基于变时段设计改进多目标差分进化算法的风/光/火/储日前优化调度

在高比例新能源馈入的新型电力系统中,新能源出力的不确定性导致火电难以满足调度计划的精度需求,风/光/火/储系统的经济调度求解算法面临严峻挑战。为此,提出一种基于变时段设计的多目标差分进化算法。首先按各时段负荷特征构建风/光/火/储系统的变时段日前调度规则。进而以系统运行经济成本与污染排放量为目标,基于多目标差分进化算法求解变时段系统日前调度模型的Pareto解集。最后,用IEEE 39节点系统进行测试。结果表明在风、光、储与火电的约束条件均符合校验的情形下,相较于其他算法,该方法使计算结果更加优化,火电机组出力跟踪调度计划效果显著提高,验证了所提方法的有效性。

基于虚拟同步机的风-光-储并网系统自适应功频控制策略

风-光-储系统通过虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网时,其运行工况变化将引起系统功频波动。针对这一问题,提出一种VSG自适应惯量阻尼功频控制策略。首先,建立VSG的数学模型及功率小信号模型,分析虚拟参数变化对系统稳定性的影响;然后,依据系统受扰时的功角曲线分析惯量阻尼的动态特性,设计了一种分段线性调整函数,并给出参数选取原则;最后,在Matlab/simulink平台中搭建仿真模型验证。结果表明,在工况变化情况下,采用VSG自适应控制的风光储并网系统功频响应得到了改善,相比传统VSG控制具有更好的动态调节性能。

考虑风-光不确定性的风-光-蓄-火联合调度研究

在当前风电和光伏大规模并网的背景下,要确保能源供应的稳定性和高效性,关键任务是确定合适的可再生能源渗透率,并精确配比可再生能源与储能系统的容量。因此,在考虑风、光不确定性的基础上,构建风-光-蓄-火优化调度模型,使用拉丁超立方抽样法模拟模型中风电和光伏出力场景,再基于Kantorovich距离的同步回代消除算法对生成的风、光出力场景进行缩减,并通过改进的粒子群算法对模型进行求解。以白莲河抽水蓄能电站为例,结合当地的实测风速、光照数据,探究有无抽蓄参与以及不同能源容量配比下的调度结果,得到以下结论:①抽蓄电站的加入使得联合系统收益增加了428.06万元,风、光出力的波动性降低了12.24%,可再生能源的弃电率下降了5.62%,污染物排放也得到了减少。②抽蓄与可再生能源装机容量比例在1∶8.33范围内配置较为合理,在1∶5.21时可再生能源弃电率达到最低。③当可再生能源渗透率为71.09%,抽蓄与可再生能源装机容量比例为1∶6.25时,风-光-蓄-火联合运行边际效益最大。

基于能量枢纽的沼–风–光综合能源系统双层协同优化配置

针对沼-风-光乡村综合能源系统协同优化问题,构建了综合能源系统能量枢纽模型,并提出沼-风-光综合能源系统配置-运行协同优化双层规划模型,上层以年化总成本最小和碳排放量最小为目标,采用NSGA-II算法获取配置方案Pareto最优解集;下层以运行成本(包括碳排放成本)最小为目标获取最优运行方案,引入启发性规则,排除上层输入配置方案可能存在的设备冗余,加速上层优化配置。通过对福建某乡村沼-风-光综合能源系统进行算例验证,结果证明了所提优化配置和运行方案的多元性和优越性。

基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略

为了充分发挥系统中可调节资源的自身优势,利用变速抽水蓄能机组配合小水电机组进行常规调节,并考虑变速抽水蓄能机组的快速响应特性,提出了兼顾系统小时级以及秒级安全性的风-光-水-储多主体互补发电系统的联合优化调度模型。为了降低合作博弈高效性算法线性增长的计算复杂度,基于改进Shapely值法提出了一种大规模利益主体的合作增量效益(增益)分配策略。通过资源聚合,对高维度问题进行降维处理,利用Shapley值法进行初始分配;构建合作增益贡献指标,采用非对称纳什谈判理论对同类型的不同主体进行细化分配。以某流域风-光-水-储10主体互补发电系统为仿真算例,结果表明:抽水蓄能机组与小水电机组互补运行可以提升系统的灵活性和安全性;基于改进Shapley值法的合作增益分配策略具有计算高效性以及应用可行性。

