高比例新能源接入下配电网源荷自动跟踪研究

不可控的幅值突变是导致配电网主机无法精准跟踪源荷信号的主要原因,为解决这个问题,提出高比例新能源接入下配电网源荷自动跟踪方法。根据高比例电量输入比条件确定配电调度参数的取值范围,并联合相关电量传输信号,实现高比例新能源接入下的配电网源荷状态识别。根据配电网源荷阵列的数学表达式,提取源荷基波,确定跟踪向量的取值范围,从而完成高比例新能源接入下配电网源荷的自动跟踪。实验结果表明,应用所提方法可以避免源荷信号在单位传输周期内出现幅值不可控的情况,较好地解决了幅值突变造成的配电网主机无法精准跟踪源荷信号的问题。

源荷储多端口能量路由器协同控制技术研究

多端口能量路由器实现了交直流混合构网以及源荷储一体化运行,是新旧能源耦合需求下电力变换的重要解决方案之一。考虑多个电力电子端口匹配性问题,兼顾冗余设计和功率密度两方面建立新型源荷储一体化多端口能量路由器链路优化拓扑,从源荷储一体化系统设计的角度出发,采用AC/DC主端口冗余设计和宽调节范围DC/DC端口,适配直流链路储能、电解水制氢等直流端口直接接入需求,提出多目标下的源荷储一体化协同控制策略。最后,研制六端口50 kW样机,实验室测试结果表明多端口协同控制的有效性。

基于时间规律聚合电动汽车的有源配电网源荷储协同调控

针对可再生能源间歇性、随机性对有源配电网调控带来的挑战,通过对电动汽车(EV)充电时间规律分析,提出了一种基于时间规律聚合电动汽车的有源配电网协同调控方法。首先提出基于充电时间规律的EV聚合分组方法,再据此建立有源配电网源荷储协同优化调控模型,最后将调控指令精准分解下达,实现新能源消纳、负荷波动平抑及网损降低。基于改进IEEE 33节点系统的仿真验证了所提策略的有效性,其能显著改善系统运行指标,有效降低EV充电计划偏差值,同时提升模型的求解速度,更具有现实指导意义。

基于NEG-LF信息协调配网网格源荷功率的智能终端设计

随着NEG并网功率不断增大和负荷日益多元化,如何快速协调配网系统源荷功率平衡,实现新能源最大化消纳,已成为亟需解决的问题。为此,首先分析了配网网格特点;其次设计了一种基于配网网格NEG与LF信息的智能终端,给出了其功能、整体构成、供电电源、信息采集与传输方案以及源荷协调策略,以协调网格内源荷功率平衡;最后研制了相关产品,重点做了网格内源荷功率协调测试,并与目前方案进行了对比。结果表明,文中所设计智能终端能够对网格内源荷功率进行可靠协调,实现NEG最大化利用和多方信息共享,推广应用价值高。

基于源荷互动的储能分层规划方法

随着新能源渗透率不断增加,储能成为源、网、荷各侧平抑功率波动的重要灵活性调节资源。当前电力系统由“源随荷动”衍变为“源荷互动”,储能的规划难度进一步加大。针对如何提高储能规划的准确性,首先分析了传统储能容量规划方法的不足之处;探讨了基于源荷互动的储能分层规划模型的建模机理及框架;其次构建了储能全寿命周期经济性优化模型,并提出了一种基于源荷互动的结构化分层规划方法;最后基于该方法开发了规划软件,通过实际算例验证了所提方法,可实现精细建模与准确规划。

考虑源荷相关性及不确定性的配电网网架规划方法

当前,配电网网架规划在提高电网可靠性和稳定性方面发挥了关键作用,但往往忽视了源荷出力的相关性,导致弃光率高、配电网网架投资大、线路利用率低等问题。为此,提出一种考虑源荷相关性及不确定性的配电网网架规划方法。首先结合源荷历史数据,考虑光伏和负荷出力的时序自相关性,利用拉丁超立方采样和Cholesky分解法生成源、荷场景集,并计及源荷互相关性,设计源荷联合场景削减方法;其次考虑源荷出力不确定性,确定典型源荷联合场景及其概率;然后构建期望光伏消纳水平最大、期望年投资运行成本最小、线路过载概率期望值最小的配电网网架多目标优化规划模型,并考虑相关约束;采用改进NSGA-II算法求解,生成配电网网架规划方案。最后,讨论帕累托前沿解之间的差异以及不同参数对规划结果的影响,为规划决策者提供备选方案。

