台风条件下含混合电氢储能的海上风电场并网运行智能控制方法

随着我国海上风电装机容量不断增加,经济发达、电力负荷大的沿海地区越来越依赖和关注海上风电的安全运行。在系统常规火电机组容量下降、系统惯量较低的情况下,海上风电场的友好接入问题变得尤为突出。特别是在台风期间,海上风电场在达到截止风速之前可能会与受端电网迅速断开,导致主网出现大量功率缺额、电压频率恶化等不利影响。为了解决风电固有波动性和台风引起的大扰动问题,提出了一种含混合电氢储能的海上风电场并网运行控制方法。该方法在海上风电场正常运行期间,通过合理安排储能和充放能,有效平抑了风电波动性;而在台风过境期间,通过合理使用混合电氢储能,缓解了海上风电输出骤降,减少对受端电网的不利影响。通过对广东某海上风电场的真实数据进行仿真研究,验证了所提方法的有效性。

基于信息间隙决策理论-分布鲁棒优化的含电-氢-热混合储能综合能源系统需求响应策略

混合储能系统具有储能容量大、调节能力强等优点,有助于提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的需求响应能力。首先,构建了一种电-氢-热混合储能系统(electric-hydrogen-thermal hybrid energy storage system,EHT-HESS),其中采用电解槽(electrolytic cell,EC)、蒸气重整反应(steam methane reforming,SMR)装置、储氢、热电联产氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)设备,实现电、气向氢能的转换,以及以氢能作为中间模态的“制氢-储氢-放氢/电/热”功能。其次,建立考虑EHT-HESS的IES需求响应策略优化模型,其中考虑IES响应电价和气价,同时根据富余风电量,进行购电、购气、用电、用热、用氢等策略决策的综合需求响应(integrated demand response,IDR)行为;并采用信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)计入概率分布未知的风电严重不确定性,采用基于综合范数的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization,DRO)方法计入概率分布不完备的电价严重不确定性。最后,算例验证了模型和方法的合理性及有效性,并表明IES装设热电联产HFC构建EHT-HESS可实现氢能向电能与热能的转换,有助于增加风电消纳量,增加IDR决策的鲁棒性。

高水电占比地区电氢混合储能优化配置研究

受用电负荷快速增长和极端天气下来水不确定性提高等因素影响,高水电占比地区电力供给侧与需求侧波动性矛盾日益突出,电力系统对具备长期调节能力的灵活性资源需求愈发迫切。氢储能作为具有长期调节能力的新型储能,能够缓解高水电占比地区供需紧张形势。为此设计了适应高水电占比地区实际情况的电氢混合储能优化配置模型,在目标函数中引入了失负荷惩罚函数,并量化了大型/中小型水电机组发电能力随时间的变化情况。以某高水电占比地区96台不同类型发电机组构成的电力系统为分析对象,相较于现行储能配置要求,模型优化结果使得水电消纳量提升了7 188 MW·h,失负荷电量下降了6 513 MW·h,总成本下降了319.4万元。横向对比了高水电占比地区、高火电占比地区、高新能源占比地区对不同类型储能的需求规模以及储能企业的收益情况,相关结论能够为未来储能投资发展提供参考。

电网友好型风电场多功能电—氢混合储能系统容量配置

在风电场内优化配置储能资源,可有效平抑风电强随机性与波动性对电力系统造成的负面影响,促进电网友好型风电场建设。目前,风电场储能系统存在应用功能单一、设备利用率低、盈利能力差等问题,制约了风电场储能系统的大规模应用。为此,该文对一次调频、功率预测补偿与新能源消纳等多种储能应用功能,提出一种风电场的多功能电-氢混合储能系统容量优化配置方法。首先,提出考虑一次调频、功率预测补偿与新能源消纳3种功能的风电场储能系统运行策略,进而提出了考虑储能设备特性的电—氢混合储能的能量管理策略;其次,在此基础上,基于时序生产模拟的方法,以净收益最大化为目标建立风电场多功能混合储能系统优化配置模型;最后,通过对河北省某风电场混合储能系统优化配置进行实例计算与分析。研究结果表明:采用该策略下的容量配置方法,能在考虑储能设备特性的基础上,满足电力系统多时间尺度的需求,有效提高电力系统的经济性。