电力需求增长和负荷灵活性提升视角下的风光资源密集地区可再生能源消纳研究

中国风、光资源密集地区与电力负荷集中地区的不匹配为可再生能源大规模发展后的消纳问题带来重大挑战,“双碳”目标下,如何促进可再生能源消纳已成为中国能源结构转型亟需解决的问题。从增加电力需求和提升负荷灵活性的创新视角出发,以内蒙古自治区为例探究风、光资源密集地区可再生能源消纳情况、形成原因及其破解思路。研究发现,2030年,内蒙古可能产生约2000亿kWh弃风弃光量;经济发展、人口规模、第二产业与第三产业发展、居民供暖等是内蒙古电力需求增长的主要驱动因素,当前工业发展对地区电力消费和可再生能源消纳的带动作用有待提升;内蒙古钢铁行业和电解铝行业通过采用电弧炉炼钢工艺、电解槽改造技术等方式,可以为电力系统提供巨大的负荷灵活性潜力。鉴于此,风、光资源密集地区应积极推动能源结构转型和产业结构电气化转型的协同机制,激励工业用户等市场主体提供负荷灵活性,鼓励最终消费端采用绿色清洁电力实现对传统化石能源的替代,进而有效促进可再生能源的消纳。

风-光-储和需求响应协同的虚拟电厂日前经济调度优化

目前可再生能源直接并入电网仍然面临稳定性和经济性问题,经过虚拟电厂整合可以缓解对电网的影响。以系统整合后最终运行成本达到最小作为目标,进行新能源出力和负荷在未来24 h的预测,计及电网侧在不同时间内的电价变化情况,采用反向学习的混沌映射自适应粒子群算法对风-光-储能和需求响应不同组合搭配的5种调度方案进行探讨,与原始粒子群算法相比,所提算法可以跳出局部最优解而找到全局最优解。计算结果表明,风-光-储和需求响应都参与供电相比风-光-储供电可以将运行成本降低4.47%,用户舒适度提高3.51%。

储能技术在提高大型光伏风电场可调度性中的应用研究

本文综合探讨了储能技术在优化大型光伏风电场可调度性中的关键作用,首先分析了大型光伏风电场的间歇性、不可预测性以及对电网稳定性影响特性,随后深入讨论了储能技术在平衡电网负荷、提升能源利用效率方面的优势以及其面临的技术挑战和成本问题,还探索了政策和市场环境对储能技术和光伏风电场发展的制约因素以及通过系统集成和智能管理实现优化的可能路径,总结了技术创新和成本降低策略,政策支持及市场激励机制在推动储能技术和大型光伏风电场发展中的重要性。

大型光伏风电场并网稳定性问题与优化

本文综合探讨了大型光伏风电场并网稳定性的关键问题及优化策略,首先分析了光伏与风电并网过程中面临电压和频率的波动、电网负荷调节的困难以及环境因素影响的主要挑战,随后详细讨论了提高并网稳定性的智能电网技术应用、电网基础设施加强以及政策和市场机制支持的技术创新和系统优化措施,通过深入分析为大型光伏风电场的高效并网提供理论和实践指导。

大规模风/光互补制储氢关键技术研究现状与趋势

发展大规模风/光互补制储氢系统,对推进我国能源战略转型、实现节能减排和新能源高质量发展具有重要和深远的意义。当前风/光制氢相关研究以制氢技术为主,尚缺乏从核心装备、运行控制到安全保护多方位多角度的系统性梳理。首先概述了大规模风/光互补制氢技术国内外的发展情况;其次从关键技术发展角度对风/光互补制储氢系统结构、关键设备、运行控制、保护方式及安全监控5个方面进行了分析归纳。最后,展望了大规模风/光互补制储氢关键技术未来发展趋势,总结了未来有待深入研究的技术方向。

