基于可信容量的长期储能充裕性决策分解模型

电力系统发电容量充裕性是表征系统发电能力的一个重要指标,合理调动长期储能充分利用其转移电量的能力,是平衡系统充裕性波动的一个重要方法.针对长期储能年周期内的转移电量分配问题,提出基于可信容量的长期储能充裕性决策分解模型.鉴于新能源机组和常规机组的评估水平不同,利用基于等可靠性指标的新能源可信容量评估将新能源等效为常规机组,以评估新能源机组对电力系统充裕性的贡献.计及强迫停运因素,对机组充裕容量进行调整,并且分析长期储能转移电量对于系统充裕性的影响;根据系统充裕性评估方法,构建以长期储能转移电量为决策变量的长期储能充裕性决策分解模型,并且考虑长期储能的自放电和充放电损耗,建立相关约束条件.考虑到模型非线性分段的特征,采用列队竞争算法对其求解,同时为了克服收缩比选取困难的问题,对列队竞争算法进行改进.设置算例分析电力系统新能源和常规机组对系统发电容量充裕性的贡献程度,验证长期储能充裕性决策分解模型的可行性,对比算法证实了改进列队竞争算法的优越性.

基于分级分类和改进AHP-EW-TOPSIS的电力系统充裕性评估方法

电力系统充裕性评估对电力系统的规划建设具有重要的意义,传统的单概率性指标评估方法已经不能满足随新能源渗透率不断提升、场景复杂化、短缺事件多样化趋势下电力系统充裕性评估的需求。首先,对短缺事件以最大短缺功率等效化处理,基于改进最小二乘法进行充裕性事件分区特征点拟合,构建短缺事件集分级分类的充裕性多指标体系。然后,基于蒙特卡洛法生成多组随机短缺样本数据集,结合改进AHP-EW-TOPSIS法确定各分区指标的全局权重,并得到综合评分降落曲线。最后,根据评分降落曲线构建综合评价结果判据区间。算例以某市实际运行数据为基础进行仿真验证,结果表明,所提方法可结合主观要求和不同尺度充裕性事件的客观特性,得到更加全面、透明的充裕性评估结果。

基于充裕性的季节性储能合约分解调度模型

为应对电力供需的季节性矛盾,季节性储能(seasonal energy storage, SEE)成为了解决长期新能源消纳问题的关键技术。考虑长期调度的时间尺度要求,以SEE合约电量为衔接点和分割点构建双层模型:上层为电力系统发电容量充裕性裕度模型,利用发电容量充裕性裕度映射电力系统季节性特征,以平衡长周期下充裕性裕度波动为目标构建函数,并采用列队竞争算法进行求解,将季节性储能长期目标分解为若干短期目标;下层为两阶段随机规划模型,采用场景法将风光负荷的不确定性问题转化为确定性问题,利用Cplex进行求解,完成短周期内的精细调度;同时考虑长短期储能协调运行要求,制定基于功率需求和荷电状态的混合储能能量分配方法。构建算例,验证了双层模型应用于含季节性储能的风光火储系统的调度研究的可行性。仿真结果显示,经过双层模型的相互协调,风光火储联合系统的季节性波动显著减小,极差由原始曲线的0.633 9缩减为0.376 0,约缩减了40.68%,整体充裕性水平大幅提高,充裕性裕度的平均值由原始的0.443 4提高为0.637 2,约提高了43.71%。充裕性指标可有效映射中长期系统的供需水平,基于充裕性的季节性储能合约分解调度模型可适用于含季节性储能的风光火储系统,在平抑电力系统季节性波动方面效果显著。