基于GRU算法的弃电量预测及电-氢混合储能系统的运行优化

风/光等可再生能源的高渗透接入将增强电源侧输出随机性与波动性,导致弃风、弃光现象时常存在,将弃风/光量制氢是解决可再生能源深度消纳的有效途径。本文提出基于Adam优化的门控循环单元神经网络算法(GRU)对风/光弃电量进行预测,利用拉丁超立方和同步回代削减算法生成典型风/光发电不确定性场景。以系统建设成本最小化和运营成本最小化为目标,构建双层目标函数,第1层优化碱性电解槽(AWE)和电池储能系统(BESS)的容量配置,第2层保证系统在生成场景中运行最佳,同时引入惩罚项,以最大限度利用风/光弃电。以西北某地区风/光弃电量数据为例,采用不同结构的神经网络算法对弃风/光量进行预测,通过比较不同算法的均方根误差,验证了所提算法的准确性。最后对3种不同储能方案进行优化运行分析,研究结果表明,仅采用BESS系统年利润为负数且年投资成本最高,采用BESS-AWE混合储能系统比仅采用AWE系统年投资成本增加15.66%,但年利润增加了255%,弃电利用率为92%,有效提高系统经济性。

考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化

在当前电氢联系日益紧密以及微电网技术发展日益成熟的条件下,以单位电量成本、负载失电率和能量过剩率为目标函数,提出考虑电氢耦合的混合储能微电网容量优化配置方法。其中,氢储能系统主要包括电解槽、燃料电池及储氢罐等元件。该储能系统清洁无污染,能够提高光伏发电利用率,平抑直流母线电压波动。采用粒子群优化算法求解具体算例,得到综合经济性与供电可靠性最优的容量配置结果。通过对比分析不同优化算法与权重系数对配置结果的影响,验证了所提方法的有效性。采用RT-LAB半实物仿真平台将配置结果运用在实际情况下,保证了系统在实际工作中的经济性与稳定性。

计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电池储能模型和微电网可靠性评估指标体系;然后,计及系统元件故障,基于序贯蒙特卡洛法,提出计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估方法;最后,采用改进的RBTS BUS6 F4馈线系统对孤岛直流微电网进行可靠性评估,对比分析储能策略和电-氢混合储能容量对系统可靠性的影响。结果表明:氢储能可以有效提高系统可靠性,不同的电-氢储能策略和容量对系统可靠性具有不同的影响。

计及最小使用成本及储能状态平衡的电-氢混合储能孤岛直流微电网能量管理

随着微电网技术的日渐发展,微电网中储能系统逐渐多元化,电储能及氢储能与微电网的运行控制产生紧密联系,如何经济地运行不同种类储能系统成为学者关注的焦点。提出一种基于最小使用成本及储能状态平衡的电–氢混合储能孤岛直流微电网能量管理方法,该方法在满足微电网基础指标即电压稳定、功率平衡的基础上,结合使用成本最小算法及等效氢耗最小算法,对使用电–氢混合储能消纳光伏产生的多余电能以及释放能量用于功率缺额等情景进行最小化储能系统使用成本及维持储能系统储能状态稳定的优化控制,通过对各系统的直–直变换器层控制以及顶层的协调控制确定各储能系统的工作状态,从而完成系统的能量管理。通过RT-LAB半实物系统开展实时仿真,在实际工况下进行72h运行,验证所提方法的有效性,保证系统在实际工作中的经济型及稳定性。

计及效率特性的电-氢混合储能直流微网经济下垂控制策略

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构建了计及效率特性的电-氢混合储能直流微电网系统成本函数。再结合电-氢混合储能系统的互补工作模式,驱动各系统基于成本分散地实施电-氢混合储能系统的运行方案,进而提高直流微电网的自治经济性能。最后,通过RT-LAB实验平台开展实时仿真。结果表明:所提控制策略相较于传统经济下垂控制,能够实现燃料电池和电解槽高效率区间的稳定运行,验证了效率特性对经济运行的必要性;在一天的运行实验下,其运行成本相较于传统经济下垂控制降低了10.38%,验证了所提出策略的经济性。

计及功率交互约束的含电-氢混合储能的多微电网系统容量优化配置

在混合交直流多微网系统中,其经济性和运行可靠性受到容量优化配置的影响。考虑到基于电储能以及氢储能系统(电解槽/燃料电池/储氢罐)的混合储能系统所具有的优势,建立了电-氢混合储能型多微网系统框架。其次,针对电-氢混合储能型多微网系统,提出了考虑系统的实时能量供需状态和储能状态的多微网运行控制策略。在容量优化配置模型中引入功率交互约束模型,并在配置过程中嵌入所提出的运行控制策略。最后,以算例分析证明功率交互约束的必要性,并采用灰狼-正弦余弦优化算法求解配置模型。所得配置结果优于改进灰狼算法和改进粒子群算法。通过模拟全年运行情况,验证了所提优化配置方法的有效性和电-氢混合储能系统在季节性储能上的优势。

