风力发电参与调频市场的机制优化及收益研究

随着风力发电并网容量日益增加,传统能源提供的调频容量已无法满足系统调频需求,目前政策允许风电参与系统调频,但现有调频辅助服务机制无法有效衡量风电参与调频的真实容量,对系统安全稳定运行带来了严峻挑战。在现有调频辅助服务机制基础上,引入风电调频可信度指标及综合调频性能指标对调频市场主体报价进行调整以衡量风电参与调频的真实容量,同时优化现有调频辅助服务机制的补偿细则。针对上述优化部分,建立风电参与调频市场的出清模型。算例结果表明,优化后的机制能够有效衡量风电提供的真实调频容量,促使优质的调频资源优先出清,同时风电可提高调频可信度指标及综合调频性能指标以获得较高的调频收益。

考虑储能充放电均衡度的风储联合调频控制策略

针对储能分组调频的充放电不均衡问题,提出一种考虑储能均衡度的风储联合一次调频控制策略。基于充放电任务分组执行的储能调频原理,建立了最佳放电深度下的储能分组调频充放电数学模型。为改善储能充放电不均衡问题,以储能均衡度构建2组储能的充放电综合下垂控制系数,并设计风储协同控制策略,在储能均衡度偏差较大时通过风机转子动能调频弥补储能功率不足,提升一次调频效果。最后以频率差偏移量及储能均衡度偏移量等作为评价指标进行仿真分析,结果表明所提风储联合调频控制策略有效改善了储能均衡度,降低了其对储能使用寿命的损害程度,同时提升了调频效果。

考虑攻防博弈的调频辅助服务市场博弈均衡分析

通过不断健全市场交易规则,新型资源逐步参与调频市场,极大提升了调频性能与资源的灵活互济。然而,受制于成本因素,部分新型调频资源的网络安全防护等级较低,黑客可能利用网络安全漏洞破坏调频市场安全。基于此,提出一种考虑攻防博弈的调频市场博弈均衡分析方法。首先,分析考虑篡改防护薄弱型调频资源报价信息的黑客攻击行为;然后,从攻击者角度构建以利益攸关方获利最大化为目标的攻击模型,设计考虑攻防双方主从Stackelberg博弈的调频市场均衡模型;最后,分析基于列和约束生成(column-and-constraint generation,C&CG)算法的调频市场均衡结果,通过对30机组调频市场进行算例分析,容量收益平均偏移度从攻击下的113.89%变为防御后的12.56%,表明防御者可以抑制攻击者造成的市场均衡偏移。

纵深防御理念下的核电机组调频能力深化研究

通过调研总结了国内、国外核电机组在调频方面的设计和运行经验,以国和一号调频能力深化研究为例,提出了开展核电机组调频能力优化评估的基本思路:首先是确定调频能力的优化目标;然后基于优化目标开展可行性评估,包括全寿期内反应堆冷却剂压力边界的完整性,控制棒和控制棒驱动机构的使用情况,以及运行中可能的技术风险;最后基于核安全纵深防御的理念提出了调频运行相关的安全改进措施,包括调频运行的投运和退出限制条件。深化研究表明,以包络EUR、URD和我国火电机组下限调频能力要求为优化目标,并考虑必要的纵深防御安全措施,国和一号具备进一步开展调频能力优化的技术可行性。

基于主从博弈的多源调频容量分配策略

随着新能源在电网中所占比例的不断增加,仅依赖火电机组难以满足新型电力系统的高质量调频需求,因此提出了一种基于主从博弈理论的风-光-水-火多源调频系统容量分配方法,该方法在确保电网调频安全性的同时兼顾了电网的经济性。该文所提方法将火电机组作为上层领导者,风-光-水机组作为下层跟随者,求解参与调频各机组在完成调频任务时的最优交互策略。首先,将参与调频各机组的调频特性嵌入到主从博弈框架下,建立风-光-水-火多源调频系统的主从博弈模型。其次,通过求解主从博弈模型得到参与调频各机组的最优调频容量。然后,采用改进的Shapley值法对风-光-水机组的调频收益进行优化。最后,通过算例验证该文所提方法的有效性。结果表明,与已有方法相比主从博弈方法能够使参与调频各机组的调频容量分配更加合理同时增加了参与调频各机组的调频收益。

