基于梯级水电调节的风光水联盟与区域电网联合运行优化调度策略

“双碳”目标引导下的清洁型电网建设,将面临大规模风光电消纳的严峻挑战。为此,以梯级水电为调节电源进行“风光波动平抑+电网负荷跟踪”,该文构建风光水联盟与区域电网联合运行的4阶段优化调度模型。第1阶段,入网前风光波动平抑。构建梯级水电平抑风光波动均方差最小和平抑费用最小优化模型。第2阶段,入网后电网负荷跟踪。构建区域电网与风光水联盟主从博弈调度模型。区域电网以风光水出力跟踪负荷误差最小和综合成本最低为目标,制定出清电价;风光水联盟制定联盟报价及售电计划,最大化联盟效益。第3阶段,联盟成员利润分配。构建纳什议价利润分配模型,实现内部补偿电价优化及成员利润提升。第4阶段,波动调节功率在各级电站优化分配。采用库恩–塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)等方法求解。结果表明所提方法能有效提高电网新能源消纳占比和联盟成员利润,降低火电占比。

基于混合两阶段鲁棒的多微网合作优化运行

针对微网独立运行时面临运行成本高,受可再生能源出力和多能负荷功率不确定性影响大等问题,提出一种基于混合两阶段鲁棒优化的多微网合作运行方法。首先,为了应对源荷双重不确定性挑战,在传统两阶段鲁棒优化基础上,提出一种基于多场景数据的最恶劣概率场景驱动的混合两阶段鲁棒优化方法,并采用可并行计算列与约束生成(column and constraint generation,C&CG)算法来提高求解效率。然后,在建立的多微网点对点分布式能源交易系统框架上,根据纳什谈判理论构造多微网合作成本最小化问题和收益分配问题,并提出一种耦合可并行计算C&CG的交替方向乘子法进行求解。最后,根据各微网不同的贡献率,设计一种基于点对点电能交易贡献度的非对称纳什谈判机制来分配各微网的合作收益。算例结果表明,所提方法能兼顾系统的鲁棒性、经济性和隐私性,并实现每个微网公平合理的收益分配。

考虑换电需求响应的换电站参与电能量-调频市场竞价策略

电动汽车(EV)大规模发展会加大电网的调峰调频压力。通过换电站市场化运营,可有效激励换电站利用EV换电需求和换电站电池灵活性资源,缓解电网调峰调频压力。为此,提出了换电站参与电能量市场和调频辅助服务市场的协同竞价策略及其两阶段优化模型。第1阶段依据调频市场需求制定换电价格,引导EV调整换电需求,优化冗余电池数量及时序,以便与调频需求趋势一致,进而提升换电站调频服务收益;第2阶段考虑换电站需求响应和市场调峰调频需求,制定换电站竞价策略。所提出竞价策略在优先满足EV换电需求的同时,可降低换电站充电成本、提升调频服务收益,并助力电网调峰调频。算例仿真结果验证了所提策略的有效性。

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。

考虑水电调节费用补偿的风光水联盟优化调度策略

针对风光水综合能源跨区消纳调度中的梯级储能和梯级水电联合调节调度、水电调节费用公平疏导等关键问题,提出了考虑水电灵活调节费用疏导补偿的风光水联盟四阶段优化调度模型。首先,建立了基于梯级储能调节的入网前风光出力波动平抑模型,使平抑误差和平抑成本最小;提出了基于相对波动系数的梯级储能调节成本和调节功率的公平疏导方法。其次,基于梯级储能和梯级水电联合调节的风光水联盟联合出力对电网负荷的跟踪,构建了风光水联盟与区域电网的主从博弈模型,优化电网电价和联盟售电计划,达到双方利益最大。然后,构建了计及风光水不确定性的前两阶段调度模型的鲁棒优化模型,获得兼顾经济性和鲁棒性的联盟各主体能量调度策略。最后,构建了基于合作者边际贡献指数的非对称纳什谈判联盟效益分配模型,实现合作剩余的公平分配和水电调节费用的公平疏导。算例结果表明,该方法提升了各利益主体合作后的净利润,有利于维系联盟合作的稳定性,促进风光水综合能源跨区消纳。

