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.

计及配电网设备利用率的源荷匹配评价

为了快捷有效评估光伏并网后设备利用率变化情况,丰富现有源荷匹配评估指标体系,本文建立了一套考虑配电网设备利用率的源荷匹配评估方法。首先对分布式光伏与负荷特征、设备利用率指标进行分析,构建了包含波动匹配度、电量匹配度、消纳匹配度与负荷偏移度的源荷匹配评估模型,借助拉开档次法进行指标赋权并得出源荷匹配综合得分,依据综合结果直接判断分布式光伏并网对设备利用率的影响程度。最后,依据江苏某工业园区电力用户源荷数据进行指标计算并进行设备利用率变化评估,对照设备利用率指标验证了评估指标体系合理性与有效性。

基于改进K-means算法的源荷匹配电网优化分区

针对电网分区问题中基于经验的启发式方法的局限性,考虑分区问题中的新能源和负荷之间的匹配特性,建立电网优化分区的衡量指标;基于源荷匹配度,通过求解各区域的源荷匹配度系数,实现对电网进行优化分区;在传统K-means算法中引入误差平方和,筛选最佳聚类数值,规避聚类模型对分析结果的不利影响。算例采用某地区6座500 kV变电站运行数据,分析并计算了各主变压器下的源荷匹配度系数,并根据系数对该区域电网进行分区。结果表明,所提算法能有效均衡分区之间的短路能力,明显提升在整体聚类上的效果。

计及源荷匹配的风光互补特性分析与评价

多能互补已成为减少新能源出力波动性、促进新能源消纳的重要手段。为丰富和完善新能源互补性的分析与评价方法,从源荷匹配的角度对新能源互补性进行评价。针对已建成的新能源场站,在混合Copula建模的基础上,使用秩相关系数、尾部相关系数对多个新能源场站的负荷匹配能力进行描述,从而得到新能源出力间的互补性评价。针对待建的新能源场站,一方面使用Charnes-Cooper方法与分支定界法求解风光互补容量优化配置模型,并以最优容量的新能源渗透率、消纳率作为评价互补性的指标;另一方面,提出了描述风光总出力与负荷贴近程度的互补性指标,即负荷匹配度。研究结果表明,负荷匹配度能综合考虑消纳率和渗透率,为风光容量优化配置提供一种简便有效的方法。

高速公路风光储能系统源荷匹配及容量配置优化

建立EV充电负荷预测模型,采用蒙特卡洛模拟法预测EV充电负荷时间分布特性,提出考虑充电桩参数和充换电模式的源荷匹配优化策略,建立风光储能系统综合评价体系,通过改进遗传算法进行规划求解,得到最优容量配置。以山东省某服务区为例进行实证研究。结果表明:EV充电负荷预测曲线呈现日间“双峰”形态,为使负荷用能曲线向光伏发电曲线贴近,合理设置服务区充电桩数量和最大充电功率,并选择换电参与的充换电模式,改进遗传算法得到的最优化配置方案贴近度相对于初始规划方案有所提升,可实现储能系统的充能和余电的上网。

基于源荷匹配的水光混蓄电站运行策略

在“双碳”目标远景下,加快发展清洁能源构建绿色低碳的新型电力系统刻不容缓,然而以太阳能为代表的清洁能源受天然因素影响,具有较强波动性与随机性,难以大量并网消纳。因此,在考虑传统水电建设周期长、调节性能受到天然来水影响较大的原因,在传统水电机组基础上加入可逆式机组构成混合式抽水蓄能电站增加水电调节能力,可与光伏电站联合运行,平抑光伏发电波动性,促进新能源消纳。为探究在大量光伏并网下,含有混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补发电系统的运行方式,构建源荷匹配度最佳为目标函数的日内优化运行模型,运用中长期-短期多时间尺度嵌套的求解策略,使用中长期时间尺度计算结果作为短期时间尺度计算边界条件,并采用逐步优化算法以及粒子群算法求解不同来水以及不同光伏出力情景下系统运行方式。计算结果表明在不同来水以及不同光伏出力下,混合式抽水蓄能电站可采取不同运行工况,与传统水电形成“凹”字型出力与光伏出力形成互补,不仅可以促进光伏并网消纳,还能与电网负荷需求高度匹配,此外,不同典型日下,混合式抽水蓄能电站上下水库的日内水位变幅均呈现出上水库“先泄后蓄”、下水库“先蓄后泄”的趋势。研究结果为大规模光伏并网下混合式抽水蓄能电站运行方式提供参考。