基于充电站调频能力的虚拟同步发电机控制策略

随着大量分布式电源的接入,微电网惯性水平显著降低,易导致频率失稳。而充电站(charging station,CS)内入网的电动汽车(electric vehicle,EV)可为电网提供辅助调频服务,基于此该文提出了一种基于CS调频能力的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。首先,提出了基于CS调频功率的VSG控制架构,并基于用户充电需求,提出了反映EV调频能力的调频参与度因子计算方法;其次,提出了CS调频功率可控边界评估方法和基于EVs分类方法的功率响应模型;进一步,设计了自适应转动惯量、阻尼系数以及基于CS调频功率边界的频率-调频功率控制器;最后,在MATLAB/Simulink上搭建的CS VSG模型上进行仿真,验证了所提出的控制策略能减小频率的偏移量,提高系统的频率稳定性和动态调节能力,并基于CS调频能力和频率偏移量决定响应调频功率,实现其在CS内EVs间的合理分配。

基于权重系数校正的火储两阶段联合调频方法

随着不确定性可再生能源大规模并网,电网频率特性日益复杂。传统火电机组具有响应时间长、无法准确跟踪指令等问题,亟须利用储能提高火电机组参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)调频时的调节性能。首先,针对调频考核规则,建立调频性能指标数学模型,并考虑火储系统出力特性,结合改进层次分析法校正调频子指标权重系数,以此构建以调频性能最优为目标的第一阶段优化模型;在此基础上,为了减少储能荷电状态(state of charge,SOC)越限和深度充放情况,以储能SOC偏差最小为目标构建第二阶段优化模型。仿真验证表明:所提的两阶段调频方法能够提高火储联合系统的调频性能和调频收益,同时有效减少储能深度充放情况和工作寿命损耗,提高储能辅助调频服务的可持续性。

MW级飞轮储能参与新能源场站一次调频性能分析及对比

新能源场站出力受气象条件影响明显,其一次调频性能不稳定;尤其在低频扰动下,其调节性能需要新能源场站提前预留备用容量满足电网调频需求。某50MW风电场通过配置5台1MW/35kW?h飞轮储能,实现由飞轮储能承担整个风电场调频功能,通过现场测试,其飞轮储能一次调频平均上升时间为228ms,平均调节时间为303ms,平均控制偏差为0.22%,其调节性能、调节容量满足标准要求,可以满足由飞轮储能承担整个风场调频要求,且与风电、常规火电调频性能对比,飞轮储能调节性能调节性能优势明显。

基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多目标遗传算法(MOGA)的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层:上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态(SOC)的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高增加了电网频率控制的复杂度,储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题,但受储能运行的安全性与经济性约束,要求调频措施更具针对性。文中对此展开研究,提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先,在储能辅助电网调频模型基础上,选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法,通过电网频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析,设计基于频率响应特性的调频需求分区规则;然后,根据不同调频需求对应的分区判断,对储能有功输出方式进行动态调整,以响应调频需求的不确定性,并在此基础上,针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系,通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡;最后,仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上,有效降低储能充放电深度。

风电场参与电网调频的多机协同控制策略

【目的】考虑风电场中不同风况下风电机组参与一次调频能力的差异,在下垂控制和惯量控制策略的基础上,对机组的调频能力评估方法进行优化。【方法】提出了一种改进的多机组调频参考功率协同控制策略。【结果】引入多机组协同控制方法能够有效改善机组之间调频参考功率的分配,从而有效调节各机组参与系统一次调频的程度。在惯量控制和下垂控制的基础上引入改进的协同控制策略,依据机组在实际风况下运行的状态,评估机组能够有效参与一次调频的参考功率。引入调频能力系数能够实现调频功率参考值在各机组之间按能分配。【结论】协同控制策略能够有效保护风电机组转速,同时能够有效改善电网频率响应。

