数字化背景下新型电力系统谐波溯源关键技术

构建以新能源为主体的新型电力系统是能源电力行业推动“双碳”战略目标的关键举措。伴随多类型电力电子设备大规模接入系统,源网荷储谐波源交互影响,谐波污染加剧且复杂多变,呈现全局化特征,影响了电力系统优质可靠供电。文中聚焦多类型谐波源交互作用下的谐波来源追溯,深度融合先进数字技术在数据资源和智能协作的优势进行主导源头辨识和谐波贡献评估。首先,围绕谐波溯源概念,分析其在数字化背景下新型电力系统面临的新挑战和新机遇。然后,阐述了谐波溯源研究现状,指出关键技术的发展新需求。基于此,利用数字电网技术架构设计了云-边-端协同溯源策略。针对数字化背景下的新型电力系统,阐述了谐波源确定在数据采集、机理分析、协同应用等方面的主要技术。最后,展望了未来数字电力系统安全、可靠、灵活发展的技术方向。

基于SOEC-OEC双工艺耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术研究

现有火电灵活性改造方案难以消除频繁快速变负荷所带来的热力系统寿命折损与机组安全运行风险,为保障火电机组参与电网调峰的安全性、经济性与健康性,提出并构建了基于固体氧化物电解槽(SOEC)制氢技术与燃烧器局部富氧燃烧(OEC)技术相耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术方案。以某超超临界1 000 MW二次再热机组为计算示例,对SOEC-OEC系统参与70%~100%的电网深度调峰进行了能效计算,并与常规碱性水电解制氢(ALK)系统进行了比较。计算结果表明,SOEC-OEC技术方案中抽汽电解制氢系统的能效高达49.86%,相比ALK系统提高约26.40%;富氧助燃系统最大可减少锅炉排烟量达23.7%,降低机组供电煤耗2.83 g/(kW·h),减少碳排放约2.82 t/h。此外,SOEC-OEC系统还可为机组带来超额的调峰补贴收益、氢气售卖收益、富氧节煤降碳收益以及设备延寿延保收益等,充分保障了火电调峰过程的经济高效、安全环保。

可再生能源电制氢合成氨系统的并/离网运行方式与经济性分析

可再生能源电制氢合成氨(renewablepowerto ammonia,Re Pt A)是风力发电、光伏发电等可再生能源的大规模消纳方式之一,也是化工行业实现低碳清洁发展的重要技术路线之一。利用风电光伏电解水制氢合成氨系统模型,分析电网调峰型系统、电网友好型系统、工艺离网型系统的绿氨成本,并对电化学储能设备规模、储氢设备规模、电解水制氢设备规模、电解水制氢设备效率等影响因素进行敏感性分析。基于3种绿氨系统的设备配置方案和运行方式评估不同类型系统所需的电网调峰电量,提出3种系统所适合的应用场景。研究结论是近期应该发展电网友好型RePtA系统,远期应该发展工艺离网RePtA系统。

太阳能辅助热电联产机组供热、发电及调峰性能分析

针对新能源存在不稳定性导致电网调峰问题日益严重的现状,结合较为成熟的光煤互补发电技术及多热源联合供热调峰系统,设计光煤混合供热发电系统,使热电联产机组具有一定的调峰能力。以某300 MW热电联产机组为研究对象,利用Ebsilon Professional软件搭建发电、供热可灵活调节的太阳能辅助热电联产系统,基于供热机组实际双机运行工况,在保证供热负荷前提下,分析太阳能辅助双机热电联产机组耦合方式,比较耦合前后双机调峰性能。结果表明:凝汽器出口与太阳能集热系统换热器间的管道上设置动态节流阀,改变太阳能集热系统辅助供热机组的运行模式,能够实现发电、供热、调峰一体系统的灵活运行;其中,以太阳能集热系统仅用于补充供暖的运行方式调峰能力最强,太阳能辅助单机供热前后调峰容量比值为0.76,太阳能辅助双机供热前后调峰容量比值为0.55,太阳能辅助承担最大供热负荷的1号机组在调峰容量及调峰补偿上效果最佳。

