基于小水电站的风光水互补系统互补特性研究

针对并网型风光水互补发电系统,在系统负荷给定时,建立具有互补特性的风力发电子系统、光伏发电子系统和水力发电子系统;根据电源特点,提出水-风-光协同控制策略,分析风-光-水能源互补发电特性;通过定义系统的调峰容量比,对系统互补特性进行分析。结果表明,较单一发电子系统,采用并网型风光水互补发电系统,调峰容量大幅下降,全年调峰容量比均低于50%,表明互补系统能够在解决水能、风能和光能发电波动性的同时,减小系统所需调峰容量,实现稳定的电能输出。

水光互补系统互补特性分析与评价

利用水电机组快速调节性能平滑并网光伏电站出力波动的水光互补系统目前尚无运行特性分析及评价考核方法和标准,以龙羊峡水光互补系统为例,详细介绍了水光互补运行特性,并提出了应用于水光互补系统评价考核的补偿度的方法,通过对该方法的科学性和合理性的理论论证以及在不同天气情况下进行补偿度的试验验证,表明该方法可以科学准确的表征水光互补性能优劣,通过补偿度的评价表明龙羊峡水光互补系统能平滑光伏波动对系统的影响,切实能提高系统稳定水平。

多能源电力系统互补短期优化调度

针对多能源优化调度运行中新能源利用率不高,建立以火电厂机组发电和外购电经济成本最小化为目标函数,综合考虑火电厂机组的各种约束条件,提出含风光水火电互补系统的火电日前优化调度模型,以及一种融合优先顺序法与改进的多目标布谷鸟算法的模型求解算法。在风光水电调度已知的情况下,提出了基于互补系统波动性最小的火电日前调度和基于互补系统跟踪负荷曲线的火电日前调度两种优化运行策略,针对所提优化调度模型及求解算法对两种运行策略分别进行仿真分析。结果表明,该模型及求解算法能够应用于不同条件下的运行策略,具有一定的可行性及实用性。

数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统。建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系。制定了两种考虑负荷特征的运行策略,采用改进的多目标蝗虫优化算法对系统容量配置进行求解。为了分析优化目标和运行策略对系统优化的影响,通过组合不同优化目标和运行策略形成了多种优化设计方案,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的权重,并利用多准则妥协解排序法进行评价排序。针对青海省某数据中心的案例,获得其能源系统的优化设计与运行方案。研究表明:运行策略主要影响吸收式制冷机和地源热泵的容量,而优化目标主要影响储能设备的容量;在相同的运行策略下,增加优化目标可提升系统的综合性能;对于不同的方案,生命周期成本、碳排放、能耗等基础优化目标值变化较小,而电网购电率和热量浪费率变化较大;通过实施五目标优化,即在基础优化目标的基础上增加热量浪费率、电网购电率,系统的综合性能得到了显著提升,其中热量浪费率和电网购电率分别降低了62.30%和25.92%,可再生能源发电占比增加了2%。

公路隧道风光水储互补发电系统容量配置研究

为降低公路隧道的电力运营成本,探究可再生能源互补发电系统在公路隧道的应用前景,研究合适的容量配置求解方法。建立利用风、光、水和储能设备的互补发电系统为公路隧道提供电力资源。以特长公路隧道(总长7.1 km)为估算模型,采用改进后的粒子群优化算法,即离散型自适应粒子群优化算法,以全生命周期的建设成本和设备维护成本最小为目标函数,以缺电负荷率(LPSP)和储能电池的状态为约束,对风力发电设备、光伏发电设备、水力发电设备和储能设备的最优容量配置进行求解。结果表明:1)对比标准粒子群算法,离散型自适应粒子群优化算法的总投入成本更少,寻优能力更强;2)对比该隧道1年的用电成本,前期投入将在5年内回本;3)在风光水储互补发电系统的设备全生命使用周期的20年内,该隧道可节省1 920.39万元电费。

