负荷柔性调控与供需互动关键技术

随着传统电力系统向新型电力系统转型升级,电源结构和负荷形态发生重大变化,“源荷”双侧随机性、波动性显著增加。叠加近年来极端天气因素影响,需求侧季节性负荷峰谷差加大,电力供应保障面临极大挑战,须进一步释放负荷资源参与电网调控。

基于多维价格弹性系数的分时电价对负荷特性影响机理

基于23个省级电力公司经营区各行业固定用户群负荷曲线,测算多维价格弹性系数评估分时电价调整对各地区各行业峰谷时段用电的影响,并分析峰谷段电力需求对多维价格指标的敏感性。利用多维价格弹性系数定量评估各地区各行业降低峰段电量、提升谷段电量、缩小负荷峰谷差率三维电力电量指标对提高高峰时段电价、降低低谷时段电价、拉大峰谷电价比三维价格指标的敏感性。根据多维价格弹性系数分析结果可针对不同地区、行业、时段提出分时电价优化调整策略。

基于弹性优化机制的社区负荷EV分群优化策略

针对EV无序充电对电网造成的负荷波动,文中提出了基于弹性优化机制的社区负荷EV分群优化策略。该策略以社区EV返程时刻为标准划分社区负荷序列和EV车辆序列,根据策略响应度将EV车辆序列划分策略响应车群和普通车群。电网侧与策略响应车群签订具有弹性限度的合约A与合约B,并制定各车群的充放电计划。合约A侧重考虑用户效益,通过控制策略响应车群各EV序列充放电,分别优化各车辆序列对应的社区负荷序列,尽力获取放电收益。合约B侧重考虑用户用车需求,通过调整EV的充放电计划,在平衡合约执行度和EV可用度的同时最大化降低社区序列负荷波动。文中以某社区居民家庭负荷为算例,以最小化负荷峰谷差和用户支出费用为目标函数,通过MATLAB、Yalmip平台和Gurobi求解器联合建模求解各合约场景。结果表明,策略实施后,各合约场景下的社区负荷峰谷差分别降低了3.74%、2.87%和5.04%,EV序列费用支出分别减少了10.80%、5.23%和10.55%。

特约主编寄语

随着新型电力系统的快速建设,新能源发电量的占比稳步提高。新能源出力具有较强的波动性和间歇性,给新型电力系统的安全稳定和可靠供应带来巨大挑战。叠加近年来极端天气因素影响,需求侧季节性负荷峰谷差日益加剧,使得新能源发电与用电需求时域不匹配的矛盾进一步突出。

一种电动汽车“预约充/放电”模式的优化配置方案

EV(电动汽车)数量的激增,加剧了配电网的电压越限、线路网损等问题。为了优化EV负荷与配电网之间单向且随机的充电交互模式,提出一种EV“预约充/放电”模式及其优化配置方案,通过将大规模EV负荷分时段聚集,同时计及RDG(可再生分布式电源)与EV充电站的协同优化,有效降低有功功率网损,减小电压偏差,保证配电网安全稳定运行。首先,建立考虑EV“预约充/放电”模式的配电网有功、无功协同配置数学模型,将EV充电站的有功、无功出力以及RDG的无功出力作为优化变量;其次,采用二阶锥松弛方法,将原始非凸可行域转化为凸二阶锥可行域,进而获得数学模型的最优解。最后,选用改进的IEEE 33节点系统进行仿真,验证所提方案的可行性与有效性。

考虑需求响应与火蓄调峰的优化调度模型研究

为了应对风电等可再生能源接入引起的系统调峰压力增大且影响系统经济运行的问题,进一步挖掘新型调节电源、传统调节电源和负荷侧协同调峰的潜力,综合利用负荷侧的需求响应和电源侧的抽水蓄能、火电三种调峰措施联合调峰,构建考虑需求响应和火蓄参与深度调峰的电力系统两阶段优化调度模型。第一阶段优化模型中引入负荷侧的需求响应,以最小化负荷与风电差值的平方之和为目标,优化负荷曲线,降低系统峰谷差;第二阶段优化模型利用电源侧的抽水蓄能和火电深度调峰,计及火电深度调峰电量损失成本、抽蓄调峰成本和弃风成本,以系统总运行成本最小为目标,在第一阶段模型的基础上优化各机组出力,增加风电上网空间。以改进的IEEE30节点系统进行算例分析和两阶段优化模型有效性验证,结果表明,所建模型可提高调峰能力,促进风电消纳,并降低系统总运行成本。火电机组进一步降低出力,积极参与深度调峰,能够有效促进系统风电消纳。三种调峰方式有机结合联合参与调峰,降低了负荷的峰谷差,不仅有效降低了弃风率,还减轻了系统的调峰压力,缩短了火电深调时段。

