火电耦合压缩空气储能技术研究进展及展望

火电耦合压缩空气储能技术作为一种提升传统火电机组灵活性和经济性的有效手段,近年来受到了广泛关注。该文从分析火电耦合压缩空气储能技术在提升电网调峰能力、促进可再生能源整合等方面的重要意义出发。首先,介绍典型耦合系统的结构组成与工作原理;然后,探讨耦合系统中关键设备的技术现状和面临的挑战;之后,梳理火-储耦合系统的集成方案设计、调峰运行优化以及经济性评估的研究现状;最后,针对当前技术难点,展望未来火电耦合压缩空气储能技术的研究方向与重点。该文旨在为今后相关领域研究提供参考与借鉴,推动其持续发展和创新。

考虑消纳水平的新能源配套储能和输电通道容量协调优化配置

随着以风光为代表的可再生能源发电比例迅速提升,风电场、光伏电站出力的不确定性和波动性给电力实时平衡带来了极大的挑战,配置合理规模的储能可以保障经济性并提高新能源利用率。为此,针对容量已知的新能源电站,提出了一种配套储能和传输线路容量协调优化配置的机会约束规划模型,以储能和传输线路建设成本最小化为目标,以年新能源弃电率不超过规定的指标为机会约束。由于机会约束非凸且缺乏显式表达,基于条件风险价值将机会约束对应的可行域保守转换为线性约束,得到易于求解的线性规划问题,并量化分析了规划方案对新能源场景概率分布的鲁棒性。算例分析结果表明,所提规划模型可以有效地解决考虑新能源消纳能力的储能和传输线路容量配置问题,通过合理配置储能可以降低传输线路的容量从而节约总投资成本。

基于压缩空气储能附加阻尼控制的电力系统低频振荡抑制策略

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升,在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此,结合压缩空气储能良好的有功调节能力,提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先,建立了压缩空气储能的数学模型,分析了质量流量对其输出功率的影响。其次,分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性,提出了基于调节阀的附加阻尼控制器,调整质量流量,进而控制压缩空气储能的输出功率,抑制电网的低频振荡。最后,搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型,验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼,可较快抑制电网的低频振荡,有效提高电力系统的稳定性。

铁碳复合材料去除氯代有机物的研究进展

铁碳(Fe-C)复合材料可应用于污染场地中COCs的去除。综述了近年来Fe-C复合材料的制备方法(包括液相还原法、碳热还原法、水热碳化法、球磨法和绿色合成法),总结了几种常见碳材料载体(包括活性炭、生物炭、碳纳米管和石墨烯)的优缺点,梳理了Fe-C复合材料与COCs的相互作用机制(包括吸附、还原脱氯和刺激微生物脱氯),并对该领域未来的发展方向进行了展望,为Fe-C复合材料用于实际COCs污染场地的修复提供参考。

基于自适应滤波的并联逆变器谐振抑制策略

逆变器是新能源发电系统的核心装置。然而,由于逆变器可能呈现负阻抗特性,并联逆变器系统存在较大的谐振风险。谐振现象不但严重影响并网的电能质量,还可能危及电网安全稳定运行。针对上述问题,首先建立了电压控制模式下逆变器的等效阻抗模型,分析了逆变器阻抗特性与控制延时间的解析表达和定量关系,指出其负阻抗特性会随着控制延时的减小而减弱。在此基础上,提出了基于自适应滤波算法的谐振抑制策略。该策略通过减小等效控制延时,重塑逆变器对外阻抗,实现了谐振抑制。最后,通过仿真及实验验证了所提谐振抑制策略的正确性和有效性。

