汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

考虑制氢效率优化的氢-储-风直流微网功率协调控制

利用风电等新能源制氢是提高新能源消纳能力的一种有效技术手段。为适应风电及负荷功率的波动性并确保制氢电解槽高效运行,提出一种考虑制氢效率优化运行需求的氢-储-风直流微网功率协调控制方法。根据制氢电解槽优化运行区间和直流母线电压波动范围,将直流微网划分为正常运行模式(即制氢电解槽优化运行)和极端运行模式(即制氢电解槽非优化运行)。在正常运行模式下,通过电解槽的自适应下垂控制和电池储能含虚拟电容的变系数下垂控制,将电解槽运行点维持在优化运行区间内,保证电解槽高效安全运行;在极端运行模式下,通过氢/储控制策略灵活切换以确保直流微网电压安全。所提协调控制方法不但可快速抑制风电及负荷功率波动所引发的直流母线电压波动,而且可维持制氢效率处于较高水平。最后,通过PSCAD/EMTDC的仿真算例分析验证了所提方法的有效性和优越性。

多能互补发电系统故障识别与测距方法

随着大量新能源的接入,使得多端柔性直流系统(modular multilevel converter based multi-terminal direct current, MMC-MTDC)故障特征愈加复杂,快速准确的故障识别与测距是亟需解决的关键难题之一。为此,提出了一种风-光-储-蓄互补发电站经柔性直流输电外送系统故障识别与测距方法。首先,搭建风-光-储-蓄互补发电站经柔直外送系统,在此基础上,提出了一种Teager能量算子能量熵的新方法,利用测量点正负极Teager能量算子能量熵的比值构建故障选极及区段识别判据。接着,针对已识别的故障线路,提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与Teager能量算子(teager energy operator, TEO)相结合的故障测距方法。最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,结果表明所提识别方法可以准确判断故障所在线路,所提测距方法能在故障发生2 ms时间窗内实现故障测距,误差率不超过2.55%,并具有较高的耐过渡电阻能力。

分散式光伏与陆上风电协同运行在电力系统中的优化配置

随着可再生能源的广泛应用,分散式光伏和陆上风电作为重要的清洁能源形式在电力系统中扮演着日益重要的角色。通过深入研究光伏和风电的技术特性,分析它们在电力系统中的运行机制,探讨它们协同运行面临的技术挑战。在此基础上,提出电力系统中实现这2种能源协同运行的优化配置方案,并构建协同运行的模型。通过优化算法的应用,进一步分析电力系统的稳定性与可靠性,为实现分散式光伏与陆上风电的最优协同运行提供了技术支持。

考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究

流域梯级水风光综合能源基地配建抽水蓄能构建水风光蓄互补系统,是提高风光消纳能力、加速可再生能源一体化开发的重要途径。水风光蓄互补系统因地制宜既可配置混合式抽水蓄能,又可配置传统常规抽水蓄能。针对何种配置方式更优问题,从调度运行需求出发进行了研究。首先量化分析了水风光资源的季节互补性和日内互补性。然后分别考虑配置混蓄与纯蓄,基于精细化流域梯级水电模型,以负荷跟踪偏差率最小、弃能最小、水量利用率最大为目标构建了水风光蓄互补系统短期优化调度模型,从调度运行角度探究不同抽蓄形式对水风光蓄互补系统的影响。最后,通过某流域梯级水风光一体化基地算例表明,配置混蓄相较于配置纯蓄,不同运行场景下负荷跟踪偏差率均更小、弃能均降低、水量利用率均提高,综合运行效率也得到提升,表明配置混蓄对水风光蓄互补系统调度运行的提升优于纯蓄。研究可为流域清洁能源基地、抽水蓄能规划建设及调度运行提供决策支持。