基于暂态导数极性分段优化的VSG二次调频控制策略

二次调频能使电力系统在一次调频过程中始终满足频率稳定的要求。采用虚拟同步发电机VSG控制策略的并网逆变器在离网运行时仅具备一次调频特性,若VSG的输出频率超出安全工作区间时将会对微电网的稳定运行产生影响,因此,需在有功控制环加入固定积分系数来实现频率无差控制的二次调频,但传统二次调频存在恢复时间与频率振荡的固有矛盾。提出一种根据暂态导数极性分段优化的改进VSG二次调频策略,该策略基于频率恢复特性,将频率恢复过程划分为2个阶段,并分别配置不同的积分系数,使得整个频率恢复时间缩短,且避免了频率的振荡,并给出了所提方法关键参数的设定依据。最后通过仿真与基于HIL的半实物平台验证了所提策略的可靠性。

基于动态能量贡献度的机组调频能力评估方法

针对不同类型的同步机组缺乏统一、有效的调频能力评估方法的问题,从一次调频过程中的动态能量角度出发,在调频动态过程的不同阶段,构建机组一次调频能力评估指标,从能量贡献速度、深度、强度多维度评估机组一次调频的速动性、可靠性和重要性。基于改进的10机39节点系统,通过不同调频能力场景下各指标的计算情况以及和传统评估指标的对比,验证了该方法的合理性和有效性。在此基础上,量化研究了影响机组调频能力的关键因素,从能量的角度解释了各参数对调频动态指标的影响。该方法对于发现电网中存在的调频瓶颈以及提升电网的调频能力具有一定的参考价值。

独立储能电站参与电能量和调频市场容量投标的协同优化

首先,分别应用多面体不确定集合和基于Wasserstein距离的不确定集合描述调频信号和实时电能量和调频市场价格的不确定性。其次建立独立储能电站参与联合市场的分布式鲁棒优化模型,以协同优化不同市场的申报容量。模型中引入实时调频性能指标以反映调频响应对调频收入、充放电成本以及退化成本的综合影响,从而更好地优化储能的自调度计划。采用拉格朗日对偶法将所建立的分布式鲁棒优化模型转换为经典鲁棒优化模型,并通过去绝对值、构建分段函数等方法进行线性化后调用gurobi求解器进行求解。最后通过算例验证所提优化模型的正确性和有效性。

基于调频信号自适应分解的电池储能辅助二次调频控制策略

以清洁能源发电为代表的零碳机组大规模并入电网,其间歇性和不确定性带来的频率波动愈发凸显。针对电池储能辅助火电机组调频灵活性不足、荷电状态维持效果不理想的问题,提出一种基于调频信号自适应分解的储能辅助二次调频控制策略。首先,综合灵敏度、储能荷电状态、频率偏差状态3个因素,给出区域调节需求信号和区域控制误差信号的切换时机判据;计及火电机组爬坡率限制和储能荷电状态限制,提出自适应调频信号分解策略,构建回报增益与荷电状态之间的规律并将其作为调节参考值,利用频率偏差对参考值进行修正,最后通过状态一致性检测模块判断回报增益的输出,以实现2种调频资源的优势互补。通过单区域系统频率响应模型仿真,验证了本文策略的有效性。结果表明:本文策略能够提高系统的灵活性,使各调频资源形成互补关系。

考虑充放电激励机制的电动汽车聚合商参与能量-调频市场多阶段运营策略

完善电动汽车(EV)主动参与充放电双向互动调频的激励机制,综合考虑EV充放电行为在能量-调频市场中的多阶段交互影响,有利于准确评估聚合商参与电力市场的收益。提出了EV聚合商参与多品种市场的多阶段运营策略,以实现聚合商的运营收益最大化。基于充电行为特征的统计数据,建立单体EV的功率及能量响应边界,并考虑用户参与充电和放电控制的差异性,结合用户自身偏好、电池损耗,提出EV集群的充放电激励机制,并在此基础上建立EV集群功率及能量的响应边界约束。基于EV充放电调节控制的时序性和多阶段市场的调频需求,建立考虑多阶段时序交互的多品种市场运营收益优化模型。结合PJM市场的运营案例,验证所提充放电激励机制和运营策略的有效性,结果表明其能在保障用户充电需求的基础上,有效提升聚合商参与能量-调频市场的收益。