风/光/储微网规划经济性影响因素分析

风/光/储微网是实现分布式能源优势互补、高效利用的有效形式。然而,影响其经济性的因素众多、影响程度各异。对风/光/储微网内经济性影响因素的关键程度进行了量化分析。基于对微网运行方式的分析,建立了微网规划经济性模型。该模型以年净收益最优为目标,考虑了微网中微源特性、与上级电网间功率平衡和供电可靠性等约束,并建立了经济运行评价指标。在此基础上,通过计算影响因子来量化规划层面和运行层面各影响因素的关键程度。以云南某地实际微网为算例,分析结果表明,合理配置储能可提升微网规划经济性;风/光/储微网经济性的关键影响因素在规划层面包括储能等效循环次数、风光发电单元装机成本和贴现率等因素,在运行层面包括风光发电单元售电电量和售电单价以及单位环境收益等因素。

基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制

虚拟同步发电机(VSG)能够实现新能源机组友好并网。然而,传统的VSG技术主要适用于电网电压平衡工况,这使得VSG在电压不平衡情况下面临输出电流不平衡及过流等问题,为此提出一种基于动态电压补偿的VSG平衡电流控制架构及方法。通过负序电流抑制和峰值电流抑制策略,分别生成对应的补偿电压,使得VSG在电压不平衡时仍能输出平衡电流,且可抑制电网电压跌落瞬间的暂态冲击,以及确保稳态运行时的电流不超过安全阈值。同时,所提控制方法并未改变VSG等效为电压源的属性,保留了VSG的电压支撑能力。不同工况下的仿真测试结果验证了所提出控制方法的正确性和有效性。

基于虚拟阻抗相角补偿的并联逆变器谐振抑制方法

逆变器是新能源发电系统中的重要接口装置。虚拟阻抗控制是并联逆变器谐振抑制主要方法。针对控制延时导致虚拟阻抗策略失效的问题,首先建立了考虑控制延时的并联逆变器等效电路和传递函数模型。在此基础上,定量分析了控制延时对传统虚拟阻抗相角特性的影响,揭示了虚拟阻抗在高频段呈现负阻尼而导致谐振抑制策略失效的机理。提出了基于虚拟阻抗相角补偿的并联逆变器谐振抑制方法,通过恢复虚拟阻抗在谐振频率附近的正阻尼特性,实现了并联逆变器系统的谐振抑制。进一步,采用根轨迹方法得到了保障系统稳定性的虚拟阻抗取值范围。最后,利用Matlab/Simulink软件分别对不同虚拟阻抗、电网电压暂降以及参考电流变化等多种工况进行了仿真,验证了所提控制方法的正确性和有效性。

基于组合双向拍卖的共享储能机制研究

为满足共享储能中储能用户的互补性和替代性需求、解决常规单向拍卖中可能存在的垄断竞争问题,提出了基于组合双向拍卖的共享储能机制。在该机制中,储能运营商和储能用户在拍卖商的组织下进行组合双向拍卖。拍卖包含四个阶段:投标、竞胜标决定问题、资源匹配与定价、资金结算。相较于现有拍卖机制,该机制支持"与"投标,使得买家的互补性需求得以准确而简洁地表达。在竞胜标决定问题方面,建立了以社会福利最大化为目标的混合整数非线性规划模型。进一步,将该模型等价转化为混合整数线性规划模型,大幅降低了计算时间复杂度。在定价方面,提出了在买卖双方之间均分社会福利的定价机制,打破了传统单向拍卖的垄断弊端。最后,通过算例验证了所提机制的有效性。

考虑压缩空气储能变工况特性的风储联合系统运行优化策略

压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)是实现电网削峰填谷、促进风电高效消纳的手段之一。然而,压缩空气储能效率在较大程度上取决于运行工况,其变工况特性直接影响风储联合系统的安全高效运行。以最大化风储系统运行收益为目标,建立了考虑压缩空气储能变工况特性的风储系统运行优化模型。该模型对压缩机、透平在变工况运行时的动态效率进行了准确刻画,并采用分段线性化方法将变工况特性纳入混合整数线性规划算法。算例结果表明,优化策略与压缩空气储能的变工况特性有直接关系;考虑运行约束和动态效率能更准确反映缩空气储能的实际运行状态,可为风储系统的运行决策提供依据。