基于PFC电路直流纹波抑制的二阶自适应滑模控制器设计

文中提出一种背靠背型中性点钳位式(back-to-back neutral point clamped,BT-NPC)功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,并设计二阶自适应滑模控制方法用于提高电路鲁棒性与降低电流谐波含量。首先,分析所提三电平PFC电路工作特性,推导该电路的等效模型及其模态扰动,并分析模态扰动量对其工作特性的影响;然后,结合高阶滑模理论与自适应控制两者的优点,设计二阶自适应滑模控制器,既使电路具有变结构控制的良好鲁棒性,又能最大限度的减小控制震颤。同时,基于电流带宽分析,设计比例谐振控制器补偿交流电流与工频相位,并设计基于扩张状态观测器的直流电压采样滤波方法,用于消除二倍频纹波造成的电流谐波影响。最后,基于BT-NPC电路,搭建220 V/50 Hz、1 kW/400 V的实验样机,实验结果验证所提变换器的可行性和控制方法的有效性。

风电集群汇集的共享储能虚拟惯量补偿控制策略

针对大规模风电并网导致系统惯量削弱问题,提出风电集群汇集的共享储能虚拟惯量补偿控制策略。首先,计算风电集群惯量削弱量及共享储能电站的惯量补偿目标;然后,根据惯性响应的基本物理意义,定义储能装置的虚拟惯量;接着,探明其时变特性,求解储能虚拟惯量时域过程,确定储能电站以及各储能单元虚拟惯量补偿目标,提出各储能单元补偿目标动态设置控制参数的控制策略;最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证了所提策略在不同储能配置容量、不同风电渗透率下均具有良好控制效果和适应性。

基于储能和水电调节的跨区风光水联合优化调度策略

针对大规模新能源经特高压直流通道跨区并网消纳,在送端采用储能调节满足直流通道直线化功率传输等约束的同时,如何减小风光入网扰动度问题;在受端采用水电调节满足风光水跟踪电网负荷变化趋势,如何解决水电调节的利益受损问题,构建了风光水跨区域联合运行的三阶段调度模型.首先,在送端基于储能调节,构建了考虑受端电网净负荷变化趋势的风光功率直线化分段调节多目标优化模型;其次,在受端基于梯级水电调节,实现风光水联合功率跟踪电网负荷变化,构建受端电网与风光水联盟主从博弈模型,优化电网电价和联盟售电计划;最后,构建了基于纳什谈判的联盟利润分配模型,实现合作后各成员利润较合作前得到提升,维系联盟合作机制的稳定.仿真算例结果表明,采用本文方法可有效提升调节资源利用效率,保证水电调节利益,促进新能源消纳.

计及需求响应和季节性氢储的多微网合作运行策略

为促进可再生能源的消纳,解决综合能源系统中源荷季节性不平衡的问题,提出一种计及需求响应和季节性氢储的多微网合作运行策略.首先对综合能源系统中的季节性氢储系统和用户的需求响应行为进行建模,随后通过电力通道将多个微网连接成多微网系统.由于各个微网属于不同的利益主体,微网与用户之间也存在利益交互,因此引入合作-主从博弈框架对本文多利益主体博弈进行描述,其中主从博弈中多微网系统为领导者,能源用户为跟随者.在对主从博弈求解完成后,最后提出一种议价能力对各微网联盟的贡献进行描述,利用纳什议价对各微网的合作利益进行合理分配.算例表明,本文策略可有效促进可再生能源的消纳,降低用户购能成本和促进各微网能源传输.