面向储能辅助火电机组一次调频的深度强化学习控制策略

为充分挖掘火储联合系统中储能单元的一次调频潜力,同时减少火电机组调频频度,提出了一种基于双延迟深度确定性策略梯度算法的储能辅助火电机组一次调频控制策略。搭建了典型含有火储联合调频系统的区域电网一次调频模型;以提高电网频率控制效果、维持储能荷电状态(SOC)平稳、减少火电机组调频动作次数等多项目标建立优化问题,综合考虑电网运行状态及调频动作的约束,将储能辅助火电机组一次调频问题建模为一个马尔可夫决策过程;使用双延迟深度确定性策略梯度算法进行优化问题求解。典型调频任务场景的仿真结果表明,与传统火储联合调频控制算法相比,所提出的储能辅助火电机组智能调频控制策略可使电网频率偏差均值降低约10.4%、火电机组的调频动作次数减少约56.2%,验证了该策略能在有效释放火储联合系统的调频潜力,同时大幅减少火电机组一次调频频次。

计及调速系统详细模型和调频备用的大扰动下频率最低值预测方法

随着新能源占比的提升,系统惯性降低、调频资源减少,系统频率稳定问题严峻。因此在新型电力系统运行方式多变的背景下,如何快速精准评估大功率扰动下系统频率安全指标显得尤为重要。其中频率最低值指标由于与多种参数存在高度非线性且无法显式表达的量化关系而难以实现快速准确预测,是频率稳定安全指标评估的研究重点。然而,目前频率最低值快速预测方法难以考虑调频备用的影响。为此,基于系统频差曲线抛物线近似的假设,对平均系统频率(average system frequency,ASF)模型进行开环解耦,进一步得出系统频率最低值时间与调速器输出功率之间的量化关系,最终实现考虑调频备用容量的频率最低值快速预测方法。该方法在小系统和ACTIVSg2000算例上的预测精度分别为99.28%和97.71%,算例结果证明了算法的有效性。该方法对频率安全约束下机组组合、频率稳定控制措施的有效性评估以及频率稳定约束下系统新能源运行承载能力评估等问题具有重要意义。

考虑换电需求响应的换电站参与电能量-调频市场竞价策略

电动汽车(EV)大规模发展会加大电网的调峰调频压力。通过换电站市场化运营,可有效激励换电站利用EV换电需求和换电站电池灵活性资源,缓解电网调峰调频压力。为此,提出了换电站参与电能量市场和调频辅助服务市场的协同竞价策略及其两阶段优化模型。第1阶段依据调频市场需求制定换电价格,引导EV调整换电需求,优化冗余电池数量及时序,以便与调频需求趋势一致,进而提升换电站调频服务收益;第2阶段考虑换电站需求响应和市场调峰调频需求,制定换电站竞价策略。所提出竞价策略在优先满足EV换电需求的同时,可降低换电站充电成本、提升调频服务收益,并助力电网调峰调频。算例仿真结果验证了所提策略的有效性。

磁耦合式可调频压电振动俘能器

为提高压电振动俘能器的环境适应性,提出一种磁耦合式可调频压电振动俘能器,利用激励器上主动磁铁和组合换能器上被动磁铁间的耦合作用及横摆簧片实现压电振子的单向限幅激励。通过对俘能器及磁对的建模和仿真分析,获得了俘能器结构参数对俘能器输出性能的影响,在此基础上制作俘能器样机并进行实验研究,获得了俘能器纵摆质量m_(1)、横摆质量m_(2)、横向距离Lx、纵向距离Ly、竖向距离Lz及负载电阻对俘能器输出性能的影响规律。结果表明:存在两阶谐振频率f_(1)和f_(2)使输出电压出现峰值U_(n1)和U_(n2),调节m_(1),m_(2),Lx,Ly及Lz会影响f_(1),f_(2),U_(n1)及U_(n2);其他条件一定时,存在最佳负载电阻2 200 kΩ使输出功率达到0.122 mW。通过选择合适的结构参数能够提升俘能器的有效频带和输出电压,对增强压电振动俘能器的可靠性和频率适应性具有一定的参考价值。