计及故障维修与网络重构的灾后配电网综合调度策略

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶段求解故障维修计划及网络重构问题,第二阶段解决移动式储能系统参与下的灾后配电网源荷协同调度问题。其次,构建移动式储能系统与维修人员的调度模型,量化分析移动式储能系统时空转移模型及能量模型,同时基于维修人员的时空转移特性,建立故障维修及网络重构模型。在此基础上,以恢复运行成本最小化为目标,分别采用离散鲁棒与连续鲁棒处理故障维修时间与新能源出力的不确定性,构建灾后配电网综合调度模型。最后,采用改进IEEE 33节点配电网进行仿真测试。结果表明,所提调度策略能够显著降低负荷失电率,减少停电损失。此外,两阶段算法在显著提升求解速度的同时能够保证求解精度,具有可行性和合理性。

含混合移动储能的灾后配电网电冷负荷保障策略

现有的灾后配电网夏季应急调度策略普遍从最大化保电角度降低经济损失,未直接度量供冷价值,导致负荷保障成本过高。为此,提出了一种含混合移动储能的灾后配电网电冷负荷保障策略。构建了新型的负荷保障架构,旨在利用移动电储能异地充放电和移动冰储能转移冰蓄冷空调间的储冰,协同保障负荷用能。量化分析了移动电储能和移动冰储能的时空转移、能量变化特性,构建了简化的混合移动储能协同运行模型。在此基础上,以电负荷、冷负荷切除惩罚成本之和为目标,提出了计及潮流约束的配电网负荷保障模型。将优化模型转化为经典的混合整数二阶锥规划问题进行高效求解。算例仿真结果验证了所提策略的合理性与可行性。

考虑可转移负荷效率的风/光/柴/蓄孤岛微网日运行能量控制优化策略

大型负荷尤其是可转移负荷的效率–功率特性常常被忽视,因此考虑风/光/柴/蓄微网系统的运行调度是不经济的。该文提出一种考虑可转移负荷效率的风/光/柴/蓄微网能量控制优化策略。首先以典型的可转移负荷——反渗透型制淡设备为例,建立包含设备工作全程的淡水输入–产出模型,实时计算其功率–效率特性曲线。在考虑制淡设备功率特性、蓄电池寿命（使用成本）、柴油机工作效率等因素的基础上,以燃料及蓄电池使用成本最少为目标,提出一种风/光/柴/蓄微网系统的日运行能量控制优化策略。通过与两种典型微网能量控制方案进行比较,仿真结果验证在包含可转移负荷的微网场景中,针对各种可能的储能设备和燃料的使用成本组合,在淡水需求量一定时,所提策略均具有较好的成本优势,为包含可转移负荷的微网经济运行策略制定提供了全新的视角。

考虑制氢设备效率特性的煤风氢能源网调度优化策略

风电的反调峰特性导致在调度过程中机组压力大、存在严重的弃风现象,建设大型可转移新能源消纳设备是一个可能的解决思路。该文提出了将大型新能源消纳设备的负荷特性纳入考量的煤风氢能源网综合调度优化策略。首先建立了典型新能源消纳设备——电解水制氢设备的产出模型,研究其在不同运行功率下的效率–功率特性关系。在此基础上,以产出电力与氢气的复合煤风氢能源网整体利益最大化为目标对网内常规机组、风电及制氢设备进行短期调度经济性优化。仿真结果表明,依据消纳设备效率特性关系可制定出更为精准、灵活、经济的调度运行策略,在保证煤风氢能源网风电消纳能力的同时,提高了常规机组和消纳设备的运行经济性。该文为含风电场、制氢设备的煤风氢能源网的经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

不依赖边界元件及同步对时的多端柔直电网波形匹配式差动保护原理

多端柔直电网发生线路故障时,目前常用应对策略缺乏选择性,容易发生重合于永久性故障、全网停运等问题,而现有研究尚未验证边界保护在"网孔结构"工程中的适应性,差动类保护缺乏对同步误差及异常采样数据的应对能力。为解决上述问题,该文首先分析了多端柔直电网线路故障场景下的行波复杂折反射现象,揭示故障线路与非故障线路两侧同名行波与异名行波首波头的衰减特性差异,进而利用Hausdorff距离表征并度量上述差异;结合突变量启动判据,形成一套不依赖同步对时及边界元件的波形匹配式差动保护。仿真结果表明,所提出的保护原理具有良好的速动性及选择性,且在采样数据中包含大量异常数据时依然具有良好的动作性能。

