基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型

在考虑信息通信系统和电力物理系统深度交互耦合的高比例可再生能源主动配电系统中,配电网优化规划决策不可避免地受到通信网络性能的影响。文章提出基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型。首先基于电力信息物理深度融合系统和非理想时变通信拓扑特征在高比例可再生能源配电网规划中的作用机理,提出基于多智能体的主动配电系统规划架构;其次引入多智能体系统协同控制方法,研究具有通信时延和攻击行为节点的复杂网络环境下通信时延多智能体系统,提出具有自适应能力的一致性控制方法;最后通过仿真算例验证了所提方法对于具有通信时延和遭遇恶意节点攻击下可再生能源主动配电系统规划安全一致的有效性,并通过电压偏移灵敏度测试,验证了信息传输质量对于物理系统的影响。考虑多智能体主动配电系统物理系统和信息系统的协同规划,有利于配电网安全、可靠、稳定运行,能够为主动配电系统优化规划提供决策依据。

高比例可再生能源接入下的发电、输电、变电、配电系统协同规划

本文通过时间序列分析、回归模型和机器学习算法预测未来电力需求,并综合考虑环境、经济、社会等多方面因素,运用层次分析法和模糊综合评价法对发电类型进行选择,然后建立混合整数线性规划或动态规划模型,以确定发电设施的最优配置、运营和维护策略。本文采用综合性的方法,包括四层协同优化建模和模型求解策略,经过系统协同规划结果分析,发现规划后的高比例可再生能源接入电力系统在各个方面均得到了显著改进。

高比例新能源接入的主动配电网规划综述

新能源以分布式电源的形式接入配电网,给系统带来了不可控性、随机性和波动性问题。借助现代电力电子、信息通信及自动控制等技术,灵活可控的主动配电网成为发展趋势,其中主动配电网规划是近年来研究的热点之一。综合国内外在这一领域的研究成果,对主动配电网规划相关研究内容及其方法进行总结、分析及展望。对主动配电网基本结构进行了描述,介绍了配电网组成元素的特点;根据其控制变量的不同,对主动配电网规划模型进行了归类,总结了模型中的优化目标;针对常用模型求解算法及其优缺点进行分析、总结;通过对关键性问题的讨论,分析了未来主动配电网的发展趋势。

多园区综合能源系统接入主动配电网双层优化调度研究

随着园区综合能源系统的不断发展与普及,其与上级大电网并网实现交互已成为大势所趋。文中构建了通过联络线相耦合的多园区综合能源系统接入主动配电网的双层优化调度模型。在主动配电网层面,以最小运行成本为目标,充分考虑了联络线功率、分布式电源、储能设备、柔性负荷、电动汽车等可调度资源;在园区层面,以多园区总运行成本最小为目标,考虑了相互联结的多类型园区的并网情况。利用目标级联法对双层模型进行求解。通过算例验证,文中所构建模型具有良好的经济特性与削峰填谷效果,充分证明了文中所提模型的经济性与有效性。

含高渗透可再生能源的配电网灵活性供需协同规划

高渗透率可再生能源并网加剧了配电网运行的波动性和不确定性。为提高配电网灵活性和抗干扰能力,提出了含高渗透率可再生能源的配电网灵活性供需协同规划方法。根据系统运行灵活性供需关系,定义灵活性评价指标。进而提出配电网灵活性供需协同规划策略,建立考虑季节特性的配电网灵活性资源双层优化配置模型。上层以投资成本和灵活性不足率最小为目标,制定灵活性资源配置方案。下层考虑需求侧对季节性电价激励的响应程度进行有功-无功联合优化,实现对配电网日内多场景时序运行的最优调度。为求解该双层混合整数非线性规划模型,采用二阶锥松弛对潮流方程进行凸优化,进而利用KKT条件将双层模型转化为单层混合整数二阶锥规划模型进行求解。算例仿真结果表明,该方法有效提升了配电网运行灵活性和稳定性,为分布式可再生能源规模化并网等相关工程提供决策参考。