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。

金沙江上游水光互补中长期协调运行方法研究

充分发挥流域梯级水电站的灵活调节能力,实现水光互补系统的协同运行,是提升可再生能源消纳水平的重要途径。以金沙江上游川藏段正在开展前期规划工作的梯级水电站及沿江光伏电站为研究对象,建立了水光互补系统发电量最大化的中长期协调运行优化模型,同时计及梯级水电站、光伏电站和外送直流输电线路的运行约束,以评估水光互补系统的外送消纳水平。在算例分析中,测算了不同梯级水电站规划装机下的光伏电站最大装机和典型日外送发电曲线,并从丰-平-枯水平年、直流日最大调节幅度和是否配置抽水蓄能电站等方面进行模型验证和灵敏度分析,结果表明,金沙江上游川藏段水光出力具有季节资源互补性和日内电源互补性,提升梯级水电站或直流输电线路的调节能力、配置抽水蓄能电站均可以使光伏最大可接纳装机进一步增长。

基于人工鱼群算法的水风光联合调峰优化模型

本文提出基于多Agent人工鱼群算法(MAAFAS)的,以剩余负荷均方差最小为目标函数的梯级水风光短期调峰优化调度模型。该模型充分结合了Agent算法的自主性和人工鱼群算法的全局寻优性,降低了约束的复杂性,易于获得复杂问题求解下的最优解。并以我国南方地区某流域的6座水电站,11座风电场,4座光伏电站组成的风光水电源互补系统为研究对象,从不同来水场景下(汛期、枯期)进行实例分析。结果表明:该模型可以有效地利用水电能源的调峰能力,平均提高负荷峰谷差降幅率到44.65%,缩小原始负荷峰谷差3300 MW,剩余负荷趋于平稳,便于风光能源的更好消纳,是一种实用性较强的水风光短期调峰优化方法。

双馈风电系统连接柔直电网电压频率协调控制策略

针对连接柔性直流输电的双馈风力发电系统,提出一种基于转子侧换流器与直流电网侧换流器的协调控制策略,使得定子频率及定子电压随着风速变化都在一个较宽范围内变化,实现双馈风力发电机的高效运行。在传统的双馈风力发电机组连接柔性直流输电的拓扑结构下,对单台1.5 MW双馈风力发电机组宽范围电压频率协调控制策略进行了仿真实验,当风速变化时,通过控制直流电网侧换流器相应地调整定子电流频率,同时控制转子侧换流器磁链环使定子磁链保持不变,使得定子电压也同比例变化,从而在全风速范围内都能降低双馈电机的铁损耗。仿真结果表明在全风速范围内均可实现宽范围电压频率协调控制策略,且双馈电机的整体效率相比于恒压恒频控制策略得到很大提高。

融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型

依托规模庞大的常规水电增建混合式抽水蓄能是加快抽蓄发展的重要途径。相比传统抽蓄电站,融合改造的混合式抽水蓄能电站具有水力联系更紧密、抽-发工况转换更复杂、“量调并重”角色更鲜明等显著特点,为探索其运行模式,本文提出一种融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型。该模型以联合体整体收益最大为目标,以机组为最小调度单元,针对常规机组和抽蓄机组的差异化运行特性分别精细化建模,并引入状态变量实现运行状态的解耦与关联切换。在模型求解方面,通过线性化方法及建模技巧将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后在JAVA环境中采用CPLEX工具进行求解。以西南某流域电站为参考构建的应用示例验证了本文模型和求解方法的有效性,可为推进常规水电站的融合改造提供借鉴。

风光水汇集直流外送系统暂态频率电压紧急协调控制策略

实施紧急有功控制可解决风光水汇集外送直流闭锁导致的频率安全问题,但事故后可能衍生出电压安全问题,控制策略制定需要统筹考虑频率与电压安全。针对现有离线策略存在有功控制与无功控制割裂、控制代价大及控制手段不完备的问题,分析了弱支撑电网有功控制对系统电压影响的机理,为完善现有控制方案,提出综合连续型与离散型控制手段的有功、无功一体化在线紧急控制方案。以控制代价最小为目标,考虑暂态电压和频率安全约束,建立了计及多类控制措施的水风光汇集外送直流系统紧急频率电压协调控制优化模型,并采用逐次线性规划方法求解线性化后的模型。基于西北电网实际案例的实时数字模拟(real time digital simulation,RTDS)试验结果对所提控制进行验证,结果表明,所提控制策略实现了从离线到在线、离散到连续、割裂到协调的整体性提升。

