电解铝负荷调节能力量化及参与电网协同调度

电解铝负荷具有热惯量特性,可为区域电网提供一定的调节能力。然而,负荷参与调节的前提是电网调度机构能够准确掌握其调节能力,实现负荷调节能力的可观性。从模型-数据双驱动的思路出发,结合电解铝负荷的等效物理模型和电网侧的历史数据构建电解铝负荷的生产-调节模型,从等效物理模型中挖掘负荷的调节能力,从电网侧数据中识别负荷调节能力的关键参数。在评估和量化电解铝负荷的调节能力后,将其纳入到区域电网考虑运行可靠性的协同优化调度模型中。以实际西北电网数据为基础进行测试,结果表明所提方法能够量化电解铝负荷的调节和备用能力,优化电解铝负荷参与电网协同调度。

考虑燃气机组灵活性的电-气互联系统优化调度研究

随着燃气机组装机容量的不断提高,电网和气网的耦合愈加紧密,形成了IEGS(电-气互联系统)。在新能源发电占比不断提高和负荷峰谷差日益增大的背景下,IEGS供需失衡问题愈发严重。为此,构建了考虑燃气机组灵活性的两阶段IEGS经济调度模型。首先,针对气网气压对管存的限制,提出了考虑天然气系统影响的燃气机组灵活性评估模型,建立了燃气机组调节域指标,以评估其最大可调空间。然后,将燃气机组最大可调空间纳入电力系统的燃气机组出力约束中,并基于电力系统调度模型实现总运行成本最小化的目标。最后,通过IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统验证了所提模型的有效性。

考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析

作为碳市场和电力现货市场的共同参与者,发电商的决策行为将同时影响两市场的出清结果,碳-电市场耦合日益紧密。在此背景下,模拟发电商的决策行为进而开展市场均衡分析对各市场机制的完善具有重要意义。碳市场要求发电商在履约期结束时需缴纳碳排放总量对应的碳配额,在履约期内发电商可灵活选择任意时段的碳、电交易策略,前后时段决策相互影响。为此,重点研究考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析问题。在多时间尺度下碳-电耦合关系的基础上,提出了考虑发电商多时间耦合决策的碳-电均衡分析框架。基于此,建立了考虑多时间耦合的发电商碳-电协同决策模型,量化了碳配额与发电量间的关系。通过分析不同发电商多时间耦合的决策行为,建立了碳-电市场的均衡分析模型。算例结果表明,考虑多时间耦合特性可进一步促进电力行业减少碳排放,提升社会福利。

考虑性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性建模与评估

功率、能量密度相对均衡的大规模电池储能在新型电力系统中具有广阔应用前景。然而,电池储能的可靠运行与工作环境温度强相关。一方面,异常温度加快电池容量衰减;另一方面,热失控现象极易导致系统严重故障,但现有关于电池储能系统可靠性的研究未有效考虑热效应及其传播的影响。针对此问题,该文提出计及性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性分析方法。首先,构建考虑拓扑结构的电池储能系统模糊多状态模型,在故障数据相对缺乏的条件下科学描述电池正常、衰减、完全故障等性能水平和对应概率;结合电池循环寿命模型以及性能分布均值与温度的随变关系,量化不同环境温度下,电池在各时刻的性能衰减程度。然后,从电池组内热量传递角度,建立电池储能系统热失控传播模型,以预测不同电池达到热失控临界温度的时序。在此基础上,构建电池储能系统可靠性评估指标和流程。最后,结合测试系统验证所提模型和方法的有效性,说明单个电池高温下的性能突变对整个储能系统的性能有明显影响。

