RDG System in Remote Areas with Utility or Local Feed Topology and Operation Strategy

In remote regions with availability of wind energy, a RDG （renewable distributed generation） system is an advantageous alternative to increase the provision of electrical supply. Usually, these systems are structured on the basis of a connection to an existing weak grid. When the grid is out of service, the system may operate in islanding mode, if the RDG configuration allows it, continuing the provision of energy with standard voltage and frequency values. Facing the latter situation, a wind-diesel/gas generation system is proposed, with a conversion and control strategies based on a variable speed wind turbine employing a DFIG （doubly fed induction generator）, a SC （ultracapacitor） storage system and a SG （synchronous generator） driven by a diesel/gas engine.

离网式风光氢醇一体化系统容量配置运行调度优化及经济性分析

为解决可再生能源消纳及氢能源存储、运输难题,提出一种离网式风光氢醇一体化系统。该系统离网运行,利用风力和光伏发电提供电能;通过蓄电池和储氢罐作为储能和储氢设备,以削峰填谷的方式稳定供应电能和氢能,确保电解槽和甲醇生成设备的稳定连续生产甲醇。以系统总收益最大化为目标构建了风光储氢醇的数学模型,并通过混合整数线性规划算法,结合风光真实数据分析,确定系统最佳设备容量与运行调度。以典型日分析其运行策略及系统能量,最后对所制绿色甲醇经济性分析。结果表明:系统能够根据外界条件的变化,合理切换工作状态,实现系统能量平衡;在满足各项约束条件下,提高了可再生能源利用率,降低了系统制甲醇的平准化成本。此研究为新能源消纳与氢能源利用提出了一条可行技术路线,并可为相关示范项目建设提供指导。

爱尔兰岛高比例新能源电力系统运行经验与启示

随着全球能源转型步伐的加快,世界各国电力系统均大力发展以风电和光伏发电为主的新能源。爱尔兰岛电力系统为岛屿独立同步电网,具有新能源渗透率高、与外部电网交互功率小等特点。经过长期摸索与发展,爱尔兰岛高比例新能源电力系统运行水平处于世界前列,其先进经验对我国新型电力系统建设具有重要借鉴意义。介绍了爱尔兰岛电力工业的概况,分析了爱尔兰岛电力系统的运行情况,探究了爱尔兰岛电力公司为保证高比例新能源电力系统安全高效运行采取的措施,最后总结其对我国新型电力系统建设的经验与启示。

基于新能源快速调节的孤岛微网弹性恢复策略

针对当前孤岛运行微网面临的备用调节容量不足、负荷投切频繁和供电可靠性较低的问题,提出一种基于新能源快速调节的孤岛微网弹性恢复策略。首先根据新能源的快速功率控制技术,建立风、光电源的可快速调节容量模型。在此基础上,以孤岛负荷恢复价值量最大化为目标,考虑孤岛内电源和负荷的波动性、储能和负荷的调节量,根据电源出力程度和负荷可控量,分析不同电源负荷功率关系下的孤岛备用容量来源。然后,考虑新能源快速功率调节技术,分别制定电源充足、电源不足和极端情况下的孤岛弹性运行控制策略。最后,基于改进的41节点公路微网系统进行仿真验证,结果表明,所提恢复策略在保证负荷恢复价值量的同时,能够预留充足的备用容量,显著提升孤岛微网的运行弹性和供电恢复能力。

考虑移动式储能调度的配电网灾后多源协同孤岛运行策略

针对极端事件导致的配电网大面积停电现象,在路-电耦合背景下,提出一种考虑移动式储能调度的配电网灾后多源协同孤岛运行策略。首先,基于路-电耦合背景下的灾后运行框架,以加权切负荷量最小为目标,同时考虑交通流量的变化对移动式储能调度过程的影响,建立多源协同孤岛运行模型;然后,根据所建模型的特点以及决策需求,基于两阶段优化框架制定孤岛运行决策流程,确保失电孤岛区域与含本地电源区域负荷恢复的协调进行;最后,采用IEEE 33节点配电网与29节点交通路网相耦合的算例进行分析,验证所提策略的有效性。结果表明,所提孤岛运行策略可以充分发挥各电源在配电网灾后恢复时的协同能力,实现了有限电能的最优分配和转移,有效提升了配电网灾后恢复效果。

Review of Energy Management and Planning of Islanded Microgrids

This survey paper provides a critical overview of optimization formulations for planning and operation of islanded microgrids,including optimization objectives,constraints,and control variables.The optimization approaches reviewed address methods both for increasing the resiliency of advanced distribution systems and electrification of remote communities.This paper examines over 120 individual optimization studies and discovers that all optimizations studies of islanded microgrids are based on formulations selecting a combination of 16 possible objective functions,14 constraints,and 13 control variables.Each of the objectives,constraints,and variables are discussed exhaustively both from the perspective of their importance to islanded microgrids and chronological trends in their popularity.

