含间歇电源、储能和电动汽车的配电孤岛短时恢复供电策略

电力系统发生停电事故后,含有分布式电源和储能系统的配电系统可以形成孤岛运行的微网,在短时间内为微网内的停电负荷恢复供电。然而,风电和光伏等间歇性电源的发电出力具有不确定性,难以对孤岛内负荷进行持续、稳定供电。在此背景下,提出了计及间歇性电源出力不确定性的配电系统恢复优化模型。首先,考虑含有分布式电源、储能系统和可控负荷的配电系统,针对停电事故发生后一个较短时段内的供电恢复问题,提出了以最大化恢复供电的负荷用电量为目标的配电系统恢复模型。之后,分析各种分布式电源的出力特性和供电能力,并利用可控负荷平衡间歇性电源出力波动。考虑到间歇性电源出力的不确定性,利用概率模型对其出力预测值进行处理,这样就避免了在模型求解时再处理不确定性因素,从而可将配电系统恢复模型转换为混合整数二次规划问题并用CPLEX求解器求解。最后,以修改的IEEE 33节点配电系统为例,对所提出的模型和方法进行了验证。

含大规模间歇式电源的模糊机会约束机组组合研究

间歇式电源具有难以预测的间歇性和波动性,大规模接入电网后增加了调度决策的复杂性。针对大规模间歇式电源的不确定性,引入模糊理论,将间歇式电源出力和负荷用模糊参数表示,对传统确定性机组组合模型进行改进,将确定性的系统约束改为模糊参数下的系统约束,并基于可信性理论形成了模糊机会约束,建立含多模糊参数的模糊机会约束机组组合数学模型。研究含梯形或三角形模糊参数的模糊机会约束的清晰等价类,将机会约束清晰化,并提出改进二进制粒子群优化算法的求解流程,对模糊机会约束机组组合模型进行求解。算例分析验证了所提模型和算法的有效性和实用性。

基于考虑多形态间歇性电源集中接入的输电网随机双层规划策略研究

基于输电网全寿命周期成本分析建模,建立了一个随机双层规划模型。该模型考虑多种形态间歇性电源的集中接入,以实现输电网全寿命周期成本的经济性最优目标。采用2m+1点估计法对下层规划方案进行静态安全性评估,考虑到各种不确定性因素的影响。该双层规划模型是一种包含确定性及不确定优化问题的混合型规划模型。为确保双层规划模型的求解效率,还采用等效的析取不等式来建立上下层模型的混合整数线性规划模型,并将下层模型的库恩塔克最优性条件线性化处理成上层模型的约束条件,从而建立含均衡约束的数学规划模型,该模型与原双层模型等效且为单层模型。通过对模型目标函数中不确定参数的灵敏度分析,获得其在不同情形下取值范围。所提出的模型和方法在算例仿真中其合理性、有效性和实用性得到了验证。

考虑间歇性电源与负荷不确定性情况下基于多场景技术的主动配电系统两步优化调度

针对主动配电系统(active distribution system,ADS)中间歇性电源和负荷的不确定性问题,基于多场景技术提出一种两步优化调度模型。首先分析了ADS中各单元的概率模型,其次采用拉丁超立方抽样及样本缩减技术得到各单元的样本,进而构建了研究场景。在此基础上兼顾供电公司利益、污染物排放等目标,引入可中断负荷等相关约束,提出一种包含日前调度和实时调度的主动配电系统两步优化调度模型,并分别利用基于动态交换和密度距离的混沌粒子群算法和二进制粒子群算法求解日前调度和实时调度模型,算例结果表明所提模型和算法的有效性和正确性。

间歇式电源并网环境下电能质量问题研究

大规模间歇式电源并网、大规模储能应用以及电动汽车的大量使用,对电网电能质量问题产生很大影响。在分析国内外研究背景、发展趋势的基础上,在如下方面做了总结:光伏发电并网产生的谐波、直流注入等电能质量问题及其抑制方法;风电并网产生的谐波、电压波动与闪变、频率波动、电压偏差等电能质量问题及其抑制方法;储能系统在电能质量治理中所起的作用;大量电动汽车并入电网对电网产生的电能质量问题、抑制及其控制方法。最后,结合我国电网发展趋势,给出了大规模间歇式电源并网环境下电能质量的治理建议。