新型电力系统下多元资源发电容量充裕性评估与保障机制

为了适应新型电力系统下容量资源多元化新趋势与投资激励新要求,针对中国发电容量充裕性保障机制建设问题,构建了考虑源储荷多元资源的容量补贴价格机制与容量评估方法。首先,基于边际发电成本理论,揭示了纯电能量市场“缺钱问题”与容量定价原理,提出容量补贴价格制定方法,引入容量调整系数有效激励投资。然后,紧密结合源储荷资源为系统峰荷容量提供支撑的不同特征,建立风光水可再生电源和新型储荷主体有功出力与调度模型,与两态法融合构建各类元件模型,采用序贯蒙特卡洛模拟建立了多元化资源充裕容量的可靠性评估方法。在此基础上,提出分类差别实用化评估方法,克服风光储荷传统评估方法的缺陷,较为科学地反映各类资源对容量支撑的实际贡献,兼顾计算简单透明。最后,算例验证表明,该机制能够实现公平补偿,提供科学的发电投资信号并确保回收,保障发电容量充裕与电价稳定,并且实用化评估方法较好平衡了评估精度与政策实施间的关系。

计及频率安全与充裕性风险约束的机组组合策略

高比例电力电子化和高比例可再生能源特征加剧了新型电力系统频率失稳和供需失配风险。为了防控这两类风险,需要在系统运行调度中引入频率与充裕性约束,但这两类约束使模型计算复杂度激增,难以在运行尺度内高精度求解。因此提出了计及频率安全约束和充裕性约束的机组组合模型(frequency and adequacy constrained unit commitment,FACUC)。首先,建立了系统频率响应模型和考虑运行约束的运行充裕性评估模型,并将两种约束纳入FACUC中。其次,提出了一种分解优化方法来求解所提出的优化模型,将原问题分解为一个混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的主问题、基于仿真计算的频率安全性评估子问题和基于最优化的充裕性评估子问题。通过主子问题之间的依次迭代,最终对FACUC模型进行求解。基于改进的IEEE 39节点系统进行算例分析,结果表明所提出的FACUC模型在保证经济性的同时,能够有效提高系统的频率安全和充裕性。

统筹充裕性和暂态电压稳定性的双层源网规划方法

新能源出力具有强随机性、波动性,其大规模接入对电力系统稳定运行产生较大影响。针对这一问题,文章提出了新能源与常规电源、储能最优配比结构及布局优化方法和基于改进粒子群优化的双层迭代算法,然后结合IEEE–33节点系统进行仿真,验证高比例新能源电力系统承载能力及综合效益的提升效果。

发电容量充裕性保障机制国际实践与启示

电力能源绿色转型和现货市场加快推进使得中国发电容量充裕性保障机制建立及其路径选择问题日益迫切。围绕此问题,梳理容量充裕性保障机制的国际实践经验,综合比较稀缺定价、容量市场和容量补贴电价3类机制的基本原理、总体框架与核心制度、机制优劣与适用条件;以容量市场为重点,比较分散式、集中式和可靠性期权3类市场模式,归纳以容量配额、资格审查和市场交易为核心制度的基本框架体系,研究各个市场拍卖制度设计和容量需求曲线计算方法;阐释智利补贴机制中容量电价和充裕容量的核定原理与方法,探讨稀缺定价机制在社会政治层面的局限性及监管两难问题。最后,就中国容量充裕性保障机制建设问题,提出与中国电力市场建设发展相适应的分阶段建议。

电力市场中发电容量充裕性评估方法及保障机制

随着电力市场化改革的推进和可再生能源占比的提高,如何评估并保障系统发电容量充裕性成为确保电力可靠供应的重要问题。文中提出一种可以定量计算每台发电机组充裕容量和系统发电容量充裕度的方法,从而评估机组可靠性价值和系统发电容量充裕性水平。基于发电容量充裕性评估方法和边际成本定价原理,设计一种发电容量充裕性保障机制。容量电价根据年度峰值负荷期间运行的边际机组的投资成本确定,充分考虑机组实际发电能力及系统实际需求来核定补偿容量,从而帮助发电企业在计划投资回收期内回收固定成本,保障系统发电容量充裕性。算例仿真验证了所设计的机制的有效性和适应性。