高比例可再生能源渗透电力系统关键技术研究

面对日益严峻的气候环境问题和化石能源危机,我国提出了2030年前“碳达峰”,2060年前“碳中和”的发展目标。推动能源结构转型,大力发展可再生能源,构建新型电力系统是我国实现双碳目标的必经之路。而高比例可再生能源并网将会深刻改变电力系统特性,使之呈现不确定性增加、运行方式多样、稳定控制复杂等特征。本文在此基础上分别从系统安全稳定、经济运行、规划设计三个方面阐述高比例可再生能源并网对电力系统造成的潜在挑战。最后对高比例可再生能源渗透电力系统的关键科学技术问题进行探讨分析,以期为后续开展相关研究提供方法思路和理论支撑。

考虑主动配电网下多区域综合能源系统间电能交互的优化调度策略

碳达峰碳中和的背景下、主动配电网(active distribution network,ADN)下多主体间能源共享有助于消纳弃风弃光。但随着各微网内风机光伏容量日益增加,每日微网净负荷峰谷趋势变化明显。传统分时电价逐渐很难发挥对微网的削峰填谷作用。提出考虑主动配电网下多主体能源共享调度策略,以主动配电网向下级微网的售电收益减去向主网购电成本所得净收益最大为目标函数,充分考虑下级多微网在电网议价下以微网自身运行成本最低为目标的调度自主性,运用卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件将下级多主体电能共享联盟运行成本最低的目标转化为上级目标的约束条件。引入KKT乘子,同时运用大M法对非线性约束进行线性化处理,提高模型求解速度。在MATLAB的Gurobi环境下,对连续的上下层耦合变量乘积进行离散化处理。最后,在IEEE33节点的主动配电网算例中验证所提模型的有效性。

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。

高比例新能源接入的主动配电网能量规划研究

“十四五”规划和2035年远景目标纲要草案中,我国明确提出要构建以新能源为主体的新型电力系统,推动能源清洁低碳安全高效利用。同时,国家能源局也提出“十四五”期间要全面推进配电网智能化建设,促进传统配电网向主动配电网转型。基于此,本文对高比例新能源接入主动配电网能量规划的影响进行了总结,对高比例新能源接入主动配电网能量规划模型的构建进行了分析。试验结果表明:所设计的模型能使高比例新能源接入主动配电网的运行状态达到最佳,主动配电网能量规划效果较好。

基于安全边界的高渗透率可再生能源配电系统规划研究思路

提出了基于安全边界的高渗透率可再生能源配电系统规划思路及研究方案。首先,对目前国内配电网规划在接入可再生能源后面临的问题进行探讨,指出系统安全是限制可再生能源高比例的瓶颈,而安全边界可以刻画系统满足N-1安全准则的最大运行范围,是突破"高比例"瓶颈的有效方法。然后,分析发现在高比例可再生能源场景下,安全边界的模型、性质与机理将发生重大变化:边界范围将从单象限域变为全象限域,配电网的功能与安全性特征随着渗透率增长而明显不同,需要找到引起安全性质变化的临界渗透率。最后,提出基于安全边界的规划思路与研究方案:根据边界形状大小等指标优劣来选取网架结构,并优化储能、主动负荷等可控元件;分别研究高负荷密度城市场景与可再生资源丰富乡村场景下的规划方法;借鉴容载比,发展出广义源—荷配比,从宏观上指导实际规划;形成新的配电网规划标准系统与仿真平台。

高比例可再生能源接入下的电力系统规划研究

可再生能源是实现能源转型和可持续发展的关键.然而,高比例可再生能源接入下的电力系统所面临的间歇性、波动性、以及不确定性远高于当前水平,电力供应体系的经济稳定运行遭遇巨大挑战.本研究将电力系统短期经济调度与长期产能扩张规划相结合,通过聚类和情景树技术引入可再生能源的不确定性,建立高时空分辨的电力系统随机优化模型,旨在揭示电力系统如何通过电源、电网、储能等措施的协同优化经济有效地接纳高比例可再生能源.研究结果表明,不同区域在应对风、光间歇性和不确定性方面的主要措施是有显著差异的,电力系统需协同优化风、光、煤产业布局,强化跨区消纳和调峰能力,发挥电源、电网、储能的互补优势,同时避免技术锁定效应.