考虑多能负荷互补弹性的电–气耦合市场优化出清模型

电–气耦合市场背景下,具有多能替代特点的负荷主动参与市场并调整自身的购能计划,在提升自身经济效益的同时,还可提高市场运行效率。然而,当前对于多能负荷参与市场出清方式及对其购能计划与能价间的联系的建模研究较少。为此,该文在对负荷多能替代特性建模的基础上,构建了可表征能价与购能量间关联度的互补弹性曲线,以有效刻画不同价格下的购能需求变化,并使负荷侧可通过提交量–价曲线的形式直接参与到市场出清中。在此基础上,建立考虑多能负荷互补弹性的电–气耦合市场优化出清模型,使得多能负荷的购能意愿及用能替代特点被充分考虑。最后,算例表明所提模型在有效降低用户购能价格同时,能够缓解系统网络阻塞情况、降低系统运行成本并提高市场的社会福利。

以省为实体的区域能源互联网内涵框架及发展方向分析

随着数据处理分析技术等网络技术大范围的更新,能源领域得到了更高层次的发展和提升,并以此为契机,出现了"能源互联网"概念。当前对于较理想的能源互联网,其概念、机制、构建及内涵领域的研究较为丰富,而对于如何从当前传统电力系统过渡到能源互联网的发展建设方向、如何通过建设能源互联网解决当下能源行业问题的研究相对较少。因此,从实际出发,首先阐述了以省为实体的区域能源互联网的内涵框架,其次介绍目前浙江省能源发展的现状,并总结当前浙江省存在的突出问题,包括系统调峰问题、可靠性问题及市场机制缺乏等。针对于上述问题,进一步提出当前浙江省发展区域能源互联网的重点与发展方向并提出相应的关键支撑技术,以期为区域能源互联网建设提供一些参考。

支撑电力能源清洁高效转型的用能权交易研究与展望

在“碳达峰·碳中和”的战略目标驱动下,用能权作为以综合能源消费量为标的的市场化交易产品,可有效提升用能效率。当前,用能权交易在电力行业尚处于初级阶段,考虑到日益提高的电能消费比例、偏低的用电效率,在电力行业进一步推进用能权交易对实现用能清洁高效转型具有重要意义。从电力视角总结了推进用能权交易面临的挑战及关键问题,并提出了相应的建议与展望。简要介绍了用能权的概念,系统梳理了中国试点省份的用能权交易机制,总结了用能权的模型,并指出了在电力行业推进用能权交易的意义。从分配、交易、清缴3个环节剖析了当前形势下在电力行业推进用能权交易面临的挑战及亟待研究的关键问题。在此基础上,提出了用能权交易的相关建议及研究展望,以期为在电力行业推进用能权交易提供借鉴。

北欧电力市场评述及对我国的经验借鉴

新电改下,中国电力市场建设应在结合自身国情的基础上,充分吸收国外先进的经验,找到一条具有中国特色的市场建设道路。北欧作为首个跨国的区域市场,在市场机制设计、智能电网建设、可再生能源消纳等方面均取得诸多成就,能为我国市场建设提供参考。该文首先介绍了北欧地区的电力概况和电力市场交易模式,阐述了北欧市场的形成驱动力、历史沿革、组织架构和市场交易机制。并对北欧电力市场建设中遇到一些关键问题进行剖析讨论,包括:阻塞管理、市场力抑制、风电消纳和发展方向等。接着,该文将世界上两种主流的市场模式——北欧与美国电力市场进行全面对比分析,提炼总结两者在市场建设方面的侧重点和设计理念。最后,结合我国资源禀赋、网络阻塞和负荷分布等现状提出我国电力市场建设的若干建议。

考虑天然气系统影响的电力系统连锁故障评估

天然气机组的大规模引入使得电力系统和天然气系统耦合更为紧密,这也导致天然气系统运行方式会对电力系统的安全可靠运行带来重大影响。现阶段对电力系统连锁故障发生机理和模型构建等内容的研究已经开展较多。然而,传统的电力系统连锁故障研究仍集中于电力系统侧,忽略了与天然气系统耦合的因素。电-气耦合的背景下,天然气系统中发生的随机故障会导致天然气机组的输出功率减少,进而可能加剧电力系统的连锁故障。为此,提出了考虑天然气系统随机故障影响的电力系统连锁故障模型,将随机故障下天然气系统对电力系统的影响转换为天然气机组输出功率的变化,而后将其作为约束条件耦合到电力系统连锁故障模型中,以此来评估天然气系统随机故障对电力系统连锁故障的影响。最后,引入IEEE30节点和比利时20节点天然气系统组成的测试系统验证模型的有效性。