面向薄弱配电网的农村多能互补系统储能协同优化配置

位于配电网薄弱区域的农村常常存在供能可靠性不足的问题,导致接入大规模光伏的多能互补系统难以在此类地区广泛开展。储能系统作为新型能源系统融合的纽带,能够有效提升此类地区的供能可靠性。为此,文中提出一种面向薄弱配电网的农村多能互补系统(rural multi-energy complementary system,RMES)储能协同优化配置策略。首先,明确包含生物质废弃物能源转化系统的RMES架构。然后,以系统缺供损失成本作为评判依据,提出一种储能配置评价准则。最后,建立计及储能全生命周期成本的RMES多元储能协同优化配置模型。针对该模型的特性,将其解耦转化为包含规划-运行两阶段的双层优化模型,并采用粒子群算法和Gurobi求解器相结合的混合策略进行求解。算例分析表明,所提储能配置评价准则有效激发了RMES配置储能的积极性。此外,构建的多元储能协同配置模型使得RMES表现出更好的经济效益和环境效益,并且在提升系统运行可靠性方面具有优越性。

考虑避振条件的水风光互补发电系统运行经济性评估

为更加全面、准确评估水电机组在风光水互补发电系统中的经济性表现,本文将水电机组寿命损耗成本纳入机组运行成本,建立以机组运行成本最小、发电量最大、功率负荷偏差最小为目标的风光水互补发电系统经济性评估模型,充分考虑水电机组运行策略的区别,对比机组避振与不避振运行时的系统经济性特征与机组运行特点。基于NSGA-Ⅱ智能优化算法对模型求解,以国内某清洁能源基地为例分析了风光典型出力场景下系统运行经济性。研究结果表明,相比水电机组不避振运行,采用避振运行方式的水风光互补系统虽然发电量和功率与负荷偏差均值分别降低了0.09%(0.02 GWh)和2.10%(1.89 MW),但运行成本均值下降了0.24%(1.71万元)。综合来看,在发电量未有明显提升的情况下,虽然功率与负荷偏差方面不避振运行方式表现较为优越,但由于机组疲劳损耗导致的运行成本显著增加、机组安全问题突出,其综合经济性表现不如避振运行方式。该研究对于优化水风光互补系统中水电机组的运行方式,提高互补发电系统整体经济效益有一定指导意义。

小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响研究

针对新型电力系统建设过程中,面临的小水电调节能力不足的问题,本文提出了梯级小水电与光伏互补运行的优化调度方法,实现了小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的影响评估,可指导水风光蓄多能互补运行。首先,以计算周期内系统发电量最大和系统总出力波动最小为目标函数,面向小水电的梯级水光蓄互补电站联合调度模型;其次,提出水光蓄互补电站联合调度模型求解的基本思路,并采用改进逐步优化算法进行模型求解计算;最后,依托四川省大渡河上游支流小金川流域开展实例研究,并通过梯级水光蓄互补调度结果与梯级水光互补调度结果的对比,分析抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响。研究结果表明:通过梯级水风光蓄互补调度和梯级水光互补调度计算,可实现抽水蓄能机组对水光互补系统发电影响的评估。本次研究成果对水风光蓄清洁能源基地规划建设和调度运行具有一定的思路借鉴和参考价值。

考虑时空相关性的流域水风光多能互补系统高维不确定性场景生成方法

受到变量维度高、时空随机关联等复杂因素影响,如何生成年周期的径流、风电光伏出力耦合场景序列是西南流域水风光一体化多能互补规划和长期调度面临的关键难题。该文提出一种考虑时空相关性的流域水风光高维耦合不确定性场景生成方法。以多年长序列历史数据为输入,首先,构建基于季节性马尔科夫链的时序相关性模型,分别捕捉径流、风光发电能力年内逐月时序状态转移特征;其次,构建基于混合Copula函数连接的C藤水风光空间相关性模型,表征流域内水风光异质能源的空间相关特性;以时空相关性建模结果为基础,结合蒙特卡洛抽样,提出水风光多能互补系统高维耦合场景集生成方法。最后,以我国金沙江下游梯级电站以及金沙江下游区域内风光电站为应用实例,对比验证了所提方法的有效性。