大规模风电接入后的系统调峰充裕性评估

风电大规模开发后能否并网发电,主要取决于电力系统是否有充裕的调峰容量。如果调峰容量不足,风电则不能并网发电,因此考察电力系统调峰充裕性意义重大。定义了调峰需求持续曲线,基于非序贯蒙特卡罗模拟方法提出了调峰不足概率和调峰不足期望指标。所提指标考虑了机组强迫停运率和风电随机波动对系统调峰充裕性的影响,有效地反映了系统的调峰容量需求,有助于确定合适的风电接入规模。利用所提方法对IEEE-RTS系统进行了调峰充裕性评估,验证了所提方法的可行性与有效性。

电力市场环境下的发电容量充裕性问题

电力工业改革面对的一个重要挑战是如何维持足够的发电容量 ,以满足当前和将来的负荷需求 ,美国加州电力市场的失败引起了对这一问题的广泛关注和争议。文中对与在电力市场环境下如何确保充裕的发电容量相关的一些问题做了综述、评估和讨论 ,包括仅靠能量市场是否可以引导出充足的发电容量 ?是否应该设置电价上限 ?为什么需要向发电公司支付容量费用或建立容量市场 ?应该怎样确定容量费用 ?以及现有的确定容量费用的方法、容量市场和辅助服务市场的关系。

电力市场环境下的发电容量充裕性(一)单一能量市场情形

能否完全依靠单一能量市场来确保发电容量充裕性是一个存在广泛争论的重要问题。研究了在完全竞争的单一能量市场中的发电容量充裕性问题,建立了相关的理论分析模型,研究结果表明没有足够的理论依据证明这种市场模式能够确保发电容量充裕性;根据对采用这种市场模式的实际电力市场的运营情况分析,表明了单一能量市场在引导充裕发电投资方面确实存在问题。理想条件下的理论模型分析和现实情况下的影响因素讨论均表明,单一能量市场模式难以确保发电容量的充裕性。这些研究有助于理解和把握电力市场环境下发电容量充裕性问题的基本特征。

发电容量充裕性的混合优化

在发电容量充裕性的研究中,需求侧管理及需求侧备用市场通常是与发电侧备用市场孤立的。为改进发电容量充裕性控制,在低电价可中断负荷和高赔偿可中断负荷协调控制的基础上,将实施分时电价作为预防控制,将调用发电侧备用容量、中断需求侧低电价与高赔偿可中断负荷容量作为事故后控制。基于其不同的技术特性和经济特性,提出协调模型和优化算法,定量研究预防、事故后控制及其协调控制的效果。仿真验证了风险协调对备用服务的显著改善。

满足充裕性指标的电力系统可接纳风电容量评估

立足于风电功率的统计特性,提出一种计及充裕性指标的系统接纳风电能力的评估方法。该方法基于历史的运行数据进行统计,通过模拟计算不同风电容量、储能容量下系统的调峰不足概率、调峰不足期望、发电不足概率以及发电不足期望4种充裕性指标,评估满足给定充裕性水平下的系统可接纳风电的容量。此外,提出一种含风、储系统的综合净负荷以及调峰需求的实用计算方法,基于双线性插值理论,建立了充裕性水平、可接纳风电容量、储能容量的函数关系,为风电容量、储能容量的规划设计提供了参考依据。最后,以实际电网接纳风电能力评估为例,对比了不含储能、含不同储能容量等多种情景下的风电接纳能力,对所提方法进行了分析和说明。

电力市场环境下的发电容量充裕性(三)市场设计要素与原则

如何设计确保发电容量充裕性的方法是一个涉及面很广的困难而复杂的问题。力图从较广阔的视角对此进行探索。一方面,讨论了在电力工业之外的与确保发电容量充裕性相关的一些重要问题,包括外部政策、政府职能等;另一方面,从电力市场设计的角度阐述了确保发电容量充裕性的责任主体、设计思路、需要关注的问题,并在对现有方法综合分析的基础上,提出了确保发电容量充裕性的方法所应具备的特征。

电力市场环境下的发电容量充裕性--(二)几种现有方法的分析

鉴于单一能量市场模式难以确保发电容量充裕性,国际上已提出多种旨在解决该问题的方法。就设计思路、理论基础、实践经验和方法特点等方面,较系统地总结和分析了已提出的近似传统规划方法、容量费用模式、容量责任和装机容量模式、区域装机容量市场法、期权法、运行备用支付法和用户侧容量定购法等。对这些方法在理论上的优缺点和应用方面的可行性、适用范围、配套措施等阐明了观点,在此基础上对确保中国发电容量充裕性提出了初步建议。