计及深度调峰的风-光-水-火-抽蓄多能源联网系统优化调度研究

多种能源联网运行逐步成为未来电力系统发展的方向,多能源联网系统的优化调度是应对规模化新能源并网消纳的重要手段。文中建立了计及火电机组深度调峰成本的风-光-水-火-抽蓄联网系统成本模型和考虑调峰主动性的风-光-水-火-抽蓄联网系统日前优化调度模型。针对多能源耦合系统结构复杂的情况,提出了分层优化调度的模型求解策略。上层模型以净负荷波动最小为优化目标,得到等效负荷曲线;下层模型根据上层模型的调度结果,以调峰运行的经济性最优和新能源弃电率最低为目标函数,计及调峰主动性,求解考虑火电机组深度调峰煤耗特性的含新能源系统的经济调度问题。仿真算例表明所建模型实现了多能源联网系统的互补运行,提升了火电机组的深度调峰能力,降低新能源弃电率和系统运行成本。

考虑时段划分的高风电渗透率系统储能配置

随着风电渗透率不断升高,其波动性、随机性的特点使得电力系统出现严重的弃风及调峰困难问题。为此,提出一种考虑时段划分的高风电渗透率系统储能优化配置模型。首先,在净负荷的基础上计算峰谷隶属度,综合考虑风电消纳、峰谷差和用户满意度,采用量子粒子群算法寻优;其次,在最优时段的基础上综合考虑火电机组和储能的成本及收益,以净成本最小为目标函数优化出最优储能配置方案;最后,通过不同风电渗透率的算例分析验证所提优化模型的合理性和有效性。

多种能源融合发展战略研究

我国能源强国和“双碳”战略目标的实现,需要加速构建现代能源体系,加快转变能源发展方式和提高能源生产保障能力;多种能源融合是解决各能源分系统割裂、调整优化能源格局、提高能源清洁利用效率的有效解决方案。本文在分析多种能源融合发展现有模式的基础上,总结了国外多种能源融合发展的趋势、我国多种能源融合的发展现状和瓶颈;对标能源强国建设的清洁、高效等特征,提出了集能源转换、互补、再利用以及零碳生产生活功能于一体的新型多能融合模式,进而提出了多种能源融合的基本发展路径。研究建议,立足资源禀赋、建立支撑多种能源融合发展的中长期规划,加快突破多种能源融合关键核心技术、提高装备可靠性,加强“多种能源融合”相关人才培养,优化多种能源融合产业链结构,以更好推进我国多种能源融合发展的规划、建设与实践。

盘管式冰蓄冷空调技术蓄冰过程理论与实验研究

冰蓄冷空调系统对电网调峰及改善用冷经济性有重要作用。该文通过对盘管式冰蓄冷系统的蓄冰过程研究发现,蓄冰过程包含两个明显阶段:第1阶段,10.0到4.0℃过程中,水的密度随温度降低而增大,4.0℃冷水迅速聚集到蓄冷单元底部,并逐渐充满整个水域;第2阶段,4.0到0℃过程中,水的密度随着温度降低而减小。前期,换热管下表面最先出现冰层;后期,随着上方聚集的低温水增多,换热管上表面开始产生冰层。该实验中,当蓄冰过程进行到100 min时,换热管上下表面冰层厚度均达到8.56 mm。之后,上表面冰层厚度逐渐超过下表面。该研究揭示冰蓄冷单元内部自然对流及4.0℃时水的密度逆转对结冰过程的影响规律,对盘管式冰蓄冷系统的优化设计及运行控制有一定指导意义。

面向电网调峰的盘管式冰蓄冷空调技术研究

储能是助力实现碳达峰碳中和战略目标的关键技术。当前电力供需关系的矛盾随着可再生能源高比例接入和电力需求快速增长日益尖锐,该问题在夏季用电高峰期间尤为突出。冰蓄冷空调系统在夜间利用谷电制冰储存冷量,在白天用电高峰时融冰供冷,有助于电网调峰和改善用能经济性。该文总结分析盘管式冰蓄冷空调关键技术的研究现状和发展方向。系统控制层面:对比分析冰蓄冷空调系统的各种优化控制策略;蓄冰融冰方式层面:详细阐述内融冰、外融冰和内外融冰结合3种方式特点,并对能量模型进行归纳;结构层面:分析典型强化传热方式对传热性能的影响关系。最后,归纳不同材质盘管的研究结果与应用前景。

