型对综合能源系统分阶段的状态转移轨迹实现了全过程观测,有利于实现全过程分阶段的高效管理与优化控制。

考虑发用电相似性的海上风电中长期双边协商交易优化决策模型

海上风电是未来最有潜力的可再生能源之一,但其出力具有随机性和波动性。为了更好地促进海上风电的市场化消纳,文中基于海上风电商与负荷聚合商间的中长期双边协商交易构建了优化决策模型。首先,通过时间序列相似性评估方法,为目标海上风电寻找最优的用电负荷组合。其次,考虑需求响应备用容量配置和发用电曲线预测误差,构建了基于两阶段分布鲁棒优化的中长期交易优化决策模型,为海上风电配置适应其未来一段时间内出力特性的需求响应资源,并合理调整中长期交易曲线。最后,通过仿真算例验证了所提模型的有效性和实用性。

考虑高比例风光新能源消纳的燃煤-燃气机组联合调度策略

基于信息物理融合理论,从“对象层-融合层-决策层”三个层级出发,建立燃煤-燃气机组联合调度模型,以发电总成本最小和机组平稳出力为目标,在满足电网安全运行的约束下,求解考虑高比例风光新能源消纳的燃煤-燃气机组联合调度策略,在确保高比例风光新能源消纳的基础上实现对各机组灵活的协同控制。

基于绿电减排量互认的建筑虚拟电厂电-碳双层协同决策机制

在“双碳”背景下,电-碳多政策并举和多市场并存局面带来了电能环境权益重复奖惩的问题。针对该问题,提出了基于减排量等效的绿色电力-国家核证自愿减排量(CCER)互认方法,将绿色电力的环境权益统一归属至用户侧,并以建筑主体为研究对象对互认方法进行验证。首先,依据减排特性差异,将建筑分为强制性建筑、减排性建筑、零碳建筑3类,以建筑虚拟电厂为CCER互认的代理。其次,针对建筑虚拟电厂内部CCER分配问题,提出了基于Shapley值法的分配方法,以保证分配的公平和合理性。然后,针对建筑主体面临的电-碳协同决策问题,提出了基于能源共享原则的电-碳双层协同交易机制,并基于主从博弈理论构建双层决策模型,结合供需比概念对模型进行凸化。最后,通过算例仿真验证了互认方法的可行性及电-碳双层协同决策机制的有效性。

风电机组自适应步进惯量控制策略

若风电机组参与调频时采用步进惯量控制(stepwise inertial control,SIC)策略,其退出调频时有功快速下降可能会引发系统频率二次跌落(frequency second drop,FSD)问题。已有文献中一类改进的SIC策略通过减小风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率来应对FSD问题,然而该类改进的SIC策略使得风电机组在退出调频后其有功需要一段时间才会小于风能捕获,在此期间转子转速会继续下降并有可能低于转速下限,危及风电机组运行安全。文章对这一类改进的SIC策略做了进一步完善,提出了一种风电机组自适应SIC策略,根据风电机组退出调频时的转子转速自适应设置风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率,在确保风电机组退出调频后转子转速不会低于转速下限的前提下,最小化FSD的幅度。

算力电力协同创新框架

大规模低成本的算力是国家的核心竞争力,为此,我国正在建设国家级算力网.大规模算力耗费巨大电能,在日趋紧张的能源形势下,为满足不断增长算力的电力供应,本文在我国“西电东送”、“东数西算”工程的基础上,提出构建算力节点与电力节点、算力市场与电力市场、算力网与电力网3个层面的算力电力协同创新基础框架,建立算力电力分层分区融合的协同创新技术框架,为未来算力与电力的双向协同优化调度奠定基础.在此基础上,推演未来算力电力的协同创新应用,通过算力电力的双向协同优化调度,为庞大的算力提供有竞争力的低碳电力,为电力的低碳发展提供高效的算力支持.

海上风电场交流集电和多端柔直输电并网系统多目标优化规划

集电和输电并网系统的优化规划对海上风电场(offshore wind farm,OWF)的投资经济性和运行可靠性有着重要影响。对于OWF中交流集电和多端柔直输电的并网方式,建立了拓扑与潮流耦合的兼顾经济性和可靠性的多目标优化规划模型。模型中利用拓扑冗余度直接近似计算风机停运损失电量,并考虑了新型双边环形的交流集电系统拓扑结构和基于连通性约束的多端柔直输电系统拓扑结构,实现了对集电和输电系统拓扑连接,交流和直流海底电缆类型,海上升压换流站数量、容量、位置,和连接到海上升压换流站馈线数量的协调优化规划。并且,提出了一种直接求解多目标优化问题折中最优解的方法,通过凸化处理将原混合整数非线性规划模型转化为混合整数凸二次规划模型,以高效求解获得最优规划方案。最后,对2个分别含36台和78台风机的实际OWF算例进行分析,验证了所提出模型和方法的正确有效性。