提升源网荷储多元协同的虚拟化网格划分方法

为减少分布式源荷双侧随机性及时序不匹配对配电系统经济运行的影响,提升区域内源网荷储多元功率互补协同,促进可再生能源就地消纳能力,提出一种全面兼顾分布式电源消纳、负荷需求响应、储能支撑及网络拓扑多元协同的配电网虚拟化网格划分方法。通过图论搜索算法遍历虚拟网格内所有节点信息,充分依托负荷需求响应节点、分布式电源节点以及储能节点建立虚拟网格信息优化模型。引入二阶锥规划松弛电压、电流辅助变量,获得优化后的网络潮流分布。考虑虚拟网格通信成本,兼顾虚拟网格供电率、虚拟网格间功率交互以及虚拟网格节点控制维度,建立了虚拟网格分区划分目标函数模型,提出虚拟网格分区划分策略。以IEEE33节点系统为案例,对所提出的虚拟化网格分区划分策略进行验证,结果表明虚拟网格分区划分方法可提高源荷匹配度、虚拟网格供电率以及经济性。

基于源-荷功率动态匹配的海上平台电力系统静态电压稳定分析

对海上平台电力系统进行静态电压稳定分析是保证其安全性、可靠性的前提。针对海上平台电力系统多平衡节点特征,基于透平发电机组和旋转负荷群的源-荷特性建立计及源-荷功率动态匹配特性的扩展连续潮流模型;针对海上平台电力系统的机组小容量特征和旋转负荷的生产要求,基于机组出力和节点电压的限值确立静态电压稳定分析边界约束;推导扩展连续潮流增广雅可比矩阵,提出基于牛顿-拉夫逊法的静态电压稳定分析方法。对某海上平台电力系统的静态电压稳定分析结果表明,与传统牛顿-拉夫逊法相比,所提方法不仅能找出随负荷增加的电压薄弱节点,且能给出各机组适应负荷增加的出力值。

基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法

合理优化风/光/储容量配比是实现大规模区域电网新能源高效利用的基础。提出一种基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法。首先,考虑了新能源与储能的运行特性、装机容量、新能源弃电率、新能源发电量占比等约束条件,建立以全网新能源发电量最大为目标的多区域风/光装机容量优化模型,并通过引入系统负荷匹配偏差约束来保证系统发电功率与用电负荷变化特性相一致。然后,以风/光全年出力时间序列为输入,通过时序生产模拟计算,确定满足源-荷最优匹配后的风/光/储最优接入容量配比。最后,以中国"三北"地区某区域电网为对象进行算例验证,验证了所提模型和方法的有效性和实用性。

计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度

为应对微电网中源荷匹配性较差及弃风弃光的问题,计及需求响应对微电网源荷储协调优化调度进行研究。为了更准确地体现实际需求响应的特点,根据电量价格响应弹性的非线性特点和不同类型负荷响应弹性的差异性,提出基于指数变化的差异化需求响应机制;建立以系统运行成本最低为目标的微电网源荷储协调优化调度模型;通过引入多核并行运行环境和双策略微分进化变异机制构造并行双策略微分进化算法,该算法兼顾寻优深度和寻优速度,实现了对模型的高效求解。算例结果表明,所提方法能够有效改善源荷两侧的匹配度以实现削峰填谷,并能提升系统风光消纳量以及节约运行成本。