多储能变流器分层协同控制研究

微电网在孤岛运行状态下储能变流器输出电压、频率不稳定和有功、无功功率不平衡,变流器传统的下垂控制不能对微电网孤岛运行的电压和频率进行无静差调节,且无法满足微电网孤岛运行的有功、无功功率平衡。基于此,提出一种多储能变流器分层协同控制方法。在综合考虑储能变流器运行控制目标和微电网相邻储能变流器信息交换的基础上,设计微电网分层互联分布式协同控制结构,对多系统的分布式控制方法进行改进。对微电网的多个储能变流器开展仿真实验,结果证明了所提控制策略的有效性和协同控制能力。

考虑源-荷不确定性的微能源网日前鲁棒优化调度

微能源网集成园区/社区的分布式能量系统、多元荷载及控制装置,能够实现多能源联产联供功能,有利于提升各类能源网络运行灵活性和经济性。为有效应对微能源网内部负荷和新能源出力的不确定性,首先建立多面体不确定集刻画负荷和光伏出力波动情况,构建描述微能源网网络拓扑和能流耦合关系的能源集线器(energy hub,EH)耦合矩阵。然后,以最小化系统运行成本为目标建立微能源网在并网和孤岛运行模式下的两阶段鲁棒优化经济调度模型,并运用线性决策规则(linear decision rule,LDR)和对偶理论制定模型求解策略。最后,基于IEEE 33节点配电网改进设计的微能源网进行算例验证分析。结果表明,LDR能够在一定精度范围内通过线性仿射函数有效近似刻画决策变量和不确定变量间的关系,降低两阶段鲁棒优化经济调度模型的求解难度。

基于交直流混合网络的电能路由器协同控制与调度优化

随着各种新型能源的发展,电网的能源需求也逐渐从化石燃料过渡为环境友好型能源,而这些能源的分布与智能微电网的发展密切相关。且交直流混合配电网调度面临着系统稳定性、供电可靠性、资源管理、智能化调度和协调与通信等多方面的挑战。该文首先提出一种串联式拓扑结构的电能路由器(ER),可以有效地整合分布式电源、储能设备和负荷,提高微网的运行效率和可靠性。在此基础上提出一种基于交直流混合网络的电能路由器协同控制与调度优化算法,该算法以微网的电压的平均偏差、功率损耗、平均线路压降为优化目标,选择最优的传输路径。最后进行实验验证,结果表明,该方法可以降低微网的运行成本,延长储能设备的寿命,提高电能质量,为交直流混合微网提供了一种可行的优化方案。

考虑移动式储能辅助的有源配电网多目标孤岛运行策略

随着可再生能源在配电网中的接入比例不断提高,电压越限等影响灾后配电网孤岛稳定经济运行的问题愈发突出。为了有效解决孤岛中的电压越限问题并兼顾运行经济性,提出一种考虑移动式储能辅助的有源配电网多目标孤岛运行策略。首先,从理论层面证明,可通过有功无功两个方面的优化实现有源配电网孤岛的电压控制与经济运行。然后,将移动式储能作为辅助资源,以节点电压偏差和孤岛运行期间总成本最小为目标,建立有源配电网多目标孤岛运行模型,并利用ε–约束法获得Pareto最优解集。最后,以IEEE 33节点配电系统为例,验证所提策略的有效性。结果表明,所提策略能够协同优化孤岛划分后不同电源的有功、无功出力,使灾后配电网孤岛在消除电压越限风险时兼顾运行经济性。

热核聚变发电厂储能系统运行模式研究

[目的]核聚变作为一种新型核能利用形式,其清洁绿色特性被视为人类未来的“终极能源”,也是我国在能源发展道路上的必经之路。在热核聚变发电厂中,中国聚变工程实验堆(CFETR)聚变反应堆具有一定周期性、脉冲式的输出特性,而汽轮发电机组的运行是稳定、连续的,因此核岛和常规岛之间需配有储能岛以进行储能缓冲;为实现其储能缓冲的功能,储能系统需选择合适的运行模式。[方法]核岛与常规岛耦合运行或解耦运行,对应着储能系统不同的运行模式;文章基于CFETR核岛侧的功率输出特性,从系统配置、设备选型和运行控制等方面对储能系统运行模式的不同方案进行分析和对比。[结果]研究结果表明,核岛与常规岛的解耦运行模式在常规岛发电效率、设备设计技术成熟性和机组运行控制上都更具优势,因此推荐热核聚变发电厂储能系统采用解耦运行模式。[结论]储能系统解耦的运行模式方案大都采用成熟技术,可进行规模化的商业应用,因此可为实现热核聚变发电厂的商业化设计提供支撑。

中国微网标准体系研究

关于微网运行标准,国内外目前尚无正式版本发布。文中主要研究分析国外分布式电源并网标准,国内电能质量相关标准、配电网相关标准以及光伏和风电并网标准,根据微网的典型特征和运行特性,给出了建立国内微网标准体系的一些建议,供今后微网并网和孤岛运行参考。