基于NOMA-OFDM的雷达通信一体化波形设计

针对基于正交频分复用的雷达通信一体化波形设计中,通信信息的随机性会影响雷达性能以及过高峰均包络比(PAPR)可能导致信号在射频端出现严重失真的问题,文中提出了利用非正交多址将雷达信号与通信信号在功率域中分开,以降低通信信息随机性对雷达性能的影响,并利用主动星座图扩展(ACE)对叠加信号进行PAPR抑制的波形设计方法。首先,分析了传统功率分配原则导致叠加星座出现混叠的原因,并给出在不同调制阶数的最佳功率分配;其次,从理论上分析了ACE技术对叠加信号进行PAPR抑制的可行性;最后,仿真结果表明,在不同调制方式和不同信噪比下,当功率分配最佳时能同时达成雷达信号高检测率和通信符号最低误码率。ACE技术的使用同时保证了优良的雷达性能和通信端的低误码率,对叠加信号的PAPR有较好的抑制效果。

广义频分复用系统峰均功率比抑制算法

为了降低广义频分复用系统存在着多载波系统中固有的高峰均功率比问题,本文提出了一种适用于广义频分复用系统的子载波抑制高峰均功率比算法。该算法以限幅法为基础,降低了系统的高峰均功率比,但与限幅法不同的是,该算法几乎不会对带外性能及误码率性能造成影响。由于子载波抑制高峰均功率比算法的峰均功率比抑制性能略差于限幅法,因此本文进一步提出将部分序列传输与子载波抑制高峰均功率比结合来进一步抑制系统高峰均功率比的算法。仿真表明:本文提出的算法的高峰均功率比抑制性能与限幅法相同,且不会对系统的带外与误码率性能造成影响。

考虑高比例新能源消纳和火电机组调峰补偿的电力现货市场交易机制设计

针对新能源参与市场竞争和保障性消纳的矛盾,设计高比例新能源电力系统现货市场交易机制。首先,考虑到新能源的市场性消纳,对电力现货市场现有出清机制进行改进,在新能源和火电机组共同参与市场竞价的交易环境下建立出现弃风弃光时触发的发电替代模型,调动火电机组调峰能力,由新能源替代火电进行发电;其次,提出激励相容的结算机制,由新增消纳空间的新能源给予火电机组调峰补偿;最后,对不同调度场景进行仿真计算,结果表明所提机制能够在电力现货市场中实现调峰资源的供需匹配,促进新能源市场化消纳的同时补偿火电机组调峰费用,保证市场主体竞争公平、收益合理。

考虑多类型主体的日前能量-调峰联合市场优化

新型电力系统中,风电渗透率持续攀升,调峰需求随之增加,有必要通过日前能量-调峰联合出清调动市场主体调峰意愿,支撑大规模风电消纳。在对燃煤机组、风电场与储能等多类型市场主体调峰能力与报价规则进行分析的基础上,建立综合考虑燃煤机组深度调峰、启停调峰,风电场主动“弃风”调峰与储能充电调峰的日前能量-调峰联合市场优化模型。模型以能量与调峰辅助服务总采购成本最小为优化目标,同时考虑各市场主体技术约束、投标约束与电网潮流约束,是大规模混合整数规划问题,可采用CPLEX求解器求解。基于改进IEEE 14节点系统的仿真实验验证该文所提日前能量-调峰联合市场优化模型与求解方法的有效性。此外,结合仿真实验对各市场主体参与调峰辅助服务的收益进行详细分析。

计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度策略

从源、荷两侧挖掘系统调峰潜力,建立计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度模型。上层从负荷侧出发,提出一种基于负荷分类的价格需求响应模型,可有效缓解系统调峰压力;中层从电源侧出发,利用光热电站灵活的调节特性在深度调峰时段协调火电机组参与辅助调峰,构建以运行总成本最小为目标函数的日前调度模型;下层提出一种基于模型预测控制的日内动态调整模型,在滚动优化的同时,通过状态反馈环节实时调整光热电站储热装置充放热修正日前调度计划。仿真结果表明,所提调度策略在降低系统调峰成本的同时能有效抑制风光以及负荷的短时功率波动,在保证系统安全稳定运行的前提下提升风光消纳率。

波浪能发电装置垂荡浮子PTO系统的建模与计算

为了便捷求出垂荡式波浪能发电装置垂荡浮子的平均功率,对现有的设计计算方法进行了研究。基于波浪理论和Froude-Krylov假定法求解波浪力,应用单自由度有阻尼系统受迫振动理论,将波浪激励力作为对垂荡浮体的输入动力,将发电机的电磁阻力作为主要的阻尼力,建立了质量-弹簧-阻尼振动力学模型,确定了垂荡浮子响应的计算方法,并对实际波浪能发电装置垂荡浮子Power Take Off(PTO)系统列举出计算实例。在算例基础上,对假设条件进行了扩展,应用频率响应曲线、MATLAB软件做出不同参数条件下平均功率三维曲线和输出平均功率数值表,清晰地表明了系统响应状况。研究显示,在波高和频率比一定的条件下,PTO系统平均机械功率随着浮体质量和阻尼力矩的变化具有峰值,围绕峰值区域设计装置的各项参数,能够取得较理想的效果。该建模与计算方法可为实际工程优化设计提供参考。