计及燃料电池热-电综合利用的能源网日前调度优化策略

为解决风电消纳的问题,从优化热电耦合、提升能源网调节能力的角度出发,提出基于氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)储能系统的能源网综合调度优化策略。首先建立精确的HFC热、电产出模型,分析其在不同氢气输入量下的热电产出特性。在此基础上,以能源网运行成本最小化为目标对网内热电联产机组、纯凝机组、HFC、风电及制氢设备进行日调度经济性优化。仿真结果表明,考虑HFC热电联产特性可制定出更为精准、灵活、经济的调度运行策略,在"变废为宝"的同时,缓解了热电联产机组"以热定电"的机组特性限制,降低了系统"弃风",提高了能源网整体的运行经济性。该文为含风电场、热电联产机组、纯凝机组、HFC的能源网的经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度

针对多源配电网运行面临的供电电压不合格和运行经济性欠优的问题,该文提出了基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度策略。首先,量化分析了全电驱动的移动式储能(mobile energy storage,MES)的时空转移特性,评估了基于变频空调的建筑虚拟储能(virtual energy storage,VES)的调节能力,建立统一的多类型储能模型。进而,考虑预测误差,通过离散不确定域,改进现有的鲁棒优化方法,获得更加精确的"最恶劣"场景。在此基础上,针对优化模型中的min-max-min结构,提出了主–子问题交互迭代的求解方法。基于41节点配网的仿真结果表明,采用改进两阶段鲁棒优化模型的主动配电网经济调度切实可行,相应的求解算法具有高效性。该方法为配电网安全、经济运行提供了一个崭新的视角。

一种基于可控负荷效率控制的孤岛微网新型调度策略

针对现阶段风/光/柴/蓄微网(microgrid,MG)中具有效率-功率特性的可控负荷未被妥善利用的问题,该文提出一种基于可控负荷效率控制的孤岛MG新型调度策略。量化分析了电池储能系统储能与海水淡化设备产出的价值属性,提出基于功率阈值判断的效率控制方法。进而,引入富余能源概率密度函数,通过蒙特卡洛抽样模拟源荷实时出力,获得日前视角下的富余功率分布情况。最后,以MG日运行费用最少为目标,建立基于单一功率指标控制的MG调度优化模型。仿真结果表明,可控负荷削峰填谷和平抑功率波动的能力得到充分利用,MG的运行成本得以显著降低。该文为包含可控负荷的微网经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

面向生态友好型远洋海岛群的储电概念船舶及其供能路径优化策略研究

远洋海岛群可再生能源十分丰富,各岛屿就地开发条件得天独厚,然而受限于地理隔离,负荷中心岛难以直接得到电力供给,而铺设电缆或大规模配置储能价格不菲。该文提出基于储电船舶的远洋海岛群能量调度优化策略。首先针对海岛群差异化资源禀赋的互补特性提出共享储能的概念,通过分时段共享的方式提高设备利用率,降低系统储能设备的整体规模,并建立起时空耦合情况下的能量流、交通流混合模型。在此基础之上,充分考虑日前调度预测误差,以多场景负荷中心岛切负荷均值最小、系统运行成本均值最少为目标,借助统一平台对储电船舶进行时空调度,灵活消纳多形态新能源和进行负荷支撑。仿真结果表明,基于EV的远洋海岛群能量供给系统实现了岛屿间的无缝连接和能量的动态平衡。该文为远洋海岛群的经济、可靠运行提供了一个全新的视角。

一种电网多主体场景下的制氢装置新运营模式及其调度策略

在现有市场环境下,为实现风电消纳与并网功率平滑,由单一主体投资建设的昂贵大型制氢装置可能面临设备利用率低、运营亏损的困局。为此,该文设计了一种多主体合资以实现装置产能多方共享的大型制氢装置投资–运营模式,并基于典型Shapley值法进行该模式下的运营成本核算、投资成本分摊以及利润分配。在该运营模式基础上,提出旨在实现帕累托改进的含制氢装置多主体电网的日运行调度优化策略。理论分析和仿真结果表明,通过在多个主体间共享制氢装置生产能力,分担高昂折旧费用带来的运行成本压力,可以显著改善制氢装置的经济性,避免出现“谁建谁亏”的困境,实现多方共赢。该运营模式和优化策略为未来具备全网公益属性的大型新能源消纳设备的建设和运行方式的选择提供了一个新的视角。