重庆城开高速绿色能源网建设规划方案研究

针对我国“碳达峰、碳中和”战略目标,并结合重庆城开高速路沿线绿色能源的分布优势,开展城开路全线采用绿色能源网供电建设规划研究。分析了全线不同类型机电设施和不同场站特别是设施集中功耗大的隧道机电用能特点以及城开路沿线不同绿色能源的分布与供能特点,建立了基于源荷匹配性的绿色能源网建设方案,并提出了针对绿色能源季节性盈亏下的节能运营方案,为城开路建设绿色能源网提供规划支撑。

梯级水风光网源协同日内互补调度方法研究

加快构建以新能源为主体的新型电力系统是全球能源发展趋势,也是能源高质量发展的必然选择。选取大渡河瀑深枕水风光清洁能源互补基地作为研究对象,以源荷匹配度最大和清洁能源总发电量最大为目标构建水风光日内优化调度模型,通过分层解耦降低模型复杂度,分别采用基于Sigmoid函数的PSO算法和MSPOA算法进行求解。研究结果表明,梯级水电的调蓄能力能够有效平抑风光出力波动,为电网提供稳定的高质量电力。研究对于促进建设瀑布沟清洁能源基地建设,消纳周边风光资源具有指导价值,有利于我国能源持续健康发展。

含高比例分布式电源的自洽型配电单元构建方法研究

现有需求响应等相关技术方案并不能较好解决高比例分布式电源并网所造成的问题,还需要充分考虑负荷的特性,对基于源荷之间匹配特性的配电网组网的形态进行改进。为此,文章提出了基于分布式电源互补特性、多元化负荷互补特性和电源-负荷匹配特性的自洽型配电单元的概念,对自洽型配电单元的分类及构建的方法原则等开展了理论研究,仿真验证了自洽型配电单元的效果,为智能配电网规划提供借鉴。

基于改进粒子群优化算法的分布式电源集群划分方法

随着新型电力系统建设进程的推进,分布式电源并网比重逐渐增加,为解决新型配电网分布式电源调控困难的问题,采用改进粒子群优化算法对大规模分布式电源进行集群划分。首先,在模块度划分标准基础上,引入群内源荷有功匹配度和无功匹配度,提出由三者加权组合的综合性能指标,构建基于综合指标体系的集群划分优化模型;其次,采用惯性权重动态递减策略改进二进制粒子群优化算法,使其惯性权重动态变化,优化粒子位置与速度的更新进程,提高粒子群优化算法的寻优效率;最后,采用改进二进制粒子群优化算法对基于综合指标体系的集群划分优化模型进行寻优,基于此对IEEE33节点、某10 kV实际配网馈线系统进行集群划分。结果表明:基于综合指标体系的集群划分方法在保障划分结果模块度基本不变的基础上,可将有功匹配度和无功匹配度分别提高30%左右;而改进粒子群优化算法对提高划分结果的各个指标值均具有明显效果。

贵州省水风光一体化基地开发研究

水能、风能、太阳能等可再生能源具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染的特点,利用水能、风能、太阳能已成为全球实施经济社会和能源可持续发展的重要选择,但单一的风、光出力过程间歇性强、波动性大、可控性差,利用水电站的快速响应及调节能力可有效平滑新能源出力,提高电能品质,促进新能源消纳。本文从贵州省资源条件和开发现状出发,结合贵州省水电、风电、光伏出力特性和资源分布,提出了贵州省开展水风光一体化基地规划的优势。最后考虑风光出力与负荷的匹配性,提出了贵州省风光开发风电比例在0.4~0.6时对系统影响最小,考虑综合弃风光率5%,贵州省开展水风光一体化基地合理规模约8000MW。

面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法

风光-电动汽车协同调度能够有效降低风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.现有优化调度模型多以等效负荷波动最小为优化目标,仅考虑了等效负荷的整体波动性,无法衡量风光出力与负荷的匹配度且并未考虑不同出力场景下风光出力的差异性.针对上述问题,提出一种面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法.构建基于蒙特卡罗模拟的电动汽车无序充电模型;基于风光出力预测数据,构建基于Gap statistic和K-means++算法的风光出力典型日划分模型;以等效负荷方差和负荷追踪系数最小为双优化目标,构建风光-电动汽车协同调度模型,并采用NSGA-Ⅱ算法求解.结果表明:所提模型能够有效提升风光出力与负荷的匹配度,降低等效负荷波动性,从而缓解风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.