基于改进遗传算法的配电网运行稳定性分析

稳定性分析是了解配电网状态的重要手段,但随着配电网结构逐渐复杂,稳定性分析难度逐渐提高,在实践中分析结果与实际存在较大的差距,一致性系数较低,针对目前配电网运行稳定性分析存在的问题,提出基于改进遗传算法的配电网运行稳定性分析。以配电网运行负荷峰谷差最小和母线直流电压峰谷差最小为目标,建立配电网理想运行目标函数,并对配电网运行节点功率平衡、电压以及可平移负荷约束,建立配电网理想运行状态模型,利用改进遗传算法对数学模型寻优计算,量化配电网运行稳定性,实现基于改进遗传算法的配电网运行稳定性分析。经实验证明,设计方法分析与实际一致性系数在0.95以上,具有较高的分析精度。

5G基站储能技术在虚拟电厂能量调度中的应用

虚拟电厂能量调度过程中,忽略储能出力的不确定性,使得调度后负荷功率峰谷差值明显。因此,提出5G基站储能技术在虚拟电厂能量调度中的应用。以系统日运行成本最小为目标,建立虚拟电厂能量调度目标模型,根据5G基站储能调度流程,建立电网功率约束,对储能出力进行确定性调节;利用列和约束生成法对调度模型进行求解,得到虚拟电厂能量调度策略。实验结果表明,将5G基站储能技术应用于虚拟电厂能量调度中,能够有效削峰填谷,可达到良好的调度效果。

考虑淡旺季用户效用的居民用电套餐模型

随着售电侧放开,居民对电力零售商有了更多的自主选择权,零售商需要根据实际用电需求设计适合居民的用电方案,为此文中设计了考虑淡旺季用户效用的居民用电套餐。首先,以家庭平均每月用电量计算用户效用函数,并以此获得用户选择各类用电套餐概率;然后,以零售商利润最大为目标,建立套餐的成本收益模型;最后,用粒子群算法对该模型进行求解。算例仿真结果表明,零售套餐的设置,给用户提供了更多的选择;不但提高了用户用电效用,而且有效地提高了零售商的期望利润,同时减少了居民用电峰谷负荷差。

大规模潮流能发电接入电网的调峰充裕性评估

随着潮流能发电技术日趋成熟,大规模的潮流能发电系统将并网运行。潮流能发电系统的输出功率每天随时间在零和最大功率之间变化,这对电网的调峰能力提出了新的挑战。文章基于非序贯蒙特卡洛模拟方法,通过计算调峰不足概率指标对大规模潮流能并入电网条件下的电网调峰充裕度进行评估,研究潮流能极限接入功率,并与风电接入后系统的调峰充裕性进行比较,由于潮流能的可预测性,潮流能的接入对系统调峰充裕度的影响远远小于风力发电。通过对IEEE-RTS32机测试系统进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。

深化调峰的电动私家车/出租车群组合优化充放电策略

文章提出一种深化调峰的私家车/出租车群组合优化充放电策略,该策略采用蒙特卡洛模拟法模拟私家车、出租车和公交车3种类型电动汽车充电负荷,分析不同类型电动汽车对电网负荷峰谷特性的影响。基于车主意愿差异确定车主对充电价格差和放电电价的响应特性,将电动汽车细分为V0G,V1G,V2G 3种类型,并计算出3种类型电动汽车数量。进而以负荷峰谷差和负荷方差最小为优化目标,决策求解各类型电动汽车充放电起止时刻。仿真算例结果表明:文章所提充放电策略能更好地激励各类型电动汽车积极参与调峰,可进一步减小负荷峰谷差。

考虑核电参与的多能联合调峰系统低碳经济调度

随着“低碳经济”的发展,核电、风电等大规模接入电网已是必然趋势,但风光等间歇性能源渗透率的提高以及核电机组满发运行的方式,导致了负荷峰谷差的不断加大。为了满足系统调峰需求和核电安全性要求,建立了多能互补的风-核-火-气-抽水蓄能联合优化调度模型。所建模型在传统经济调度基础上引入碳交易机制,以联合调峰成本最低为目标,计及系统约束和各电源运行约束,对联合调峰系统消纳风电的能力以及核电调峰模式的改变进行了分析。基于核电机组实际运行特点,用0-1变量对核电调峰模型进行表征,并利用GUROBI求解器对该混合整数规划问题进行求解,算例仿真验证了所建模型对于促进风电消纳、缓解系统调峰压力、优化核电机组调峰模式、协调系统经济性与低碳性的作用。

基于EV风电消纳的“风-网-荷”协同优化策略

为降低电网负荷波动,提出了基于EV风电消纳的“风-网-荷”协同优化策略。该策略以EV为主体,依托风电商和配电商的合作关系建立风电充电站,利用EV协助消纳风电功率;根据EV风电功率消纳量和政府电价补贴政策制定社区居民激励电价,提高社区EV参与风电消纳的响应度;通过激励电价引导居民调整用电行为,改善社区负荷。以最小化EV充电费用和居民用电费用、最大化风电消纳率为目标采用NSGA-Ⅱ算法求解模型,并对比EV在无序充电场景和V2G策略场景的执行效果。结果表明:所提策略较其他应用场景在满足居民用电需求和EV充电需求的同时能更好地降低用户支出费用和社区负荷峰谷差,提高电网的可靠性。