一种电网友好型智慧小区水电联供系统优化调度

针对光伏建筑一体化小区中富余能源低价上网导致居民用电经济性欠优,以及与外电网交换功率不够平滑的问题,提出一种电网友好型智慧小区水电系统联供机制。首先,提出小区居民和物业供水公司联合用电的新模式,并引入核仁分摊法合理分配联盟体共同收益。进而,建立详细的水电联供系统(water electricity combined supply system,WECSS)模型,以精细化分析其多时间尺度响应性能。在此基础上,以WECSS购电成本最小化和对外交换功率波动性最小为目标,设计一种实时滚动的电气–水力双层联合调度方案。最后,提出近似线性化处理和水力侧–电力侧问题交互迭代的算法,兼顾了优化模型在求解速度和结果精确性上的双重需求。仿真结果表明,相对于单一主体用电的模式,所提的电网友好型智慧小区WECSS能够提高小区居民和物业供水公司的用电经济性,同时降低大电网运行的压力,使得参与多方共同受益。为新能源消纳和微网综合能源合理利用问题的解决提供了一个新的视角。

基于储电船舶的远洋海岛群多能流优化调度

远洋海岛群可再生能源丰富,就地开发条件得天独厚,然而岛屿间存在天然的地理隔离,导致能量供需结构呈现时空逆向分布的格局。该文提出一种基于储电船舶(electric vessel,EV)的多能流模型,并将其应用于远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对海岛群各岛屿差异化资源禀赋和空间隔离的特性,介绍基于EV的岛际能量传输通道的可行性。进而,量化分析单体EV的时空转移特性和微网子系统能量的时空分布规律,建立考虑二者交互作用关系的多能流混合模型。在此基础上,以系统运行总成本为目标,依托系统统一平台对多能流进行经济调度。通过精细化分析模型中大规模非线性、时空高度耦合的约束条件,提出基于两阶段分解的主、子问题迭代的求解方法。仿真结果表明,采用两阶段分解法能够高效、准确求解多能流模型,验证了远洋海岛群能量经济调度的合理性与可行性。

考虑供水系统深度响应的微网经济调度策略

高风电渗透率微网(microgrid,MG)存在实时功率平衡和经济运行难的问题。为此,该文提出一种考虑供水系统(water supply system,WSS)深度响应的MG经济调度策略。首先,将WSS主动解列成多个独立运行的子系统,降低系统关联约束,提高调节灵活性。进而,建立水压的波动性约束,提出WSS需求侧响应模型。在此基础上,充分考虑外电网调峰、调频等需求,提出一种新型的MG经济调度策略。最后,引入近似线性化的方法,将非线性模型转化为经典的混合整数线性规划(mixed-integerlinearprogramming,MILP)问题,提高求解速度。基于15节点的WSS和典型MG的仿真结果表明,WSS深度响应能够显著改善MG运行经济性。该文研究成果为MG可再生能源消纳问题的解决提供了一个崭新的视角。

基于相变材料储能的建筑光伏一体化小区电-热联供系统双层优化调度

建筑光伏一体化小区中富余能源并网将导致居民用电经济性欠优,以及与外电网交换功率不够平滑的问题。为此,该文提出一种面向含相变储能系统(phase change material thermal energy storage system,PCMTESS)的小区建筑电-热联供系统双层调度策略。简要介绍PCMTESS的物理构造和运行模式,并分析其规模化储能和热电解耦的特性。在此基础上,评估阳光辐射等环境因素对光伏发电和建筑热需求的影响,建立计及热泄漏过程的电热联供系统模型。进而,以微网最小化购电成本和对外功率波动为目标,设计一种实时滚动的双层优化调度策略,用于消解预测误差在多时间尺度上的影响。最后,提出近似线性化处理和电力侧-热力侧问题交互迭代的算法,实现优化模型的高效求解。仿真结果表明,该文所提的PCMTESS在维持室温舒适的前提下,既能保障用户侧运行经济性的需求,又能平滑对外交换功率,使得电网与用户双方共同受益。该文为微网综合能源消纳问题的解决提供一个新视角。

一种考虑网络攻击风险的智能微网新型调度策略

针对风/光/柴/蓄微网(microgrid,MG)控制中心遭受网络攻击导致调度失败的问题,文章提出一种新型的智能MG调度策略。首先分析网络攻击导致MG控制中心失效的场景,提出基于联络线频率的柴机(diesel engine,DE)-电池(battery energy storage system,BESS)响应策略。在此基础上,量化分析DE和BESS的能耗特性,提出基于功率门槛的能耗控制策略。此外,基于日前功率预测技术和误差分布规律,使用拉丁超立方抽样模拟净负荷实时功率,建立计及日内功率波动影响的日前MG优化模型。最后,通过线性化将优化模型转化为经典的混合整数规划问题。基于典型MG的仿真结果表明,所提的调度策略可以充分协调DE和BESS的调节能力,显著提高MG经济性,同时消解网络攻击的危害。研究结论为网络攻击场景下MG经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