基于高斯混合模型的海洋能发电资源优化配置研究

为了充分利用波浪、潮流等海洋可再生能源,针对海洋能资源丰富的海岛电网,文中提出了以消纳率最优为目标的海洋能发电资源优化配置方法。首先,采用高斯混合模型(GMM)描述海洋能发电的随机波动性,并生成出力场景;其次,以海洋能消纳率最优为目标构建了海岛电网的海洋能发电资源优化配置模型;然后,对渗透率、消纳率及源荷匹配度3个指标进行综合分析,获得最优配置方案;最后,基于实际海岛负荷、波浪和潮流数据构建了海洋能发电资源优化配置算例,并重点分析了资源优化配置过程中渗透率约束的取值范围。结果表明:在不同的渗透率约束下,源荷匹配度呈现先升后降的趋势;在最优渗透率约束取值范围内,GMM出力场景与实测数据场景的优化配置结果相差不大且趋势一致,验证了GMM生成海洋能出力场景的有效性。

考虑源荷储匹配的配电网集群划分与优化运行

随着分布式能源大规模分散接入配电网,集中式配电网运行控制模式难以满足广泛感知、弹性可控、协调运行的需求。基于“群内自治、群间协调”的集群控制方式可以降低配电网运行控制的难度,集群划分是实现配电网分散式优化运行的关键。为此,提出一种考虑源荷储匹配的配电网集群划分方法,考虑集群内节点间功率互补特性,结合基于电气距离的模块度指标,建立兼顾集群结构性和源荷储资源匹配性的综合性能指标,实现集群的划分。针对风光出力的不确定性,将可再生能源出力偏离预测值视为一种扰动状态,构建两阶段配电网概率优化调度模型,采用同步交替方向乘子法(synchronous alternating direction method of multipliers,SADMM)进行集群优化调度。最后,以改进的IEEE 33节点系统进行算例分析,验证了所提配电网集群划分方法和分散式优化运行策略的有效性与可行性。

计及价格型需求响应的水风光互补短期调度

随着风光并网规模不断增加,仅在电源侧利用水电等调峰资源难以满足大规模风光并网需求。为此,本文在负荷侧引入价格型需求响应技术优化日负荷曲线,以源荷匹配度最高,弃电量最小为目标,建立了考虑价格型需求响应的水风光多能互补短期优化调度模型。同时为降低模型求解难度,将其解耦为两个单目标优化问题分阶段求解,最后将模型应用于金沙江下游乌东德水电站和昆明、玉溪两地风光电站互补联合发电研究中。结果表明:价格型需求响应技术对负荷曲线具有明显的削峰填谷效果,不仅可以提高水风光多能互补系统的源荷匹配程度,还能促进风光消纳,增加水风光联合总发电量。该结果论证了模型的有效性,为提高电网大规模消纳新能源提供了新思路。

多时间尺度耦合的水风光一体化互补运行研究

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,以水电、太阳能、风电为主的清洁能源迎来了前所未有的发展机遇,水风光一体化开发成为未来能源发展的重要方向。为促进新能源的消纳,同时平抑风光波动对电网安全稳定运行的影响,本文分别以年和日为时间尺度构建了“中长期—短期”多时间尺度耦合的水风光互补调度模型,并采用优化算法进行求解。研究成果表明,模型可通过适当调节水电年内出力过程,促进新能源消纳,并利用其调节能力强和启停迅速的特点,将日内随机波动的风电、光伏互补为稳定安全的优质电源,对水风光一体化互补运行有一定指导意义。