基于车联网框架的电动汽车有序充电策略

电动汽车作为可进行需求响应的移动负荷,其对电网的影响力随着规模的扩大日益凸显。为了发挥其作为可控负荷的潜力,促进电网与用户间的互动,提出基于车联网APP和电动汽车电池管理系统的车联网系统结构,该系统可实现电池状态数据的监测与传输;以平抑当前日负荷为优化目标,以避免在用电高峰时期充电和不形成充电高峰为约束构建二次规划模型,得到每一推送时间段推送量理论值;并根据用户响应概率分布修正该理论值,进而得到每一推送时间段实际推送值;进一步提出基于车联网框架的有序充电策略;最后通过蒙特卡洛模拟法对该方案进行验证,结果表明以用户响应行为大数据为基础的电动汽车车联网系统通过引导电动汽车有序充电,达到降低日负荷峰谷差的目的。

储能参与低碳灵活调峰的双层优化模型

为了计量储能设备对系统碳减排的贡献和对系统灵活调峰的影响,建立了考虑系统碳排放与系统运行风险的储能双层优化模型。首先,改进火电机组碳排放计量模型,详细刻画火电机组出力产生的碳排放,提出考虑储能充放电功率的碳排放计量模型。上层模型以系统碳排放、负荷峰谷差率和储能运行成本最低为目标,决定各时刻的储能充放电功率。然后建立含储能可调节容量的风电运行风险费用函数。下层模型以切负荷风险费用、弃风风险费用和火电机组调节风险费用最小为目标,以上层所得储能充放电功率为约束,确定各时刻的储能备用容量。采用免疫遗传算法求解上层问题,调用MATLAB中CPLEX求解器以及点估计法联合求解下层问题。仿真结果表明,模型可以降低负荷峰谷差,同时减少系统碳排放,计量储能对减排的贡献;通过设定储能备用容量,提高系统的调峰灵活性,减少系统运行风险。上层储能功率优化模型与下层储能备用容量优化模型相互制约,为系统的低碳与灵活运行提供参考。

调峰辅助服务费用分摊机制

当前的调峰辅助服务分摊机制中,提供辅助服务所产生的费用由发电厂自身承担、而效益由全市场主体享用的规定存在对发电厂补偿不足、对加剧负荷峰谷差的电力用户考核不到位的问题。为贯彻"谁受益,谁承担"的辅助服务费用分摊原则,提出一种考虑用户参与的调峰辅助服务费用分摊机制。首先根据区域电网的日负荷曲线界定当日的峰荷时段和谷荷时段;其次,通过电力用户的日负荷曲线量化其在峰荷时段和谷荷时段的分摊责任,并按责任的大小对电力用户进行辅助服务费用的分摊;最后阐述了该分摊机制在电力市场运作、结算过程中的应用。算例结果表明,所提分摊机制能够适当减轻辅助服务提供方发电企业的高额分摊费用,并在考虑电力用户用电习惯和用电容量的基础上公平地对电力用户进行辅助服务费用分摊。

考虑风电消纳的“风-网-EV充换电站”协同优化策略研究

为降低风电功率波动性、反调峰性对电网运行的不利影响,提出一种考虑风电消纳的“风-网-EV充换电站”协同优化调度策略。首先将火电作为可调节电源辅助风电上网,并通过碳交易机制促使火电系统在电网负荷低、弃风率高的时段,主动降低出力减碳运行,等效提升风电上网空间;然后在满足电网用电需求基础上,接入充换电站负荷进一步抑制风电功率波动,同时提升风电消纳量,以电网负荷峰谷差最小以及系统综合运行成本最优为目标函数,构建联合系统低碳经济运行模型;最后通过NSGA-Ⅱ算法对不同情景求解分析。结果表明:该策略能够有效降低系统运行成本、电网负荷峰谷差,提高电网风电消纳率。

基于需求响应的建筑楼宇综合能源系统优化调度

针对能耗高且增速快的建筑楼宇优化调度问题,构建了含光伏发电、冷热电联供系统、燃气锅炉和储能装置的建筑级综合能源系统。在对系统内各个能源设备进行建模分析的基础上,考虑需求响应补偿价,以建筑运行成本最低为目标函数,建立了基于需求响应的建筑级综合能源系统优化调度模型,采用基于云模型改进的粒子群算法对模型优化求解。引入算例进行仿真,对比是否参与需求响应的两种不同模式,以及云模型粒子群算法与基本粒子群算法的优化性能。结果表明,基于需求响应的云模型粒子群算法模式可有效节约建筑级综合能源系统运行成本,同时降低电网侧负荷峰谷差。

建设智能电网对我国电网发展的重大意义

从技术发展和应用的角度看,世界各国、各领域的专家、学者普遍认为:智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合,并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。其主要特征是:坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化。智能电网容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化和高效运行。