基于连续隐马尔可夫模型的风水火联合低碳检修优化

[目的]新型电力系统背景下,风机的低碳检修与常规机组的协同检修等问题亟待解决。文章兼顾多属性气象因子影响和低碳性、经济性需求,建立基于连续隐马尔可夫的风水火联合低碳检修优化模型。[方法]首先,以降雨量、风速、雷电危险度为观测序列,以检修容量为隐状态序列,利用连续隐马尔可夫(Continuous Hidden Markov Model,CHMM)过程实现对风电场检修容量的动态跟踪。然后,以最优检修容量为决策依据、以总成本最小为优化目标,统筹考虑检修约束、系统控制约束等,构建风水火联合低碳检修优化模型。最后,以IEEE30节点系统进行算例展开研究。[结果]结果表明,所提模型具有更显著的经济效益和低碳特性。[结论]文章所做研究对风机的运行维护具有较高的理论价值,工程适用性较强。

两种风蓄协调控制策略在不同装机配比工况下的对比分析

为解决大规模风电入网造成系统功率波动性过大问题,本文提出两种风电-抽水蓄能协调控制策略,以抽水蓄能机组运行特性为基础,建立风蓄协调策略优化调度模型,策略1以弃风量最小和系统调峰效果最优为联合控制目标,策略2以风蓄联合出力波动量最小为控制目标;采用加入启发式改进的二进制粒子群算法,将抽水和发电出力进行统一的二进制编码,利用外点罚函数法对模型约束进行调整,用于风蓄协调调度问题的求解。利用含火电机组、抽水蓄能机组和不同装机容量的风电场的测试系统,对风电-抽水蓄能协调控制策略进行验证,结果表明本文所提两种风蓄协调控制策略均能起到平滑风电波动的效果,通过进一步比较系统运行费用,总结了两种风蓄协调策略的控制特性和适用工况。

梯级水电站建设联合运行抽水蓄能泵/电站的研究

联合运行抽水蓄能泵/电站是结合已建常规梯级水电站进行扩建,利用两个相邻梯级的水库分别作为上库和下库,在上库大坝两岸新建输水系统和地下厂房并安装水泵或可逆式水泵水轮机的联合运行体。电网负荷低谷时用泵或水泵水轮机泵工况运行把下库水抽到上库储能;电网负荷高峰时用上库水电站已安装的常规机组发电。这种联合运行方式可使坝址处全年径流量在通过常规机组发电时因提高发电水头而带来增发电量,称为年径流量水头效益。这部分增发电量不仅补偿了抽水蓄能过程中的电量损耗,甚至可大于泵工况的抽水用电量,产生了抽水蓄能综合电能转换率大于1的效果。本文首先通过对比分析联运抽蓄泵/电站和典型抽蓄电站之间运行模式的不同,阐述了联运抽蓄泵/电站大幅提高综合转换效率的机理;其次根据已建成的工程实例,分析总结出开发建设条件、消纳绿色能源的优势、水风光蓄互补系统中的作用及经济效益等要素,同时指出了目前建设联合运行抽水蓄能泵/电站存在的问题并提出了解决相关问题的措施与建议;最后从我国资源禀赋角度,阐述联运抽蓄泵/电站对所在流域的水资源利用的积极意义。本研究可为我国常规梯级水电站与未来新型水风光蓄互补系统的有机结合提供指导与借鉴。

考虑受端电网运行安全的台风条件下海上风电场协调运行策略

台风是导致海上风电大规模脱网的重要因素,极易造成受端电网的严重供需失衡,进而影响区域电力系统的安全稳定运行。因此,首先针对实际台风路径,建立了基于Rankine漩涡模型的台风数学模型,并提出了减缓风力骤降影响的方法;随后,充分考虑受端电网的运行安全需求,提出了含储能的海上风电场协同运行策略,以系统安全性、稳定性和运行经济性为目标,综合考虑弃风量和储能调节能力等因素,对海上风电的弃风量进行了优化;最后,对含储能海上风电接入的受端电网系统进行了仿真分析,结果表明该策略在保证受端系统安全性和稳定性的同时,可最小化海上风电场的运行成本。