新能源接入下配电系统混合储能选址定容优化策略研究

为实现含分布式电源配电系统混合储能的选址定容,构建一种考虑混合储能特点的双层优化模型,从而提升配电网运行经济性和稳定性。首先,选取蓄电池和超级电容器构成混合储能系统接入配电系统,充分发挥混合储能的高效充放电和高能量吞吐;其次,提出考虑混合储能特点的混合储能选址定容双层优化模型。上层优化以混合储能全寿命周期成本最小为目标,以配置容量和接入位置为优化变量,其中运行维护成本需由下层计算;下层优化以网损最小为目标,建立混合整数二阶锥潮流优化模型,并将规划结果反馈上层。最后,以IEEE 33节点配电系统为例,结果表明相较于单一储能,所提的混合储能形式及其优化配置策略能在保证配电网运行经济性的同时,提高配电网在可再生能源高比例接入下的运行稳定性。

计及可再生能源与负荷高维时序相关性的主动配电网扩展规划

分布式可再生能源与负荷的相关性对配电网规划结果有着至关重要的影响。首先,以截断的R-Vine Copula模型为基础,建立多种负荷与分布式风、光发电的高维时序联合概率分布模型;然后,提出了一种两阶段随机配电网扩展规划模型和相对应的机会约束规划模型。在该两阶段模型中,第1阶段为配电网投资决策模型,以配电网总成本最低为目标确定合适的馈线、变电站和电容器的拓展和升级方案;第2阶段为多场景下的配电网运行模型,该阶段以网损和配电网维护成本最低为目标,以配电网安全运行为边界条件确定最优的运行方案。负荷和分布式电源的相关性和随机性由场景及其实现的概率引入模型中。考虑到基于场景的随机优化模型和机会约束模型的求解较为困难,提出了一种新的双线性Benders分解算法,能够有效地求解含有大量二阶锥潮流方程的随机优化模型。最后,以中国南通市某38节点配电网为例,验证了所提模型和算法。

高比例可再生能源接入下与配电系统分层协同的输电系统自适应规划

分布式可再生能源在配电系统层面的广泛接入使得配电系统具有了类似于输电系统的主动调节能力,输配电系统间的潮流也变得更加灵活双向。为充分利用输配电系统间的互补协调能力,该文提出一种面向未来高比例可再生能源场景的与配电系统相协同的输电系统灵活规划方法。该协同优化框架为一双层结构:上层进行输电系统扩展规划,下层进行配电系统运行模拟。上层模型传递节点边际电价给下层模型,下层模型反馈购售电协议给上层模型,并采用分段线性化、大M法实现模型的线性转化。利用强对偶理论将原双层问题转化为单层等价形式,进而实现商业化软件的有效求解。针对搭建的高比例可再生能源输配电系统,通过算例对比分析验证了所提方法的有效性,并进一步分析了输配电系统参数对规划结果的灵敏度影响。

计及混合通信组网的信息物理主动配电系统协调规划

为充分提高配电系统调度和控制的灵活性,建设和落实以智能化和主动化为导向,以信息通信技术为支撑的信息物理主动配电系统(cyber-physical active distribution system,CPADS)显得至关重要。基于此,提出计及混合通信组网的CPADS协调规划方法。首先,将信息域混合通信组网策略和物理域主动配电系统时空运行策略有机统一,建立旨在最小化投资–运行总成本的CPADS协调规划模型。具体而言,综合考虑主动控制设备投资成本、有线/无线组网投资成本、网损成本、弃光成本、失负荷成本、电压偏差优化成本等建立多维度投资运行目标函数。然后,综合考虑物理域主动控制设备的选址或选型、信息域有线组网和无线组网的差异性构建投资约束;充分考虑设备主动控制策略、电压偏差等构建CPADS时空运行约束。最后,综合考虑场景概率分布不确定性置信度集合的1-范数和∞-范数约束,将所提规划模型重构为一个数据驱动下的分布鲁棒协调规划框架,并利用列与约束生成(columnandconstraintgeneration,CCG)算法迭代求解。