计及多目标协调的电–气耦合系统源端容量规划研究

天然气机组的大规模应用使得电力与天然气系统耦合逐步紧密,导致故障会在能源子系统间传播,对电–气耦合系统的长期规划提出新的要求。为提高耦合系统的可靠性,该文构建考虑多目标(即可靠性与成本)协调的源端容量规划模型,实现发电机组与储能装置的选址定容。首先,针对各元件故障特点建立多状态可靠性模型,刻画元件在各运行状态间的转移过程。基于元件的可靠性模型和负荷的多状态特性,依次构建天然气系统与电力系统的可靠性约束,并将故障跨系统传播考虑在内。其次提出电–气耦合系统源端容量规划模型,在投资约束、运行约束和可靠性约束等条件下,实现包含投资成本、运行成本和切负荷成本在内的总成本最小。此外,为增强模型的实用性,采用线性化、二阶锥松弛相结合的方法将所构建的非线性模型转化求解。最后,引入IEEE30节点和比利时20节点天然气系统组成的测试系统验证模型的有效性。

考虑电、气备用协同配置的故障传播影响抑制策略

随着电网与气网间耦合程度的增强,天然气系统中的随机故障可能通过天然气机组传导至电力系统。为降低故障传播带来的不利影响,提出了面向可靠性提升的电-气耦合系统备用优化方法,实现电力与天然气备用的协同配置。首先,综合考虑产能与传输元件故障及传播过程等因素,依次构建天然气与电力系统的可靠性约束,描述可靠性指标与电、气备用间的关联性。基于此,提出了考虑可靠性约束的电、气备用的协同配置模型,确定各时刻发电机组、气源和储能装置提供的备用量。为提高求解效率,采用分段线性化技术与大M法相结合的方法将所构建模型转化为混合整数线性模型求解。算例结果表明,合理安排天然气备用可有效降低气-电故障传播给系统可靠性带来的不利影响。

国际能源系统转型对我国能源互联网建设的借鉴

"能源互联网"这一设想的出现改变了人们对于能源系统的认知。当前,能源互联网的内涵、架构及主要功能等概念正在不断完善,但到底应当如何建设,尚不明确,仍需借鉴国外先进的经验。美国、德国和丹麦作为较早开展能源系统转型研究的发达国家,在智能电网、需求侧响应和分布式能源系统等方面已积累了较多发展经验,能为我国能源互联网建设提供有益参考。文章首先介绍了美国、德国和丹麦这3个国家能源系统转型的发展背景、发展历程和发展方向,阐述了各国在能源系统转型中的建设理念、工程实践和发展蓝图等。在此基础上,结合上述国家地理位置、资源状况及文化背景等特点,总结这3个国家在能源系统转型中各自的发展侧重点。最后,结合我国西北、华东等地区电网建设、市场机制等现状,提出我国不同地区发展能源互联网的若干建议。

初期现货市场下考虑用户响应行为的需求响应机制设计

在中国电力现货市场建设初期,电力用户参与市场的方式及响应行为具有较大差异。高比例用户受电网公司管理间接参与市场,无法主动响应市场的动态价格,但其固有的用电行为会影响市场价格,甚至导致电力供需紧张场景下出现极端价格。为此,考虑到高比例间接参与市场的用户在日前的负荷调整能力,设计了适用于初期现货市场的需求响应机制。首先,建立了考虑不同用户响应行为的需求响应机制框架,提出了需求响应机制的触发条件,并进一步分析了该机制框架下用户参与需求响应的机理。然后,构建了考虑间接参与用户主动响应的市场出清模型,并提出了保证需求响应机制可持续运行的结算方法。最后,通过算例验证了所提机制的合理性及有效性。