考虑多分布式水电协调运行策略的微电网重构方法

作为清洁可再生能源,水电具有显著环境效益。发展水电微电网,是实现“双碳”目标的重要路径之一。基于分布式水电出力特性提出多分布式水电协调运行策略以及基于此策略的微电网重构方法及模型。为避免寻优过程中产生大量不可行解,提出基于改进粒子群算法的微电网重构求解算法。选取IEEE 33节点系统进行算例仿真,验证了所提方法的合理性和有效性,能够有效提升微电网运行经济性。

考虑网络约束的风电水电协同果蝇优化控制

风力发电严重受气候影响且随机波动性强使得风电的调度困难经常导致弃风。该文利用水电的调峰调频特性平抑风电输出功率的波动,使水电厂和风电场向电力系统提供的功率之和按照计划输出,将随机波动性强的风电的出力转化成可以参与电力系统运行计划的稳定出力,这种方式称之为风水协同运行策略。风电场和水电厂一般不在同一地点,因此,该文考虑了协同运行中的网络约束。为了提高协同运行的有效性,提出了采用果蝇算法优化水轮机的PID控制器参数。仿真结果表明,采用果蝇优化后的PID控制比常规PID控制方案具有更好的控制效果;采用果蝇算法优化后的水电可快速、稳定地跟踪风电的变化,使风电与水电出力之和基本保持在预定范围之内,减少对电网的冲击,有利于电网的长期稳定运行。仿真结果验证了该文方法的有效性。

水风光多能互补发电调度问题研究现状及展望

以水风光为主的可再生能源在过去二十年实现了前所未有的发展,未来也将是中国构建清洁低碳能源体系的核心组成部分,是兑现碳减排承诺的现实选择。该文简要分析了我国清洁能源发电的发展概况及典型水风光互补实际工程,提炼总结了互补系统发电调度面临的关键问题,包括大规模风光电站群以何种形式参与调度、间歇性时空发电规律如何描述、风光电站群与水电站群在长期、短期等时间尺度上如何协调运行;针对这些问题系统综述了国内外水风光互补协调研究方法及特点,并从风光电站集群汇聚、集群出力描述、及集群模式下水风光互补系统长期、短期协调建模与求解思路,阐述了技术实现过程,期望为我国多能互补工程实际运行提供切实可用的技术手段,助力“碳达峰、碳中和”目标。

以减少电网弃风为目标的风电与抽水蓄能协调运行

由于风电出力特性及电力系统运行约束等限制,电网接入大量风电时将会导致大量弃风。对风电与抽水蓄能协调运行以减少电网弃风的方式进行研究,在分析导致电网弃风的主要因素的基础上,充分考虑抽水蓄能的运行特性,以电网弃风最小为优化目标,建立风电和抽水蓄能协调运行的混合整数规划模型。基于实际电力系统的风电出力和负荷数据,在IEEE 30节点系统中对风电与抽水蓄能协调运行方式进行模拟。结果表明,所提出的优化模型能有效地模拟风电与抽水蓄能协调运行的过程;风电与抽水蓄能的协调运行方式对减少电网弃风具有显著的作用;对具有一定风电装机容量的电网,存在最优的抽水蓄能容量与之协调运行,使得电网弃风最小。

大规模消纳风电的常规水电运行方式

在中国风电迅猛发展和大规模接入电网的背景下,结合风电运行特性和电网安全需求,提出了大规模风电接入电网后水电年度运行方式的制定原则和原理,建立了考虑水电调峰对风电消纳贡献的水电运行调度数学模型。以东北电网桓仁水电厂为例,模拟计算了典型来水方式下的水电运行方式,计算结果表明该方法有利于提高电网的清洁能源消纳比例。