基于分层事件触发的混合微电网集中控制策略

针对混合微电网集中控制对中央控制器依赖严重、通信需求量大、扰动调节能力差的问题,提出一种微电网中央控制器(microgrid central control,MGCC)参与的分层事件触发控制策略,有效降低分布式集群的冗余通信并减少中央控制器计算负担,改进策略可靠性。该策略将控制系统分为2层,其中,设备层为本地控制层,采用分布式协同控制,所设计的本地控制器可就地控制更新输出状态,实现混合微电网的分散自治运行;另外,在控制层建立微电网控制层,引入事件触发策略,协调MGCC获取混合微电网的全局信息,从而向本地控制器发出预定义的调控指令,实现“源网荷储”灵活调度,尤其是应对突发事件而引发的电网振荡。最后,采用Matlab搭建混合微电网模型并进行仿真,利用Stateflow模块实现了事件触发算法,验证控制策略在满足并网/孤岛模式可靠性、稳定性的前提下,系统通信量可降低56.4%。

考虑碳捕集与光热电站的综合能源系统优化调度

为高效处理综合能源系统IES(integrated energy system)中因热电供需矛盾导致的弃风及碳排放问题,构建了考虑碳捕集与封存CCS(carbon capture and storage)技术以及光热CSP(concentrating solar power)电站的优化调度模型。首先,利用CCS技术对热电联产CHP(combined heat and power)机组进行低碳化改造,建立碳捕集热电联产机组的数学模型;然后,在此基础上引入CSP电站,构成CSP-CHP-CCS协同框架,并建立含CSP-CHPCCS的IES低碳经济调度模型;接着,针对系统中的源、荷不确定性,采用信息间隙决策理论进行模拟分析,构建风险规避鲁棒模型;最后,通过算例仿真对比,验证了所提模型在促进新能源消纳和降低碳排放方面的有效性。

基于双向主从博弈的储能电站与综合能源系统经济运行策略

综合能源系统与储能电站在提高能源利用率方面具有显著优势,但如何建立综合能源系统与储能电站的协调优化策略是一个亟须解决的问题。为此,该文提出一种基于双向主从博弈的储能电站与综合能源系统经济运行策略。首先,在考虑储能电站作为用能主体和供能主体两重性的基础上分析了各主体间的博弈关系;其次,分别对综合能源系统、储能电站和主动配电网建立优化模型;然后,以主动配电网为领导者,储能电站为二级领导者,综合能源系统为跟随者,构建双向主从博弈模型,并从理论上证明该博弈存在唯一的均衡解;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够有效地权衡综合能源系统、储能电站和主动配电网三者之间的利益关系,实现各主体间的利益均衡,提升系统整体的经济效益。

应对岸上故障的海上风电多端柔直系统协调控制策略

针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题,提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间,部分海上换流站先启动能量控制,根据直流电压的变化抬升能量参考值,吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测,当直流电压预测值超过限值后,剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制,根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值,减少输送到多端柔直系统的有功功率,避免多端柔直系统的直流电压越限。最后,在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真,验证了所提协调控制策略的有效性。

大型水电站机组检修计划优化数字化模型构建及应用

以机组的发电效益最高和检修成本最低为目标,建立机组检修计划的优化模型;通过对机组检修工作的全面梳理和分析,充分考虑机组检修期间关键节点的控制和检修工期的优化,创新地设计了具有可推广性的大型水电站机组检修计划数字化模型,利用数字化模型指导实际检修工作,并应用蚁群算法求解所提模型。实例计算表明,所提方案可以安全高效地开展检修任务和实现检修进度的精准控制。

计及季节性光伏出力的配电网经济运行策略

针对配电网投建过程中如何规划分布式电源(distribution generation,DG)的配置使得电网公司和用户获得可观效益的问题,提出了一种考虑季节性因素影响的电网公司与用户协同优化模型。首先,考虑配电网建设环节和运行环节之间的交互关系,搭建了DG投建计划的整体框架;其次,以新增配电线路的经济性为目标,计入碳税成本,构建了可靠运行约束下的配电网规划模型;然后,搭建了考虑配置DG及调整运行过程中用电策略的用户效益模型,并基于遗传算法提出了协同优化模型的求解方法,以期最大程度地提高整体获益;最后,基于IEEE33节点网络对协同优化模型的可行性进行验证分析。结果表明,所提出的清洁能源接入下计及季节性因素的配电网效益优化模型可以在提升整体性能的基础上有效提高运行效益。