考虑源荷特性的双馈风电机组动态减载协同调频控制

为使双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的有功输出能响应电网频率的变化,有效参与电网频率调节,提高风电系统的稳定性,文中分析了虚拟惯性控制、下垂控制以及减载控制的基本原理,探究了相关参数对风电并网系统频率特性的影响。在此基础上,提出一种考虑系统源荷特性的动态减载协同调频控制策略。该策略结合源荷扰动情况实现减载率修正,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证表明:当负荷波动时,该控制策略相较于固定减载调频使含风电系统在不同风速下的频率稳定性有了显著提高。

考虑富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统优化调度

为降低燃气轮机的碳排放水平和提高灵活性,提出了计及富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统低碳经济优化策略。首先,研究了富氧燃烧技术的运行原理及其能流特性,并构建空分制氧设备和碳捕集设备的耦合模型;其次,引入可调的热电比作为供给侧响应策略,需求侧对于电力、热能以及气负荷的特性进行综合权衡,借助能源价格的引导,并考虑其相互之间的可替代属性形成需求侧响应机制;最后,通过计及气负荷碳排放的阶梯式碳交易约束碳排放,以系统运行成本为目标优化各时段机组出力。设置多场景进行仿真分析,结果表明富氧燃烧碳捕集技术能够有效减少系统的碳排放量,源荷双侧响应能够灵活调节供给侧与需求侧的供能关系,并有效减少系统运行成本。

计及源荷互补特性的“源网荷储一体化项目”优化配置

针对“源网荷储一体化项目”(后简称一体化项目)在风光消纳率、清洁用电率等方面的建设要求,提出了计及源荷互补特性的一体化项目优化配置方法。基于包含风光发电制氢负荷、可平移工业负荷、电动汽车快充站的一体化项目拓扑,建立了一体化项目内部的多类型负荷用电功率模型。提出基于分时Copula函数生成时序一致的风光联合出力场景集的方法,进而提出分为风光额定功率配比优化、容量配置优化、负荷接入位置优化三阶段的一体化项目优化配置方法。通过算例分析对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证。

考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置

风力发电、光伏发电与火力发电经同一点并网形成耦合系统,是我国北方地区发电侧灵活性调节电源与新能源间高效、低碳协同的一种形式.考虑区域新能源爬坡特性,结合源荷匹配分析,发掘和利用其规律,研究风光火耦合系统的容量优化配置方法,为耦合系统规划提供参考.首先,简述耦合系统运行模式和不确定性处理方法;其次,考虑耦合系统风光互补、爬坡事件和关键负荷特性,选取并提出相关指标用于源荷匹配评价;再次,考虑源荷特性、匹配、成本和收益等约束,建立耦合系统容量优化配置模型;最后,基于辽宁地区实际数据进行算例仿真,得到该地区耦合系统风、光的最优安装容量,并分析上述源荷相关因素与容量优化配置结果之间的相互影响,为新能源最优容量配置提供了参考与建议.

基于典型源荷耦合模式的中长期时序场景生成

高比例可再生能源电力系统中源荷功率在气象的影响下耦合程度增加。基于生成式模型的场景生成方法是分析源荷功率不确定性问题的成熟工具,然而实际应用中常受源荷数据匹配样本少的问题限制,直接生成的中长期源荷耦合时序场景质量较差。提出一种基于典型源荷耦合模式的中长期时序场景生成方法。首先,定义了源荷各自的气象模式概念。然后,通过气象距离将历史数据中典型气象模式相似的源荷聚合成定义的典型源荷耦合模式。接着,采用生成对抗网络生成典型风光场景,并将生成场景与典型源荷耦合模式进行匹配。最后,根据匹配的对应关系得到典型源荷耦合场景。以日本地区为例的仿真结果表明,所提方法能够提高场景在气象方面的可解释性,同时减小了源荷数据匹配样本少对中长期源荷耦合场景生成的影响。