基于主从博弈的储能电站容量电费定价方法

储能系统的规模化应用是提高新能源消纳能力的重要手段之一,其大规模推广需要容量电价激励。然而,现有的容量电价计算方法仅与建设成本相关,收益固定,不利于调动储能电站的运行积极性。因此,提出了一种基于主从博弈的储能容量电费定价方法,同时计及了储能电站和电网的收益,储能电站作为领导者根据容量电费信号决定建设容量,电网作为跟随者依据储能容量调整容量电费,两者交互影响,直至实现均衡。在此基础上,将该博弈问题转化为双层规划问题进行求解,上层目标为储能电站收益最大化,下层目标为电网补贴成本最小化。进一步,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优性条件,将双层规划问题转化为可直接求解的混合整数规划问题。最后,通过仿真算例验证所提方法的合理性和有效性。结果表明,主从博弈定价的方法可以有效模拟电网和电站直接的互动决策关系,保障储能电站容量电费定价的合理性。和传统方法相比,本方法在实现新能源消纳目标的同时降低了电网对储能的补贴成本。

考虑系统延时的微电网有功功率分布式控制策略

一致性控制是微电网中应用广泛的一类分布式控制策略。然而,一致性控制依赖于各分布式电源(distributed generator,DG)之间的交互通信,系统中通信延时和控制延时的存在极可能恶化系统性能,甚至造成系统不稳定。分析了通信延时和控制延时对基于一致性的微电网有功分布式控制的影响,提出了一种系统稳定性判据。在此基础上,设计了考虑系统延时影响的微电网一致性有功控制策略。相比传统一致性控制策略,该策略能够保证系统在更大的延时下稳定运行。多种场景下的仿真结果验证了上述分析和所提策略的正确性和有效性。

非理想通信条件下微电网分布式有功功率控制

一致性控制是目前微电网控制领域主流的分布式控制方法之一。一致性控制系统的正常运行依赖于可靠的分布式控制器和通信网络。然而,通信网络中不可避免存在各种非理想因素,其中的通信干扰将导致电网中分布式电源出力以及电网频率出现偏差,甚至危及电网的安全运行。针对微电网一致性控制中的通信干扰,分析了干扰对系统控制性能的影响。进一步,提出了一种含状态观测器的分布式有功功率控制策略,给出了含事件触发机制的可变增益系数设计方法,分析了所提分布式控制策略在非理想通信条件下的动态性能,理论证明了该策略对典型形式的通信干扰具有良好的抑制能力,可显著提升微电网运行的可靠性。仿真和实验结果验证了所提策略的正确性和有效性。

可再生能源虚拟同步发电机并网振荡模式及影响因素分析

虚拟同步发电机能使逆变器模拟同步发电机运行特性,有利于可再生能源发电友好并网。但由于虚拟同步发电机兼具同步发电机与逆变器的特点,并网运行时,有可能面临振荡风险,且振荡类型和形式更加复杂。文章首先介绍了虚拟同步机电路拓扑及多环控制的结构特点;在此基础上,分析了VSG电流内环、功率外环、VSG并联运行等影响因素与不同振荡频率之间的关系。建立了不同影响因素主导情况下的小信号模型,系统地分析了VSG并网运行时存在的高频、工频和低频振荡模式。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证了VSG并网时不同振荡模式与相应主导影响因素之间的关联关系。

考虑通信延迟的独立微电网并联VSG控制

分布式一致性控制是实现微电网中分布式电源并联协同运行的重要方式。在实际工程中,分布式一致性控制存在通信延迟,严重影响、制约分布式电源的性能。文章首先介绍了独立微网的运行模式及分布式电源的虚拟同步发电机控制策略,分析了并联虚拟同步发电机的分布式一致性控制架构及其通信延迟问题。提出了考虑通信延迟的并联虚拟同步发电机分布式控制策略,并分析了通信延迟裕度及其关键影响因素。最后,设计了典型通信拓扑和运行工况,仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于耗散理论的分布式发电组网系统小干扰稳定性分析方法