风电爬坡事件对系统运行充裕性的影响评估

风电爬坡事件具有大波动性和强不确定性的特点,可造成系统中发用电的严重不平衡,从而导致负荷损失。在分析风电爬坡事件特征和爬坡预测研究现状的基础上,建立了风电爬坡事件模型,定量表示爬坡事件表征量与风电功率曲线之间的关系;同时考虑负荷预测的不确定性,采用场景削减方法生成风电爬坡过程对应的典型净负荷场景集。构建了评估系统运行充裕性的指标体系,推导了缓冲失负荷概率指标的计算公式;将系统状态分为充裕、失负荷和临界3种,分别计算各状态对应概率及失负荷严重程度。以甘肃电网为例,典型事件的评估结果验证了所述方法和指标体系的有效性和合理性,分析了常规机组爬坡速率及系统备用比例在防范风电爬坡事件不利影响方面的作用。

基于时序和随机风速模型的含风电场发电系统充裕性评估

建立基于蒙特卡洛模拟(MCS)的含风电场发电系统可靠性评估模型,包含时序和随机风速模型的建立及序贯和非序贯蒙特卡洛模型的建立,并把该模型应用到RBTS测试系统中。由不同风速模型和不同MCS方法构成4种组合可靠性评估模型,本文分析4种组合模型的系统缺电概率LOLP、缺供电时间期望LOLE、期望缺供电量EENS、可靠性指标,并确定时序和随机风速模型及序贯和非序贯MCS方法对系统充裕性的影响,同时分析了风电场装机容量、系统峰值负荷等因素对系统充裕性指标的影响。

组合电力系统概率安全性与概率充裕性综合评估

概率安全性与概率充裕性评估是组合电力系统可靠性研究的两个方面。由于建模的复杂性和巨大的计算量,二者在过去一直是分开研究的,这样造成所得的两类指标缺乏可比性和统一性。本文将二者协调统一在同一框架内,提出了一整套综合评估风险指标,建立了完整的基于序贯蒙特卡罗仿真的发输电合成系统可靠性综合评估新体系。算法结合自组织映射网络和合并相同系统状态加速计算技术,并在安全性评估中考虑了不对称故障等多种故障模式对可靠性指标的影响。对IEEE标准可靠性测试系统进行计算分析,结果表明所提算法可行有效。

大规模潮流能发电接入电网的调峰充裕性评估

随着潮流能发电技术日趋成熟,大规模的潮流能发电系统将并网运行。潮流能发电系统的输出功率每天随时间在零和最大功率之间变化,这对电网的调峰能力提出了新的挑战。文章基于非序贯蒙特卡洛模拟方法,通过计算调峰不足概率指标对大规模潮流能并入电网条件下的电网调峰充裕度进行评估,研究潮流能极限接入功率,并与风电接入后系统的调峰充裕性进行比较,由于潮流能的可预测性,潮流能的接入对系统调峰充裕度的影响远远小于风力发电。通过对IEEE-RTS32机测试系统进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。

采用通用生成函数法的自治微网旋转备用充裕性评估

自治微网中可再生能源的随机波动特性对旋转备用容量的运行规划提出了新的要求。基于通用生成函数法(UGF),结合马尔可夫技术建立了自治微网内各元件的多状态概率预测模型,提出了自治微网旋转备用概率预测充裕性评估方法与流程。模型综合考虑了风速、光照强度的预测不确定性,以及风机、光伏系统的随机故障特性和拓扑结构。针对UGF处理多状态会产生组合爆炸问题,采用合并同类项、均摊法以及改进K-means聚类进行状态削减,以减小计算负担、提高计算速度。通过MATLAB编程对自治微网算例系统进行仿真分析,结果表明增大传统机组爬坡速率、合理设置光风容量以及初始储能状态有助于提升旋转备用裕度程度。