计及接纳间歇性电源能力的输电系统规划方法

风力发电、光伏发电等间歇性电源在电力系统中渗透率的不断提高对系统接纳能力和输电能力提出了更高的要求。进行输电系统规划时既要考虑尽可能具备接纳和输送间歇性电源的能力以充分利用清洁能源,又要避免输电容量冗余造成投资浪费。在此背景下,构造了一种计及间歇性电源接纳能力的输电系统规划两层模型。上层模型以投资成本最小化为目标确定输电系统规划方案;下层模型则以弃风惩罚与切负荷惩罚量之和最小为优化目标,在考虑了间歇性电源出力不确定性、负荷波动不确定性以及元件随机停运等不确定性情况下进行安全校验。之后,对上下层模型分别采用粒子群优化算法和商用线性规划求解器ILOG CPLEX进行迭代求解。最后,采用包含3个大型风电场的、修改的巴西南部46节点系统对所提出的模型和求解方法进行了说明。

基于预测误差不确定性的规模化间歇式电源机组组合研究

针对间歇式电源出力和负荷需求预测的不确定性,引入预测误差的不确定,将系统中的不确定变量处理为一个总的不确定系统预测误差,基于机会约束规划建立了考虑预测误差随机性的机组组合模型。此外,计及间歇式电源不同出力水平下预测误差分布不同的特性,在全面考虑预测误差的分布规律及其所导致的备用容量基础上,将考虑预测误差的机组组合问题精细化。以10机系统为例,采用基于随机模拟的粒子群算法求解,算例结果验证了上述模型和方法的有效性和实用性。

用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法

讨论了电力系统稳定性与安全性的从属关系,指出电网静态安全约束、暂态稳定约束和全过程安全评估宜分别在电网规划的不同步骤中考虑,提出了间歇性电源高渗透电网规划方案安全性评估流程。指出电力系统连锁反应事件部分过程具有开放的复杂巨系统的一些特性,其中一部分过程在仿真中难以准确模拟,需进行简化处理,而另一部分过程的前后事件之间具有强因果关系,这部分过程可采用改进的仿真软件进行模拟。提出了计及故障前发电系统状态的电网全过程风险评估计算方法,使用该方法,可将稳定设施费用和停电风险损失计入电网规划方案的综合年费用中,对方案进行安全性和经济性综合比较选择。

平抑间歇式电源功率波动的混合储能系统设计

混合储能综合了功率型储能器件和能量型储能器件的优势,弥补了单一储能技术的不足,是储能技术的重要发展方向之一。针对平抑间歇式电源发电功率波动的应用需求,研究了超级电容器/蓄电池混合储能系统。结合间歇式电源的运行和控制,首先分析了超级电容器/蓄电池混合储能系统的作用,然后针对超级电容器、蓄电池的输出特性和应用需求,进行了混合储能功率电路的设计,并以蓄电池储能量和超级电容器储能量为核心进行了混合储能系统能量管理方案的设计,所设计的能量管理方案具有中央管理单元控制和本地控制2个层次,具有自适应特征。仿真和实验证实了上述方法的有效性。

含间歇性电源的发电资源互补优化研究

为最大限度实现可再生资源的合理利用和有效平缓可再生能源的波动性,实现发电的连续性和平滑性,定义了不可调资源之间的自然互补特性的定量评价指标——互补率:定义了可调资源和不可调资源之间的人工互补特性的定量评价指标——平滑度。应用互补率和平滑度指标分别研究了风、光的自然互补特性和风、光、储的人工互补特性。综合利用上述两个指标进行了含间歇性电源的发电资源互补优化策略研究。研究结果表明,互补率和平滑性指标提供了不可调资源容量的配比和可调资源的配置容量的定量分析方法,可实现含间歇性电源的发电资源综合互补优化。

间歇性电源高渗透电网输电规划方案评价和筛选方法

基于对间歇性电源高渗透条件下电网规划的特殊影响因素以及现有规划方法和工具局限性的讨论,提出了电网接纳间歇性电源的能力指标和计及电网连锁反应过程的安全风险指标等方案补充评价指标;提出了基于风电场经济上可接受的最小年发电量和电网安全性等因素判断电网接纳风电能力是否合适的方法;还提出了应用了多种辅助软件的适用于间歇性电源高渗透电网输电综合规划的流程、方案评价和筛选方法。研究结果表明,采用上述方法可在间歇性电源高渗透电网规划方案综合比较选择中计及电网事故过程等复杂特性,是评价和筛选此类电网的规划方案的有效途径。

考虑间歇式电源与储能的随机柔性优化调度方法

分析和测算了间歇式电源的自动发电控制(AGC)容量求,运用拉丁超立方抽样生成风电场景并进行削减,基于马尔可夫链对系统N-1故障的不确定性概率进行预测。在此基础上,兼顾机组组合、机组功率分配以及AGC与备用容量分层协调优化配置等问题,建立了考虑间歇式电源与储能的随机柔性优化调度模型。所提方法与模型综合考虑了系统N-1故障和间歇式电源的不确定性概率与严重性、系统AGC与备用容量辅助服务成本、储能系统剩余可充放电能力以及网络约束的影响。针对该模型的复杂性,将其线性化后采用商用混合整数线性规划求解器CPLEX进行求解。通过IEEE6节点和IEEE39节点系统算例验证了所提方法的有效性。