随着电力电子装置在电力系统中广泛接入,逆变型分布式电源组网运行已成为新一代电力系统的重要发展方向之一。由于组网系统中分布式电源数量较多且往往归属于不同主体,各组成单元的信息交互并不完全透明,传统依赖全局信息的小干扰稳定性集中式分析方法难以满足分布式信息处理的要求。为此,建立了面向分布式发电广泛接入的电力系统小干扰稳定性分析模型,提出了基于耗散理论的系统小干扰稳定分布式判定条件,给出了小干扰稳定性的分布式计算框架,推导了分布式计算环境下的网络耦合参数的求解流程,仿真结果验证了所提小干扰稳定性分布式分析方法的有效性和扩展性。

基于合作博弈的发电侧共享储能规划模型

共享储能可有效提高储能设备利用率,降低储能成本。然而目前对共享储能的研究集中于中小型用户,并且未考虑输电成本和网损的影响。提出一种发电侧共享储能机制(包括储能供需的形成机制、储能供需的匹配机制和共享储能收益的分配机制),并在此基础上建立基于合作博弈的共享储能规划模型。进一步,基于实际风电数据对共享储能的典型场景进行仿真,检验联盟的整体理性、参与者的个体理性和联盟的稳定性,分析输电成本、网损和储能成本对博弈结果的影响。以算例结果验证所提共享储能机制和规划模型的有效性。

考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置

氢储能具有零碳排放、电热气联供等诸多优点,有望成为实现碳中和目标的重要支撑技术。针对工业园区综合能源系统的电热气负荷需求特点以及低碳化发展的总体需要,提出了一种以氢储能作为多种能量形式转换枢纽的低碳园区综合能源系统架构,在分析氢储能单元电热气多能特性的基础上,建立了氢储能多能联储联供模型;进一步地,以投资运行成本以及碳排放为优化目标,提出了园区综合能源系统氢储能单元优化配置模型。基于实际算例分析了清洁能源发电及热电负荷特性、碳减排政策、氢储能投资成本等关键因素对综合成本及碳减排目标的影响,验证了通过配置氢储能降低园区综合能源系统供能成本和碳排放的可行性,并指出了其典型的适用场景。

基于主从博弈的工业园区综合能源系统氢储能优化配置

在源、网分离模式下中小规模的工业园区综合能源系统中,薄弱的外部供能网络和较高的用热负荷需求引起了系统能量失衡和运营商盈利模式单一等问题。为改善能量平衡,提高能源系统运营商收益水平,结合氢储能多能联供联储的优点,设计由运营商配置氢储能的工业园区综合能源系统基本架构;参考现有价格-能量博弈模式,构建含氢储能的综合能源系统及各参与主体的博弈模型,提出含氢储能的综合能源系统三阶段主从博弈框架。根据博弈的阶段性特点,提出基于遗传算法和混合整数优化的三阶段主从博弈求解方法。算例分析表明,通过优化配置氢储能可有效改善工业园区综合能源系统的能量平衡并提高能源系统运营商的收益。

考虑热电综合利用的光伏储氢独立供能系统容量优化配置

青藏高原广大边远地区受地理限制和气候因素影响,能源供给问题长期无法有效解决。考虑到当地气候高寒、光照充裕、负荷分散等特点,结合氢能无污染、零碳排、高热值的优点,提出了光伏储氢独立供能系统的基本架构,以实现高寒条件下热电负荷的综合供应。并建立了含电解槽、储氢罐、燃料电池的储氢系统热电联供模型,充分挖掘储氢系统热电联储联供潜力。在此基础上,进一步提出了光伏储氢独立供能系统的容量配置模型和优化方法,并通过算例对比分析了光伏储氢独立供能系统与现有的光伏蓄电池独立供能系统的性能差异。仿真结果验证了本文所提光伏储氢独立供能系统方案的可行性。研究成果有望为青藏高原边远地区分布式清洁供能提供新的思路和方法。