冷热电联供系统多元储能及孤岛运行优化调度方法

建立以电能、风能、太阳能、天然气和储能为能量互补形式的冷热电联供系统。针对并网运行时的营运成本最小化问题及孤岛运行时能源利用率最大化问题,提出多能互补系统综合优化调度策略。根据不同时间尺度的冷热电联供系统平衡方程相结合的方法提出多元储能技术,更新原有的调度计划,降低系统运行成本,同时通过计算负荷温度变化率得出系统负荷中的冷热惯性及冷热电联供系统自身能量储备,与储能设备共同实现负荷预测、风光功率预测波动抑制以及对阶梯电价的适应,构成多元储能系统。提出适用于孤岛运行时冷热电联供系统目标函数以及孤岛运行时的优化调度策略,实现孤岛运行下能源利用率最大化。最后利用CPLEX数学规划方法对所提控制策略进行了仿真验证。

基于多目标的独立微电网优化设计方法

针对典型带海水淡化负荷的风光柴储互补独立微电网,提出了考虑全寿命周期净费用、可再生能源利用率以及污染物排放水平的多目标优化设计模型。在既定控制策略下,采用十进制最优保留遗传算法进行求解,获得微电网中分布式电源和储能系统的容量优化配置。对某独立海岛微电网进行优化设计,并与微电网优化软件HOMER计算结果进行比较,结果表明所提出的优化设计方法更加合理、可行。

基于储能的微网并网/离网无缝切换技术

储能在可再生能源微网的运行控制过程中具有重要的作用,可以作为微网离网运行的组网电源,维持系统的电压和频率稳定;并可以实现微网离网/并网两种模式的无缝切换。深入分析了包括功率环、滤波电容电压环和滤波电感电流环的储能控制器三环控制策略,以及三环控制策略在微网稳定控制和离网/并网模式无缝切换过程中的控制过程。建立了包含储能、光伏、异步风力发电机和典型负荷的微网仿真与实验平台,结果表明,由于储能的控制作用,微网在离网运行、并网运行、离网/并网模式无缝切换等过程中能够保持良好的电压和频率稳定性,确保微网内重要负荷供电的可靠性。为微网,以及可再生能源分布式发电的规模化发展和高效利用提供了参考。

交直流混合微电网中储能变流器无缝切换策略

设计了一种交直流混合微电网结构,分析了储能变流器在该微电网平台结构中的作用,重点研究了并网切换孤岛、孤岛切换并网的过程。针对不同工况互相切换过程中存在的问题,提出了储能变流器无缝切换策略,包含并网切换孤岛过程补偿算法与孤岛切换并网过程预同步方法。实现了两种工作模式间的无缝切换,变流器输出电压电流平滑过渡。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性与可靠性。

光储微电网孤岛系统的储能控制策略

分析了微电网孤岛系统稳定运行、能量供求平衡的机理和常规的微电网孤岛能量管理控制策略,提出一种新型超级电容与蓄电池混合储能系统的功率自适应控制策略,通过对混合储能系统进行上层的能量管理控制,使超级电容和蓄电池输出功率得到合理分配,以满足微电网孤岛运行时的电能质量要求和负荷的功率需求,并且能够提高系统全寿命周期经济性。最后建立了微电网孤岛系统的仿真模型,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提策略的有效性,该控制策略优化了蓄电池的工作过程,延长了蓄电池使用寿命,并且不需要数据采集和通信环节,提高了微电网孤岛系统运行的可靠性和稳定性。

微电网孤岛状态下新型混合储能控制策略研究

分析了微电网孤岛运行状态与并网运行状态储能系统控制策略的差异,针对孤岛运行状态,提出一种新型蓄电池-超级电容混合储能系统控制策略,针对传统控制策略在超级电容容量达到阈值而无法正常工作时,不能保证母线电压稳定,以及逻辑判断与数字滤波环节过多,响应速度慢、较难实现等问题,采用双电压闭环控制策略,配合利用双向DC/DC变换器自带的LC滤波器,省去数字滤波环节,在超级电容剩余电量达到限定值时,无需改变控制模式,仍能维持母线电压的稳定,提高了微电网可靠性。分别通过频域分析、仿真分析和实验研究,验证了所提控制策略的正确性与可行性。

基于时序模拟的离网型微网可靠性分析

离网型微网凭借独立、自治运行等特点,可有效保证网内负荷的正常供电。首先建立风电机组的时序出力模型,然后针对不同的储能运行策略,建立储能系统充放电模型;在传统时序蒙特卡洛算法的基础上,提出基于微网随机、时序等运行特性的可靠性评估算法,并对改进的RBTS Bus 6孤岛系统进行可靠性评估。算例分析表明,该算法能有效地计算离网型微网系统的可靠性指标。

基于储能的可再生能源微网运行控制技术

建立了包括光伏、风电、储能和能量管理系统(EMS)的典型微网结构,给出了基于储能的微网组网方案和运行控制方式,分析了储能在微网离网运行、并网运行及无缝切换等过程中的控制作用。基于LCL滤波器的储能电压源型变换器,提出了包含逆变器滤波电感电流环、滤波电容电压环和并网电感电流环的三环控制策略,通过保持内部两环的稳定性实现微网运行模式的平滑转换。最后,搭建了微网研究与测试平台,验证了上述控制策略的有效性。