计及能量补给时刻非整的远洋海岛群微网日前调度策略

具有传输延迟特性的能量流参与电网调度时,现有的以小时计的日前调度往往直接对能量包出发/到达时间取整,导致优化结果出现较大误差,而细化日前调度时间单位后再取整,将引起优化变量剧增、求解压力显著增加。为此,该文建立适配日前调度体系的微网优化调度模型,并将其应用到远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对基于储电船舶(electric vessel,EV)实现海岛群能量流动的设想,量化分析环境因子场对能量供给–输送–需求的综合影响。进而,考虑到EV岛际转移时间的可变特性,建立兼容差异化延迟时间的岛际能量传输模型。在此基础上,针对岛际能流传输延时的非整问题,提出适配日前调度体系的微网优化调度策略。最后,采用快速群搜索算法(fast group search optimizer,FGSO),实现优化模型的高效求解。仿真验证所提策略的合理性与可行性。

面向智慧城市的快充负荷充电服务费制定策略

相比电动汽车(electricvehicle,EV)慢充用户,大规模、随机快充负荷的接入将会带来更加严重的电网安全运行问题。从整体社会经济效益最大化的角度出发,仅单纯从电网侧增加基础设施建设并非最佳解决之道,有必要从用户角度研究有效的调度策略对电动汽车的快充行为进行引导。为此,基于未来智慧城市的场景下,提出了基于节点关键度的配网供电电压偏差指标(voltage deviation index based on node importance,VDINI)的概念,指出动态调整快充站充电服务费的手段,分析电动汽车用户对于快充站选择行为的影响因素,建立电动汽车用户基于自身效益的充电位置决策模型,从而说明通过调整各充电服务费的来对快充行为进行引导的可行性。在此基础上,根据需要满足的各种约束条件,制定各快充站快充服务费的求解流程,在保证充电站效益不变的同时,将电动汽车合理地引导至各个快充站,均衡区域内的充电负荷,实现空间上的有序快充,改善了配网的电能质量。算例仿真验证了所提充电服务费制定方法的合理性以及快充负荷引导策略的优越性。

近海海岛多态能源供需自洽系统日前优化调度策略

在当前大力发展新能源的背景下,风光等新能源发电的装机总量不断提高,然而,由于电网调节能力有限等诸多原因,弃风弃光的现象较为严重,造成了极大的能源浪费;与此同时,人们对于除电能以外的其他各类能源的需求也日益增长,给各类能源的负荷供给带来了不小压力。通过多种能源的耦合和存储,能有效促进风光等新能源的消纳,同时,补充各类能源供给,减缓各能源供应压力。该文基于近海海岛微网场景下,首先提出了六能源形态近海海岛能源供需自洽系统模型,运用能源集线器的概念,将此模型进一步分为供给侧、转换侧、负荷侧进行数学分析与建模。然后以最小化日前24h从外部购买能源总成本为目标函数,综合考虑各部分约束条件,建立了日前优化调度模型。最后通过仿真验证,并与减少耦合、仅储电情况下进行对比,验证了多态能源耦合和多态储能介质应用的必要性;同时分析了各能源相对价格对能源耦合的影响。从而证明了该系统在有效提高风光消纳的同时,可以使系统购买能源的总成本降低。

含热电联供型光热电站与建筑相变储能的离网型综合能源系统

对于难以与大电网连接的偏远地区,如仅采用光伏发电,电网安全运行压力大,大规模弃光难以避免。含储热的光热电站具备良好的调度特性,是一种适用于离网型综合能源系统的电力供应形式。然而,相比于光伏,高昂的建设成本使得光热发电普及度有限。因此,该文提出含热电联供型光热电站与相变储能的离网型综合能源供给系统及其协调调度策略,背压式热电联供机组可以有效提升光热电站的综合能量产出效率,建筑相变储能的储热/冷能力则能够松弛机组自身的热电比约束,在满足系统综合能源需求的前提下,提高各机组的运行经济性,以降低综合能源系统的运行成本。算例仿真验证该文所提能源供给模式及协调调度策略的可行性与有效性。

基于光热电站水电联产的独立海岛综合供给系统容量优化配置

独立海岛往往面临着供电方式不环保、淡水资源稀缺的双重难题。全可再生能源供给系统是解决上述问题的有效途径。该文首先提出基于光热电站水电联产模式的全可再生能源海岛电能–淡水联合供应系统。该系统通过收集光热发电过程产生的低品位乏汽制备淡水,实现能量的梯级利用,提高系统综合效率;并利用光热电站的灵活可调度性实现风光互补,降低海岛系统的储能配置需求;进一步地,建立全可再生能源海岛供给系统的优化配置模型。仿真结果表明,所提出的综合供给系统有效提升了可再生能源的利用效率以及新能源机组的容量系数,降低了海岛的峰值负荷需求与机组配置容量,具备更好的成本经济效益。