基于等效氢耗特征的孤岛电-氢混合储能多微电网功率自适应分配控制方法研究

在含电–氢混合储能系统的复杂多微电网中,为解决不同规模及类型微源所导致的公共负荷难以合理分配进而使交流母线电压频率失稳的问题,提出了一种基于等效氢耗的孤岛复杂多微电网功率分配自适应控制方法。该方法将微电网内不同微源承载能力等效为氢耗,统一评估不同微电网的载荷裕量,并根据实际微源的动态特性和运行机理自适应改变多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次调频分配系数,实现了通过分布式控制对公共负荷的实时合理分配。此外,所提出的VSG自适应控制方法通过识别频率变化快慢,使转动惯量和阻尼系数协同自适应控制。实现了减小频率波动超调量的同时提高系统的响应速度。最后,开展半实物实验,对所提方法的有效性进行了验证。

考虑需求侧响应的电-氢混合储能系统选址定容

随着分布式电源(distributed generation,DG)在配网接入比例的提高,配网的稳定性受到了剧烈的影响。传统的配电网管理模式很难对多种资源进行协调,因此主动配电网模式逐渐成为电网运营主流。为减小DG接入对主动配电网稳定性的影响,该文建立考虑需求侧响应的电–氢混合(electricity hydrogen hybrid,EHH)储能系统(energy storage system,ESS)双层模型。上层模型以考虑需求侧响应后的最小净负荷波动、最大用户购电成本满意度与用电舒适度为目标,基于电量电价弹性矩阵模型得出最佳分时电价制定策略。下层模型基于上层模型求解出的分时电价策略,以最小EHH-ESS的全生命周期成本(life cycle cost,LCC)、主动配电网电压波动与考虑需求侧响应且接入EHH-ESS后的净负荷波动为目标,通过对EHH-ESS进行最优规划实现其投资经济性、主动配电网负荷稳定性与电压质量的最佳权衡。最后通过扩展的IEEE-33节点验证了该文所提模型的有效性及所采用方法的优越性。同时,通过不同的运营场景对主动配电网的稳定性与EHH-ESS的经济性进行分析,基于NSGA-III算法得到的仿真结果表明:与仅配置EHH-ESS相比,考虑需求侧响应并配置EHH-ESS后,虽然LCC提高了5.16%,但净负荷波动与电压波动分别降低了6.56%与13.33%,验证了在考虑需求侧响应的情况下配置EHH-ESS可最大幅度改善主动配电网的稳定性。

计及海水淡化制氢的微电网混合储能优化规划

电氢混合储能系统优化规划是解决沿海地区大规模海上风电并网消纳问题的有效途径。综合考虑海上风电优先就地消纳及氢能绿色制取与高效利用,构建含海上风电微电网内电氢混合储能系统的运行模型及全寿命周期成本(LCC)模型,提出一种以经济最优为目标函数,计及海水淡化制氢的微电网电氢混合储能系统双层规划模型,应用于含海上风电微电网的容量配置和运行调度优化问题,并分别采用CPLEX求解器和改进粒子群优化算法(PSO)对内、外层模型进行求解。最后,以某地区海上风电场为例进行仿真计算,结果表明,含海上风电微电网经电氢混合储能系统优化规划后总成本降低19.5%,同时海上风电场弃风率减少9.3%,验证了所提模型的有效性与可行性。

碳市场下计及电-氢储能的综合能源系统需求响应策略

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善,传统电力需求响应已不满足双碳背景下多能耦合的综合能源系统(integrated energy system,IES)发展现状。为提高IES的综合需求响应(integrated demand response,IDR)能力,建立了考虑碳市场与电−氢储能的园区−用户双层模型。其中上层模型为考虑电−氢储能投资成本、碳市场履约成本及电/气/热多能耦合的IES模型;下层为包含可转移、可削减电热负荷的用户模型。然后引入运营商作为园区管理者,以运营商净收益最大、用户成本最小为目标函数,构建了运营商−用户主从博弈框架。最后算例仿真分析了碳市场环境下园区的需求响应效果,以及园区碳排放强度对IES系统碳排放的影响,并配置了不同情况下园区的电−氢储能,结果验证了所建双层模型及其互动方法的有效性。