新型光煤互补发电系统热力性能及技术经济性研究

为了减弱太阳能波动对光煤互补发电系统性能的影响,提出了新型光煤互补发电系统,建立了关键设备模型及子系统模型并进行验证,对新型光煤互补发电系统的热力性能及技术经济性进行了研究。结果表明:系统热力性能随运行负荷的下降而下降,随太阳辐照强度增加而先升高后下降;系统年均输出功率为699 MW,年均节煤率为7.506 g/(kW·h),年均光电效率为10.82%;储热时长为10 h时系统技术经济性最优,此时全寿命周期内净现值为4.18×10^(4)万元,内部收益率为11.81%,动态投资回收期为12.6 a,平均度电成本为0.402元/(kW·h),盈利能力较强。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

牧区离网型风光储互补发电系统的推广应用

内蒙古草原面积88万多平方公里,占全国四分之一,牧区电力供应非常重要。经过多年建设,内蒙古已建成以大电网为主、离网型为辅的牧区供电系统。牧区定居点实现了大电网覆盖,而放牧转场、牲畜饮水、牛羊药浴机械设备主要采用离网型发电系统。近些年,内蒙古自治区农机推广部门与大专院校合作,积极开展离网型风、光、柴、储供电技术应用研究和示范推广,其中风、光、储互补发电系统(以下简称风光储互补发电系统)是目前牧区应用最为广泛的离网型供电形式。

基于去噪扩散概率模型的水⁃光互补系统随机场景生成方法

随着水-光互补系统应用越来越广泛,准确地描述水-光出力的不确定性对电网的运行和规划具有重要影响。现有多源融合特性建模方法不仅存在考虑可再生能源出力时空相关性不充分的问题,而且在实际复杂应用环境下要进行先验假设,进而导致生成质量降低。基于此,文中提出了基于去噪扩散概率模型的水-光互补系统随机场景生成方法。首先,将结合欧氏距离和L2正则化的损失函数作为衡量生成噪声与原始噪声分布差异的标准,并设计适应水-光-荷随机场景生成的UNet网络结构;然后,通过对前向过程不断加噪和逆向过程不断去噪训练,捕捉水-光-荷多维变量相关性变化及波动特征,拟合其概率分布规律;最后,对多源数据协同建模,高效生成水-光互补系统随机场景。文中算例基于某地区电网实际采集数据进行测试,通过综合评估指标验证了所提方法的有效性。

水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模方法研究

为解决水火风光多能互补发电系统联合优化复杂问题,提出了一种水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模和求解方法,上层以余荷均方差和期望均值最小为目标函数对水风光清洁能源打捆进行联合优化,下层以成本经济指标最小为目标函数对火电适配余荷进行优化。以江西省典型春秋季、夏季和冬季江西省的电网负荷以及风电、光电的出力过程为研究对象进行实例分析,采用研究团队提出的DPSA-POA和智能算法混合优化方法进行模型求解,验证了本文所提两层优化建模和求解方法的有效性。并发现了风光可弃情境相比风光完全消纳情景虽然在火电出力上有所提高,但在整体运行费用上有所降低。在以春秋季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了5.79%,多能互补系统整体运行费用减少了4.97%;在以夏季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了0.32%,多能互补系统整体运行费用减少了1.95%;在以冬季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了10.70%,多能互补系统整体运行费用减少了6.78%。该方法为求解水火风光多能互补联合优化复杂问题提供了一种新的思路。