基于改进磷虾群算法的风-光-水-火联合系统优化调度

为了提高可再生能源的利用率,减少弃风弃光量,提出了一种基于改进磷虾群算法的风-光-水-火联合系统优化调度方法。以综合成本最小为目标函数,综合考虑各种约束条件,建立了风-光-水-火联合系统优化调度模型。利用Logistic混沌映射、余弦控制因子和柯西变异等3种策略对磷虾群算法进行改进,提高了其全局搜索性能。采用改进磷虾群算法对风-光-水-火联合系统优化调度模型进行求解。通过算例证明,改进磷虾群算法的迭代次数、收敛时间和求解精度均优于磷虾群算法和PSO算法。

龙羊峡地区水-风-光出力互补特性研究

准确掌握流域水-风-光多能源互补规律对于指导清洁能源规划布局、开展多能互补调度以提升能源利用效率具有重要意义。运用数理统计方法,计算得出了龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据的多个统计量,据此分析了水-风-光出力在长期时间尺度下的互补特性。建立了基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价指标,根据龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据,在长期时间尺度上对龙羊峡地区的水-风-光出力互补特性进行了重新定量评价,并与数理统计方法的结果进行对比印证。此外,提出了基于K-means聚类算法的典型日出力特征辨识模型,分析了不同时间尺度划分对水-风-光出力互补规律评价的影响。结果表明:①龙羊峡地区的水-风-光出力在长期时间尺度上的互补特性较强,春冬季节水电出力较小,风光出力较大,而夏秋季节则呈现出相反的变化特征;②基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价结果为“较互补”,与数理统计方法结果一致;③不同时间尺度划分对水-风-光互补特性评价影响显著,随着时间尺度的增加,水-风-光出力互补规律呈增强的趋势,具体体现为:季节互补特性强于月间互补特性,月间互补特性强于日间互补特性。

基于预测变异多目标粒子群算法的风-光-抽水蓄能系统日前调度

文章针对风-光-抽水蓄能联合发电系统,采取并网运行、自发自用、余电上网的模式,以经济效益最大化和电网交互功率波动最小作为目标函数,考虑各子系统运行约束和能量平衡约束,对其日前调度进行了研究。针对传统多目标粒子群算法多样性较差、易早熟且后期收敛速度慢的问题,提出一种基于预测变异的多目标粒子群算法(P-MOPSO),引入预测变异策略提高种群的多样性和全局搜索能力,采用基于拥挤距离均方根和分散度检测的方法提高收敛速度,使算法能够快速得到接近真实的Pareto前沿。仿真结果表明,将该算法用于求解风-光-抽水蓄能联合发电系统的优化调度问题,在多样性、稳定性和求解速度上均具有明显优势。

基于合作博弈的风-光-水互补发电系统保证容量分配策略

风电、光伏出力具有间歇性、随机性,而梯级水电出力受限于天然来水,因此,保证容量是衡量风、光、水等清洁能源发电出力稳定性的一个重要指标。采用基于Copula函数的一阶季节性模型对风-光-水发电资源进行多年随机模拟,构建风-光-水互补发电系统的保证容量计算模型。为实现风-光-水互补发电系统保证容量在各利益主体间的高效、公平分配,提出一种基于混合整数规划的合作博弈分配策略:在计算模型中引入二进制变量,将单一场景求解问题转变为多场景的混合整数规划问题;构建“超量”指标量化各组合场景分配结果的联盟理性不满意度;构建基于核的分配模型,依次将不满意度最高的场景约束添加至模型中进行迭代优化并获取新的分配方案。最后,采用中国雅砻江下游流域12利益主体算例进行验证,结果表明所提分配策略通过寻求有效约束,可降低保证容量分配模型求解规模;将最大最小成本法分配结果作为迭代初值可加速算法收敛,在核内求得满足公平性要求的分配方案。

基于耦合关系挖掘及渐进式分层提取多任务学习网络的风-光-荷短期预测

为应对可再生能源并网增加造成电力系统不确定性程度加深的情况,以风–光–荷为研究对象,提出了一种基于耦合特性挖掘及渐进式分层提取(progressive layered extraction,PLE)多任务学习(multi-task learning,MTL)的风–光–荷短期预测方法。首先,基于风–光–荷3种预测对象之间的关联关系,对非线性耦合关系进行提取;然后,以基于PLE的MTL神经网络作为预测算法对预测对象间的耦合关系进行进一步表示;最后,以西班牙地区实际采集的风–光–荷数据为例,将所提模型与不同模型的预测结果进行对比分析。实验结果表明,提出的模型具有更高的预测准确性。