考虑省份特征变量的火电行业碳达峰预测模型

不同省份碳排放量存在的差异会对碳达峰预测模型的预测精准度产生一定影响。结合Kaya恒等式的内涵并进行扩展,分解出影响火电行业碳排放特征变量并进行相关性分析;同时,考虑到省份差异,利用独热编码,将省份这一非数值型特征变量转化为数值型特征变量加入到模型中。与未考虑省份特征变量的原模型进行对比,结果显示,考虑省份特征变量的火电行业碳排放KRR(Kernel ridge regression)预测模型的均方根误差明显降低,决定系数明显提高。这说明模型的精准度有所提高,且泛化能力更强。用所提模型对2023—2045年火电行业碳排放进行多情景预测,数据结果显示,低碳发展情景下于2030年可以实现碳达峰目标,且峰值最低。

风-火-储耦合系统储能容量配置优化对比

为提升风电富集区域风电消纳水平及燃煤机组的灵活性,提出了基于热电共蓄式压缩空气储能的风-火-储耦合系统及系统调度策略,建立了系统的容量配置优化框架,并对7种布局方案进行了多目标优化。优化结果表明:电锅炉将弃风电量转化为热量时,燃煤机组的运行点向电力负荷下限更低的区域移动,风电上网空间增大,燃煤机组出力水平降低;加入热电共蓄式压缩空气储能子系统,使得燃煤机组电功率水平降低;换热器废热的回收进一步降低了燃煤机组产热水平;通过调整燃煤机组热出力,抽汽蓄热子系统能够实现抽汽热的时空平移,促使燃煤机组运行点向电力负荷下限更低的区域移动,可间接促进风电的消纳。综合来看,3种子系统相组合的最佳耦合方案可实现燃煤机组的热电解耦,从而提升了其深度调峰能力,在更大程度消纳风电能力的同时提升了系统的效率和环保性。

新的互正交互补序列集构造

针对互正交互补序列集(MOCSS)设计方法的局限性和构造参数的不足,提出了一种基于仿酉矩阵的MOCSS构造方法。该方法引入系数仿酉矩阵的新概念,并通过结合矩阵乘积、克罗内克积和矩阵迭代技术,构造了3类不同阶数的仿酉矩阵。利用仿酉矩阵与MOCSS之间的等价性,开发了一系列参数选择灵活的多相MOCSS,补充了现有文献设计结果。考虑到多载波码分多址系统峰均功率比(PAPR)抑制问题,进一步利用布尔函数设计了一种具有低列向量PAPR特性的系数仿酉矩阵。实验结果表明,采用这类系数仿酉矩阵构造的MOCSS,其列序列PAPR有效控制在2以内的范围,同时保持了码容量和长度的灵活性,为系统提供了多样化的信号选择。

一种 QAM星座点优化方法及性能分析

正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)是目前无线通信中大量应用的调制技术,其位于4个角的星座点易受链路的影响而导致较高误码率。提出了一种QAM星座点整形优化方法,并对整形优化后的QAM星座点性能进行了计算机仿真分析。以标准星座点为初始值,通过遗传算法逐步迭代,搜索出抗削峰的星座点,从而降低解调误码。仿真结果表明,相比标准QAM,整形优化后的星座点峰均比降低1 dB@1E-6,且在OBO=3.5 dB时有大约0.3 dB@SER=1E-3的解调增益提升。

基于需求响应的家庭负荷优化调度算法研究

为提升电力需求侧负荷需求响应能力,降低家庭用户的用电成本和电网日负荷曲线峰谷差,提出一种基于改进多目标粒子群算法的家庭负荷优化调度策略。首先,分析家庭负荷的运行特性并对其分类建模,采用功率平衡和储能充放电功率为约束,建立以用电成本和负荷峰值平均功率比为目标的负荷优化调度模型;其次,以自适应惯性权重和均值欧氏距离等策略对多目标粒子群算法进行改进,并用改进算法对建立的模型进行优化求解;最后,用实际算例进行仿真,验证所提模型和算法的可行性与有效性,为用户参与需求响应提供了多种参考方案。