考虑源荷储协同的主动配电网多时间尺度优化调度

随着分布式能源、柔性负荷和储能装置等资源的不断扩增,配电网逐渐转变成主动参与电网运行的调节与控制的主动配电网。针对储能装置、柔性负荷的利用效率较低等问题,提出一种荷源储协同的优化调度方法。首先,建立一个多时间尺度的主动配电网调度模型,然后以配电网电能质量最佳和最小运行成本为目标函数,以储能约束、网络平衡约束以及柔性负荷约束等作为约束条件。最后通过IEEE-33系统构建主动配电网,建立日前-日内的多时间尺度调度策略,利用随机权重粒子群算法求解多目标优化问题。验证了所提方法的可行性。

考虑源荷可调节资源参与的电网风险评估指标体系及方法

针对在源荷两侧可调节资源的大规模接入后,常规的电网风险评估方法难以兼顾源网荷三侧风险评估需求的问题,构建考虑源荷可调节资源参与的电网风险评估指标体系,并探讨指标参数的量化及系统整体风险计算方法。首先,分析电网运行风险的影响因素,并结合各影响因素构建电网风险评估指标体系;其次,确定各风险指标严重程度及发生概率的量化计算表达方法;最后,设计基于改进层次分析法的系统整体风险综合计算方法,并确定对应的运行风险等级。以改进的IEEE 14节点系统及实际电网算例模型对指标体系及评估方法进行仿真分析,结果表明:所构建的风险指标体系及评估方法可同时预测源网荷的风险,具有一定的实用性和有效性;与采用层次分析法权重计算方法相比,所提评估方法获取系统风险分值平均偏差率小10倍,具有更高的准确率,且更加客观合理。

考虑源荷不确定性的电力系统薄弱环节辨识方法

【目的】随着我国新型电力系统的不断发展,新能源大规模并网极大增加了电网承受潮流冲击的可能性,系统线路的载流能力迎来严峻考验;同时,源荷不确定性的增加使得电网运行状态愈发复杂多变,基于确定性潮流的传统薄弱环节辨识技术难以达到要求,增加了电网运行控制的难度。【方法】针对以上问题,结合概率潮流算法提出基于改进熵理论的电力系统薄弱节点综合评估指标,以指标区间概率分布对节点薄弱程度进行分析。首先,基于模拟法概率潮流构建大量运行方式样本;其次,将熵理论与电网运行参数相结合,以指标区间概率密度对系统关键节点的潮流冲击分布均衡性以及电压稳定性进行有效评估。【结论】最后,在IEEE39节点系统进行仿真校验后得出结论,所提评估指标更加贴合电力系统实际运行状态,能有效降低因新型电力系统中新能源发电波动性以及负荷侧用户用电量不确定性增加对薄弱环节辨识带来的误差。

大型城市电网负荷激增区域的源荷平衡方法研究

对于大型城市电网负荷激增区域的源荷平衡处理,往往采用协调调度的方式达到平衡的目的,但负荷变化的不确定性,严重影响了平衡方法的调度效果。针对这一情况,提出大型城市电网负荷激增区域的源荷平衡方法。依据负荷激增区域的负荷特性,以日前时间尺度和日内时间尺度作为分界线,搭建源荷实时调度框架,在此框架下制定源荷平衡的控制策略;并建立源荷平衡调度模型,对模型进行求解,得到的最优解即为最佳平衡方案。算例分析结果表明:提出的源荷平衡方法负荷调度效果好,能保证较高水平的能源利用率,整体适应性良好。