电-碳耦合市场环境下可再生能源投资规划优化方法

中国面临着可再生能源高速发展和电力市场改革、碳市场建设稳步推进的多重机遇,市场化机制将科学引导可再生能源合理规划与有效投资。电力市场和碳市场虽分开运营,两者的出清结果却紧密耦合,且共同影响市场主体的运营与投资模型。在电-碳耦合市场的背景下,文中提出了一种最大化可再生能源接入容量并保障其投资成本回收的可再生能源投资规划双层优化模型。首先,基于动态碳排放特性推导了常规机组的电-碳耦合报价,提出了考虑碳配额交易影响的电力现货市场机制。然后,在“投资-运行”框架下建立了可再生能源投资规划双层优化模型:上层在能收回投资成本的前提下,最大化可再生能源的投资容量并对其进行定容和选址决策;下层分别模拟电力现货市场和国家核证自愿减排量市场的出清过程,以向上层模型的可再生能源发电商投资决策提供相应的价格信号。通过下层问题最优性条件和线性化方法,将双层优化模型转化为混合整数线性规划进行求解。最后,通过仿真算例验证了所提方法有效性,并探索了碳市场交易、网络容量与储能等不同因素对可再生能源最优投资容量的影响。

含高渗透率可再生能源的主动配电网两阶段柔性软开关与联络开关协调优化控制

主动配电网要求配电网满足灵活可控、弹性坚强的要求,然而高渗透率可再生能源(REG)的接入给主动配电网的经济安全运行带来了很大的挑战。针对REG出力的时序性与随机性,考虑REG预测误差,建立两阶段柔性软开关(SOP)与联络开关协调优化控制架构。在日前阶段以网损最小、弃风弃光最少为综合目标建立了SOP与联络开关时序协调优化模型;在日内滚动优化阶段,基于模型预测控制建立SOP反馈滚动优化控制模型,以减少REG出力随机性对配电网运行的影响。提出网络重构约束的二阶锥模型转化方法,以实现利用混合整数二阶锥规划方法统一求解SOP与网络重构的协调优化。算例结果表明,通过日前、日内滚动两阶段协调优化控制能充分考虑REG出力的波动性与随机性,增强配电网对REG的消纳能力,在提升配电网电压水平的同时改善配电网的经济效益,保障配电网经济安全运行。

计及主动配电网转供能力的可再生电源双层优化规划

在主动管理(AM)模式下,提出了一种考虑主动配电网转供能力的可再生电源(RES)优化配置模型。以年综合费最小为上层目标,每个场景的配电网运行费最小为下层目标,该模型计及了系统故障负荷的转供和包括RES出力切除、RES功率因数调整、有载调压变压器分接头调节和需求侧管理在内的4种AM措施。考虑RES出力随机性及负荷波动性,利用准蒙特卡罗模拟和奇异值分解生成风、光荷相关性样本矩阵并采用模糊C-means聚类对场景进行缩减。应用动态小生境差分进化与原对偶内点算法相联合的策略对模型加以求解。通过算例对比是否考虑AM措施和转供能力下的三种情境仿真结果验证了模型和方法的有效。

配电网规划优化中考虑储能系统的设计与应用分析

文章针对配电网规划优化中储能系统设计与应用的重要性展开研究,分析储能系统在配电网中的作用,探讨其在提升系统稳定性、降低运行成本以及促进可再生能源普及等方面的潜在价值。同时,结合实际案例,提出了储能系统针对不同应用场景的设计方案,分析评估其应用效果。研究结果显示,储能系统是未来配电网智能化发展的关键技术之一,在配电网规划中扮演着重要角色,能够为系统提供弹性和可靠性。

风-光-沼可再生能源分布式发电系统电源规划

为了有效提高风–光–沼混合可再生能源分布式发电系统的可靠性和经济性,首先研究分析了风、光、沼各发电电源特点以及该分布式发电系统结构特征,并以此为基础建立了其系统电源规划的优化目标函数和约束条件函数等数学模型。由于改进的自适应遗传算法使用最优保存策略进化模型的选择算子、改进的自适应交叉算子和变异算子,来获得较优的全局搜索能力和较强的鲁棒性,所以采用该遗传算法对此分布式发电系统电源规划进行优化运算处理。最后选取某负荷中心的300 kW负荷总量为对象进行风–光–沼混合可再生能源分布式发电系统的电源规划模拟优化求解,算例结果验证了该方法的可行性和有效性,而且对其它类型可再生能源分布式发电系统电源规划有一定的指导意义。