含水层储层多能互补系统的采热效果数值模拟分析

构建了一种基于含水层储层的多能互补系统,分析了含水层多能互补系统的地层温度响应特征和产水井温度变化规律,探讨了回灌温度、井底压差和井间距对产水井温度的影响规律,最后通过响应面法分析了各因素的显著性。结果表明,该系统可有效延长地热井使用年限,并实现将波动性能量通过地层内的热量交换和平衡最终输出稳定能量的功能。提高回灌温度可减缓产水井温度的下降幅度,增大井底压差会缩短平衡产热时间并加速产水井温度下降,增大井间距导致产水井稳定时间延长并减缓产水井温度下降幅度。采用响应面分析方法,分析出4个因素对产水井水温影响的主次顺序为井间距>井底压差>回灌温度>使用年限,交互作用中影响最大的为回灌温度与井间距。

多能互补发电系统电/热/氢储能容量协调优化配置

针对无常规电源支撑的风-光-热-储-氢多能互补发电行经济性和利用率具有重要意义。该文提出一种基于全年8760 h系统,协调优化配置电/热/氢各类储能容量,对提高系统运时序生产模拟的多能互补发电系统电/热/氢储能容量协调优化配置方法,建立以系统等年值收益最大为目标,考虑系统电/热/氢能量流平衡作用、新能源利用率、外送通道容量、各类电源和储能系统运行约束的电/热/氢储能容量优化配置模型,并提出新能源弃电状态与电/热/氢储能装置的耦合运行策略;以风/光全年8760 h理论出力序列为输入,通过求解模型得到兼顾系统经济、安全和清洁性的电/热/氢储能最优配置容量。算例基于我国西北某多能互补发电系统进行仿真测试,验证所提出的全年8760 h时序生产模拟方法的有效性,量化分析系统成本和电价、储能运行策略等因素对容量配置结果的影响。

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。

水风光互补系统一次调频方案研究

为解决新能源并网后产生的频率问题,提出一种考虑水风光互补的调频策略。首先,建立含风、水、光、荷的简单系统数学模型;其次,结合水轮机、风电机组、光伏及其调频策略所对应的代数微分方程和基于直流潮流的系统网络方程,推导出负荷扰动时水轮机、风电机组、光伏并网节点频率响应的频域解析式;最后根据解析式分析调频死区和调频控制参数等对系统频率的影响,提出一种水风光互补系统联合调频方案。在仿真软件PSD-BPA中搭建四机系统及实际电网的仿真模型,对调频方案的有效性和可行性进行验证,多场景下仿真结果表明该方法可提高系统一次调频能力。

计及风光出力相关性的风光水储互补系统优化调度

由于风电、光电及水电出力均具有随机性、波动性等特点,其大规模投入电网所带来的不确定性成为目前多能互补系统研究的难点。对此,构建了以抽蓄电站为储能装置的风光水储互补系统,为充分考虑风光出力的不确定性与相关性,采用Frank-Copula联合概率分布函数生成风光出力场景;在水电站丰平枯时期不同出力特性下综合考虑系统各约束,以互补系统出力波动性最小为目标建立优化调度模型,并采用遗传算法进行求解;最后通过算例分析验证了所提模型的有效性,结果显示在引入抽水蓄能电站后,系统的波动性都有所降低,其中丰水期降低了12.65%,平水期降低了15.79%,枯水期降低了24.26%,这表明风光水储互补系统可以减少风电、光伏发电及水电的波动性对电网的影响。

水光储互补特微型发电系统设计与评估

针对美丽乡村建设不断增长的绿色发展需求,提出了一种采用虹吸式水轮机和光伏板作为发电装置,配合蓄电池储能的水光储互补特微型发电照明系统方案。虹吸式水轮机使用稳态数值模拟计算出力及效率,结合水位数据计算发电量,光伏板使用面积法结合太阳辐射数据估算月发电量,并计算了提供给夜间照明和电网的电量。分析了系统的建设成本、经济效益和减排效益,结果表明本系统拥有切实可行的推广前景和减排效益。