计及源荷不确定性的智能小区能源系统两阶段鲁棒优化调度

为解决电力系统中电源侧和负荷侧的不确定性对电网调度计划的影响,针对电源侧,考虑风电与光伏出力的不确定性,分别建立风电与光伏的概率密度函数模型,通过拉丁超立方采样方法生成场景并进行缩减,从而得出风电与光伏出力区间;针对负荷侧,考虑柔性负荷对电网消峰填谷的作用,提出基于智能小区的综合需求响应两阶段鲁棒优化模型。在日前阶段,以电网系统运行成本和碳交易成本最小为优化目标,考虑源荷的不确定性,基于价格需求响应模型,从而确定日前调度方案。在日内阶段,基于日前阶段优化结果,以智能小区运行成本和碳交易成本最小为优化目标,建立两阶段鲁棒优化模型,通过列约束生成(column-and-constraint generation,C&CG)算法将目标函数进行转换,采用Karush-Kuhn-Tucker条件和Big-M约束方法将max-min形式优化问题转化为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)模型。最终,通过算例验证了所提模型的正确性以及算法的有效性。

考虑源荷不确定性和新能源消纳的综合能源系统协同调度方法

随着“双碳”战略的实施,风光等新能源渗透比例不断提高。需求侧资源参与有功调度是源荷平衡和提高新能源消纳率的重要方式之一,而源荷侧的多重不确定性又会对综合能源系统中多类型能源的管理提出了新的要求。在此背景下,该文提出了一种调度与消纳协同优化方法,构建能源管理与定价双层优化模型。首先,上层能源管理模型采用该文提出的随机-鲁棒优化方法解决综合能源系统调度面临的新能源发电时序波动性、负荷及其响应的不确定性等问题;其次,在下层能源定价模型中,以系统新能源就地消纳率最大为目标,通过价格变化信号引导用户合理消费,从而优化负荷曲线,消纳上层控制中因安全稳定运行需要而导致的弃风弃光功率;之后,应用线性优化强对偶定理和列和约束生成算法,将上层模型转化为混合整数线性规划问题,并利用商业化求解器YALMIP/GUROBI对双层优化模型进行求解。最后,算例分析验证了该文优化方法能够兼顾系统运行鲁棒性与经济性,同时可以在高比例新能源接入情景下有效促进新能源消纳。

计及灵活性资源的综合能源系统源荷协调优化调度

可再生能源和负荷的波动性、不确定性等给综合能源系统(integrated energy system,IES)的安全灵活运行带来了极大挑战。为提高IES灵活调节能力与可再生能源消纳水平,提出一种计及灵活性资源的IES源荷协调优化调度方法。针对系统内运行灵活性需求,精细刻画各类资源灵活性能力,源侧根据电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组(combined heating and power,CHP)和氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)联合运行模型,荷侧考虑综合需求响应的灵活性供给能力,建立系统综合灵活性供给模型。根据不同时刻运行灵活性不足问题分成2种调度模式,构建基于IES灵活性约束的优化调度模型,并进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的优化调度方法能够有效提高IES灵活调节能力和可再生能源消纳水平。

考虑源荷互动的综合能源系统多目标双层规划

随着综合能源系统建设的不断推进,传统的“源随荷动”模式转向“源荷互动”已成为发展趋势。为此,提出了一种考虑源荷互动的综合能源系统多目标双层规划方法。首先,引入电–热–冷可中断负荷和可转移负荷参与综合需求响应,并制定了一种基于新能源发电与等效负荷相匹配的动态定价策略。然后,构建了含电动汽车充电站的综合能源系统多目标双层规划与运行模型,在上层规划模型中以经济成本、碳排放量、自主性为目标,在下层模型中以综合能源系统和电动汽车充电站的总运行成本最小为目标。最后,利用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)算法和商业求解器CPLEX求解获得Pareto前沿解集,并利用Topsis法选择最优解。算例表明,该方法可以有效降低经济性成本、减少碳排放量、提高系统自主性。

基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法

针对源荷匹配特性的容量配置方案中源-荷不平衡问题,提出一种基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法,首先构建源荷匹配特性指标,并分析地区的源荷匹配特性;再以经济性最优、源荷匹配特性指标最优为目的,构建基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置模型,得到大型复合电站的配置方案。算例分析表明,在优化后的风、光、传统电源配置比例下,建设大型复合电站可提升系统的源荷匹配度,并降低各运行场景下的系统负荷峰谷差,缓解传统电源的调节压力,为新能源稳步替代传统火电提供可参考的电源配置方案。