计及阶梯式碳交易的风-光-火-抽蓄联合系统日前优化调度

在以水、风、光等清洁可再生新能源为主的电力系统中,风电与光伏出力的不确定性会导致电源侧的灵活性调节能力不足,并且难以精准量化评估系统的降碳效益。本文采用模糊机会处理功率平衡约束来表征风光出力的不确定性,耦合阶梯式碳排放成本计算方法,构建新型风-光-火-抽蓄联合运行系统日前优化调度模型。以西北地区某新能源基地为研究对象,将火电机组运行成本、弃风弃光惩罚成本、抽蓄电站运行成本以及碳排放成本构成的综合成本最低作为优化目标,采用分段线性化方法处理火电机组运行成本的凸性非线性项。实际算例优化结果表明,抽蓄电站的加入使得联合系统的总运行成本与碳排放量均大大降低,且对风-光-火-抽蓄联合运行系统引入模糊机会与阶梯式碳交易后,综合运行成本降低3.2%,碳排放量减少14.3%,弃风弃光成本下降了55.7%,验证了本文所构建的新型模型的有效性。

基于自适应SMPC的梯级水-风-光互补系统多目标优化调度

为抑制风电、光伏的波动性,文章建立了梯级水-风-光互补系统的多目标优化调度模型,同时考虑了调度成本与水电出力波动性,提出了一种基于自适应随机模型预测控制的梯级水-风-光高效协调优化方法。该方法利用场景削减技术,进一步抑制风光出力不确定性,并采用自适应变权重方法自动调整多目标权重系数。文章比较了方法改进前、后以及梯级水电站数量对互补系统优化调度结果的影响。系统仿真表明,所提自适应(Stochastic Model Predictive Control,SMPC)方法,可有效抑制风电、光伏的不确定性与波动性,提高水电出力的可靠性与稳定性.

基于权重调节模型预测控制的风-光-储-氢耦合系统在线功率调控

该文针对风-光-储-氢系统中风光的波动性、储氢的动态响应特性,实时在线优化匹配储-氢功率与风-光功率问题,提出基于权重调节模型预测控制(MPC)的风-光-储-氢耦合系统在线功率调控方法。文中构建了风-光-储-氢耦合能源系统拓扑结构,建立了耦合系统状态空间模型,以耦合系统功率平衡为目标,以制氢功率、燃料电池功率和电池功率为控制变量,根据氢储能和电池储能的特性及各约束条件将目标函数转换为二次规划问题进行求解,并在自定义s-函数建立的MPC控制器中依据复合储能系统的状态信息对权重因子进行调节,实现了控制器的参数自适应,最后完成了功率控制层与能量管理层的闭环仿真。通过仿真分析,对比三种调控方法,验证了该文所提基于变权重MPC功率调控方法的有效性和优越性。

考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度

燃料电池是氢储能中的重要组成部分,其运行效率对含氢储能的综合系统的经济性有较大影响。为此,提出考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度方法。通过分析燃料电池输出功率和运行效率间的关系,建立燃料电池变工况条件下运行效率的分段线性化模型。提出考虑燃料电池的变工况效率特性的多模块输出功率协同优化策略和燃料电池多模块工作协同策略,从而提升燃料电池总体运行效率和各模块使用寿命。基于此,以风-光-氢综合能源系统优化调度为例,验证了所提优化运行策略的有效性。

风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型

高比例新能源并网带来的波动性影响和新能源消纳水平不足已成为新型电力系统中亟须解决的问题。为此,基于风、光、负荷预测精度随时间尺度缩短而逐级提高的特点和抽蓄机组日内灵活调节特性,建立风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型。以运行成本最小为目标,建立日前24 h发电计划、日内1 h发电计划和实时15 min发电计划。通过多时间尺度的协调配合,保证风、光、抽蓄出力良好跟踪负荷,逐级修正发电计划。以含6台抽蓄机组的风-光-抽蓄零碳电力系统为例开展仿真分析,结果表明所提多时间尺度协调调度模型有利于减少系统弃风、弃光量,且系统消纳风光的能力与抽蓄电站装机容量有关。