基于梯级水电调节的多能联合发电系统短期优化调度

“碳中和”背景下,以新能源为主体的新型电力系统正在大力建设,而化石型调节电源占比的降低给大规模新能源消纳带来了严峻挑战。为此,提出了基于梯级水电调节的多能联合发电系统优化调度模型,以减小因新能源的接入而给电网带来的功率波动冲击,并缓解电网调节资源配备压力。该日前调度模型以梯级水电平抑新能源接入后的负荷波动最小和系统综合成本最低为双重目标。针对模型中高维复杂约束问题,提出了一种改进的NSGA-II算法。该算法对选择策略中设定的比例因子进行了改进,并将正态分布算子引入交叉过程,以保证种群的多样性并提升算法在空间上的搜索能力。仿真结果表明所提模型能利用梯级水电有效平抑新能源入网波动,并兼顾多能发电系统综合经济效益。通过比较各种算法的结果,改进NSGA-II算法帕累托解的质量更优,且分布更均匀。

含混合式抽蓄电站的梯级水库中长期优化调度

对含有混合式抽蓄电站的梯级水库开展研究有助于进一步发挥混合式抽蓄电站在电网中的作用。为此,建立了含混合式抽水蓄能电站的梯级水库中长期年发电量最大优化调度模型,以发电流量和抽水时间为优化变量,运用逐次优化算法,得到调度期的最优调度线和抽水时间组合。通过对白山-红石-丰满含混合式抽水蓄能电站的梯级水库算例计算,结果表明在丰水年、平水年和枯水年梯级水电站总的年发电量和保证出力均比不抽水时有所提高。

基于双向电价补偿的含氢储能风电和梯级水电联合优化调度

激发水电参与风电消纳的积极性,提高风电博弈能力是风水联合优化调度的瓶颈问题。为此,提出向上向下调峰均补偿的"双向电价补偿"政策激励水电参与风电消纳,在风电侧捆绑氢储能以提高风电的博弈竞价能力。建立了含氢储能风电和梯级水电联合调度的主从博弈优化模型。风电根据系统余负荷曲线,制定双向电价补偿政策,并通过氢储能调节调整上网电量,使风电效益最大;梯级水电响应"双向电价"政策,采用"以水定电"模式参与博弈,使梯级水电站发电效益最大,并在梯级水电站内部采用"以电定水"模式进行出力的梯级分配优化,使耗水量最小。采用粒子群算法求解,仿真结果表明该策略能有效促进大规模风电消纳和增加联合系统的总体收益。

风电并网下的抽水蓄能鲁棒最优调频控制策略

针对短时风电功率波动及负荷波动给电力系统带来的一次调频问题,提出了风电并网系统下抽水蓄能机组的最优鲁棒调频控制方法。建立了以抽水蓄能机组为主要调频电源的电力系统整体状态空间方程,并以权重函数的形式将风电出力波动及负荷波动作为扰动变量将其一般鲁棒控制问题转换为最优鲁棒控制问题。运用混合秃鹫灰狼算法(mutation harris hawks optimization grey wolf optimizer,MHHOGWO)对反映风电出力波动特性和负荷波动特性加权矩阵参数选优,求解出以系统频率偏差最小的鲁棒控制器。仿真结果表明:所提方法能有效减小外部扰动对整个电力系统造成的频率偏差,抽水蓄能机组对短时外部功率波动的调节响应性能也得到提高。

考虑改造扩建和安全效能成本的光储一体化充电站规划方法

在电动汽车的用户的持续增长的背景下,研究高效、经济的光储一体化充电站规划方法具有重要意义。从电网整体的角度出发,将设备改造扩建作为决策手段纳入到规划模型之中,考虑规划周期内新老设备交错、更替的影响以精确计算其资金时间价值,以安全效能成本(safety efficiency cost,SEC)为优化目标,提出了一种光储充一体化充电站的规划方法。首先,考虑各个种类设备的寿命周期和投运时间的不同,提出一种资金时间价值归算方法;然后基于电网整体角度,构建以光储一体化充电站新建、老式充电站改造和光储设备扩建为决策变量的SEC评价指标,并建立相应的规划模型;最后采用向量序优化算法对模型进行求解。基于仿真算例的结果表明,所提方法有效提升了光储充一体化充电站规划方案的综合效益及有效性。