新电改下我国电力现货市场建设关键要点综述及相关建议

在新一轮电力体制改革背景下,现货市场作为连接中长期交易与实时运行的关键环节,能充分还原电力的商品属性,真正起到价格发现和资源优化配置的作用。目前我国首批八个现货试点已全部投入模拟试运行,现货市场建设取得阶段性成就;随着当前我国电力体制改革的全面深化,现货市场的全面铺开已成为下一阶段我国电力市场建设的核心与重点。值此新电改的关键阶段,亟需开展现货市场设计的回顾总结工作,通过比较分析不同省(区)现货市场建设的情况,既可为上述试点地区规则的完善提供参考,也为我国其余未开展现货试点的地区提供经验借鉴。为此,该文根据我国现货市场建设的迫切需求,提炼总结了市场建设的关键要点,包括中长期交易与现货交易的协调机制和现货市场模式等六个方面。紧接着,从电源结构、电网特点和市场实践经验等多维度、多层次地剖析了不同区域的电力行业现状。以此为基础,运用关联图法对市场机制与电力现状特征开展相关性分析,提炼现货市场机制设计的内在逻辑。最后,结合我国国情,提出未来我国现货市场建设的相关建议。

电–气耦合视角下德州大停电事故分析及对我国新型电力系统发展启示

作为发电效率高、灵活性强的调节电源,燃气机组的大力发展能更好地促进新能源消纳,对我国新型电力系统建设具有重要意义。在此背景下,天然气与电力间的耦合将日益紧密,将给电力系统引入新的风险因素,即故障跨能源系统传播。2021年2月美国德克萨斯州发生的大停电事故,其主要原因在于极寒天气引起气源冻结,导致天然气机组供气不足从而造成停运。因此,该文从电–气耦合的角度对德州大停电原因进行剖析,提炼电-气耦合下电力系统的发展建议,以期对我国双碳背景下新型电力系统的建设提供借鉴。该文首先介绍德州电力与天然气系统耦合的概况。其次,在对德州大停电事故进行回顾的基础上,重点分析天然气系统故障对此次大停电事故造成的多重影响。最后结合针对我国“30·60双碳”目标和新型电力系统建设的背景,阐述我国燃气发电的发展前景,并且针对此次德州大停电事故所暴露出的系统性问题,提出我国新型电力系统安全低碳发展的若干建议。

两级电力市场环境下计及风险的省间交易商最优购电模型

为进一步推动电力市场建设,促进电力资源大范围优化配置,我国正逐步建成包含省间与省内电力交易的两级电力市场。在两级电力市场建设初期,省级电力公司作为省间交易商代理省内用户参与省间电力交易。同时,省级电力交易中心组织省内电力交易满足省内用户的电力需求。为充分利用省内外的电力资源,省间交易商应综合决策其所在省在省间电力交易的购电需求。为此,提出了一种双层非线性优化模型,将省内电力市场和省间电力交易的出清分别作为模型的上下层问题。同时,考虑到新能源与负荷的不确定性带来的市场风险,运用CVaR(conditionalvalue-at-risk)方法,将上层问题转化为计及风险的多目标优化问题。再利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和对偶理论,将上述非线性双层问题转化为线性单层问题。最后,为验证该模型的有效性,引入我国某省省间交易商作为案例进行仿真分析。