面向新能源消纳的电氢耦合系统容量优化配置

随着以风电、光伏为代表的新能源发电比例的增加,大规模弃电现象日益显现。混合储能技术的应用可有效实现风光消纳;为此,该文提出一种面向新能源消纳的电氢耦合系统容量优化配置方法。首先,阐述了电氢混合储能与分布式电源的协同运行机理,建立风光出力模型;接着,综合经济性成本与新能源消纳能力,建立面向新能源消纳的电氢混合储能多目标容量优化配置模型并采用NSGA算法求解;最后,基于青海某地电网进行算例分析,验证了合理配置电氢耦合系统容量,可以有效提高系统的经济性,更好地实现新能源的消纳。

利用氢储能在含可再生能源系统容量配置综述

在“碳达峰”、“碳中和”和大规模新能源应用的背景下,氢储能具有清洁、大容量储存的特点,有助于提高新能源利用率和电力系统运行稳定,进一步减少碳排放,因此氢能源成为大力发展的未来能源之一。氢储能在容量配置以及经济性方面是现阶段研究的重点。文章以含氢储能微网的基本结构为例,介绍其各装置的数学模型以及相关研究进展,并详细介绍了氢储能和其他储能技术的特点以及应用;探究了目前在容量规划配置方面的现状,优化配置的相应优化目标和所存在的问题;对未来的创新和研究方向进行了分析与展望。低碳经济指标作为含氢储能新能源系统容量的经济优化评估将会成为“双碳”目标的研究重点。

计及多时间尺度不确定性的电-氢一体化储能站随机-鲁棒混合规划

考虑源-荷双侧长期不确定性对电-氢一体化储能站规划结果鲁棒性的影响,提出一种计及多时间尺度不确定性的储能站容量规划方法。首先,构建电-氢混合系统结构,并设计储能站主要运行模式;其次,考虑风、光、电、氢的时序相关性,提取考虑短期不确定性的源-荷双侧的时序典型场景,以年综合成本最小为目标,建立基于多场景随机优化的储能站容量规划模型;然后,进一步考虑长期不确定性,基于信息间隙决策理论对规划模型进行改进,提出考虑长-短期不确定性的储能站随机-鲁棒混合规划方法;最后,基于某风光电场历史数据进行仿真验证,并对缺能惩罚成本系数和氢气价格等关键因素进行灵敏度分析。仿真结果表明,所提方法可合理规划电-氢一体化储能站容量,提高电-氢混合系统的风险规避能力。

含电-氢储能的独立微电网优化配置分析

随着微电网应用普及率逐步提升,合理配置微电网的容量对于保障系统正常运行愈发重要,为此提出了一种耦合电-氢储能的独立微电网优化配置方法。首先,分析微电网系统结构并对各设备进行建模;其次,构建以等年值总成本最小为目标的电-氢耦合独立微电网模型,并充分考虑各设备的运行约束条件;最后,通过仿真分析不同容量组合方案对系统等年值总成本的影响。仿真结果表明,当独立微电网引入蓄电池和储氢发电系统后,合理配置独立微电网容量可以提高系统经济性和供电可靠性。

基于动态优化周期的风光氢储耦合系统改进能量管理策略

电/氢混合储能对离网风光发电系统的功率调节能力起到不可忽视的作用,但未充分考虑能量管理的综合性能。针对上述问题,提出了一种基于动态优化周期的改进能量管理策略。首先,以系统运行成本最小为目标进行日前优化。然后,在日内滚动优化的过程中自适应调节权重因子,合理协调短期功率平抑和长期状态优化,并对滚动优化周期进行动态调节,在减少冗余调节的同时,提升控制器的实时响应能力。最后,在实时校正层分别使用逐次变分模态分解和双层模糊控制对混合储能功率进行初次分配和二次分配,充分利用混合储能的运行特性并提升系统鲁棒性。算例分析表明,与传统策略相比,改进能量管理策略可使系统运行成本、能量失衡率和计算时间分别降低38.3%、63.1%和57.9%,提高了系统能量管理的经济性、可靠性和实时性。

计及阶梯式碳交易的风光氢储微电网低碳经济配置方法

在双碳大背景下,为提高微电网的自供电能力、稳定性和低碳经济性,提出一种计及阶梯式碳交易的风光氢储微电网低碳经济配置方法。首先引入电–氢混合储能系统,构建风光氢储交直流微电网的拓扑结构;通过在配置模型中引入阶梯式碳交易机制,建立以等年值综合成本最小为优化目标的低碳经济配置模型;结合交直流微电网的运行控制策略及基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的优化配置算法,求解微电网配置方案。结果表明,相较于传统方案,计及阶梯式碳交易和分时电价的优化配置方案年碳排放量减少了46.07%,自平衡率提高了1.86%,证明所提出的优化配置方案可提高微电网的自供电能力,增加系统的经济效益。