考虑天然气网影响的电网脆弱线路辨识

脆弱线路辨识是电力系统运行风险控制的重要环节。在电网-天然气网耦合背景下,天然气网的运行状态对电网运行影响深刻,因此提出一种考虑天然气网影响的电网脆弱线路辨识方法。首先,构建电网-天然气网耦合系统优化模型,求解得到系统初始运行状态。在此基础上,基于熵理论,建立线路耦合脆弱度因子,用于反映天然气网气源故障对电网线路脆弱性造成的影响。然后,基于复杂网络理论,建立线路结构脆弱度因子和运行脆弱度因子,从结构性视角和运行状态2个方面揭示电网固有的脆弱性。综合上述脆弱度因子,得到用于辨识电网脆弱线路的综合脆弱度指标。采用网络效能和系统输电效率2个指标反映线路故障对电网的影响,验证所辨识出的脆弱线路。由IEEE 30节点系统和比利时20节点天然气系统组成的电网-天然气网耦合测试系统算例表明,所提方法能够有效地分析天然气网对电网脆弱线路辨识造成的影响。

考虑市场力检验的多类机组中长期合约电量联合分解算法

中长期合约电量的分解是电力市场的关键环节之一,公平合理的分解算法不仅能有效衔接现货市场与中长期合约,也能够为系统安全、稳定、经济运行提供保障。当前出力特性各异的核电、水电、燃气等发电机组共同参与市场化交易,合约电量分解方法面临着差异化机组出力特性、机组检修计划、市场力风险平抑等诸多亟待研究的现实问题。文中提出了一种考虑市场力校核的面向不同类型发电机组的合约电量联合分解算法。首先,通过分析不同类型机组的运行特性,设计了面向核电、水电、燃气和燃煤机组的分解原则;然后,基于运行方式优先级原则,建立了考虑机组检修计划、兼顾发电侧多类机组出力特性的合约电量联合分解模型;最后,为避免机组的市场力滥用,借助"机组必须运行功率"指标校核了合约分解结果的合理性。通过采用中国东部某省负荷特征修正的IEEE 24节点系统,验证了所提算法在兼顾各类机组运行特性和市场力平抑方面具有优势。

市场环境下考虑多元不确定性的热电联合虚拟电厂竞标策略

“双碳”背景下,热电联合虚拟电厂将热电联产机组、储能设施等聚合为可控集合体以促进新能源消纳,具有广阔的发展空间。电力市场环境下,热电联合虚拟电厂的竞标策略决定了其在市场中的购售电量,对其收益具有重要影响。然而,电价和分布式新能源出力等多元不确定性的存在,给热电联合虚拟电厂竞标策略的制定带来困难。为此,提出了市场环境下考虑多元不确定性的热电联合虚拟电厂竞标策略。考虑电价与虚拟电厂内部风光的不确定性,建立热电联合虚拟电厂参与电力市场的竞标模型。利用蒙特卡洛法和后向场景缩减法,构建刻画电价不确定性的典型场景。基于此,结合随机优化方法与基于Wasserstein距离的分布鲁棒方法,将热电联合虚拟电厂竞标模型转换为分布鲁棒随机优化模型,并利用对偶转换和数据驱动方法将该模型转换为单层模型,以利于求解。最后,通过IEEE 30节点系统验证所提方法的有效性。

适应我国电力市场环境的可用传输容量(ATC)应用分析及关键问题探讨

近年来,随着清洁能源占比的持续攀升和跨省跨区交易电量规模的日益扩大,我国电力市场建设亟需充分利用输电通道容量以及避免网络阻塞导致交易效率降低的问题。从北欧与美国PJM电力市场的建设经验来看,可用传输容量(available transfer capability,ATC)作为电网跨区功率交换水平的重要量化指标,对于提高输电通道利用效率或降低网络阻塞风险可以起到关键作用。因此,需要紧密结合国外典型电力市场在ATC应用上的相关做法,形成对我国的借鉴与启示,并对ATC如何应用于我国电力市场进行深入研究。首先介绍了ATC的定义及其计算方法。在此基础上,梳理以北欧与美国PJM为代表的典型电力市场中ATC的相关应用情况并进行对比总结。然后,结合我国电网建设和电力市场发展现状,指出目前我国电力市场考虑ATC的必要性,并凝练ATC应用的关键问题。最后,基于国外典型电力市场ATC应用经验和我国实际情况,探讨我国电力市场环境下ATC应用关键问题的解决思路。