间歇式电源并网系统的中长期特性仿真研究

间歇式电源的大规模发展及并网运行,在带来巨大经济效益的同时,也给电网中长期过程的频率稳定和有功平衡带来了巨大的影响。在间歇式电源机电暂态模型的基础上,对风电、光伏中长期自动发电控制(automatic generation control,AGC)子站进行建模,该模型可以接受调控中心AGC总站的调度命令,对间歇式电源进行功率调节。然后,利用甘肃电网的某典型日负荷、风速及光照曲线,深入分析了间歇式电源的波动特性及风光互补特性,验证了上述模型具有模拟中长期频率波动的能力。在此基础上,以平抑间歇式电源带来的联络线功率波动为目标,对机组出力计划、二次调频系统等控制策略的效果进行了分析。最后通过仿真计算论证了机组出力计划和AGC系统具有平抑间歇式电源功率波动性的作用。

大规模间歇式电源接入电网多目标鲁棒优化调度

随着间歇式电源接入电网的比例不断提升,间歇式电源出力的波动性和随机性会给电力系统优化调度带来较大影响。针对大规模间歇式电源出力的不确定性,提出将鲁棒优化理论引入到含大规模间歇式电源的电力系统优化调度中;构建了含间歇式电源的电力系统多目标动态鲁棒优化调度模型,以尽可能实现常规火力发电成本最低、污染气体排放量最少的综合优化目标;设计了一种新的多目标复合型微分进化算法,该算法通过将帕累托非劣排序、种群分割、复合微分进化和种群重组等一系列操作引入微分进化算法有效兼顾了微分进化过程中个体多样性与收敛速度。算例分析结果表明,提出的算法和模型能够很好地解决大规模间歇式电源接入电网多目标鲁棒优化调度问题,所得优化调度结果具有比较好的可靠性和经济性。

蓄电池-超导磁体储能系统平抑间歇性电源出力波动的研究

分析了使用蓄电池-超导磁体混合储能系统平抑间歇性电源出力波动的基本原理,给出了电源并网装置和混合储能装置的拓扑结构以及二者间的接口电路。设计并实现了基于中央控制单元和本地控制单元双层控制结构的储能控制系统,中央控制单元使用滑动平均滤波器分离功率指令中的低频成分再指派给蓄电池承担,并将剩余快速变化分量分配给超导磁体承担;本地控制器使用PI控制规律控制蓄电池和超导磁体分别跟踪功率指令和电压指令。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所设计系统与控制方法的有效性。

考虑间歇性电源的微电网经济调度模型与算法

微网系统的有功调度是具有重大经济效益的复杂问题,关键问题是要正确处理好微网有功调度过程中的不确定性因素。基于微网经济调度模型,采用场景法描述间歇性电源的出力,并简化了调度模型,采用原对偶内点算法对模型进行求解。实例应用结果表明,当风电波动较大时,传统调度方式下微网系统在某些时段可能出现功率缺额,鲁棒调度方式则能通过调整可控机组的出力使微网系统保持功率平衡;传统调度方式更具有经济性,鲁棒调度方式则是以损失经济性为代价换取微网系统对风电不确定性的适应能力。

含高渗透率间歇性电源的电网规划方案优选方法

根据含高渗透率间歇性电源电网的特点,提出了一种该类型电网规划方案的优选方法。构建了包含电压稳定、频率稳定、充裕性、安全稳定性、间歇性电源接入容量和经济性等指标的评价指标体系。基于决策实行与评价实验室(decision making trail and evaluation laboratory,DEMANTEL)法对传统网络分析法(analytic network process,ANP)进行改进,并采用改进的网络分析法获取指标间相对权重。同时基于绝对正负理想点理论和投影型贴近度方法对传统逼近理想点(technique for order preference by similarity to idealsolution,TOPSIS)法进行改进,在得到指标权重的基础上利用改进TOPSIS法生成各规划方案的整体排序,从而选出最优方案,最后给出算例证明了所提方法的有效性。

基于随机生产模拟的间歇性电源可信容量计算

相比于传统的发电方式,间歇性电源的波动性、随机性强,给电力系统规划及运行带来了新的挑战。针对间歇性电源可信容量计算中的发电系统可靠性评估问题,提出了一种基于时序和持续混合的随机生产模拟方法。介绍了随机生产模拟和间歇性电源可信容量计算的一般概念,并给出了基于蒙特卡洛的负荷修正模型和多状态机组模型2种间歇性电源建模方法,阐述了基于时序和持续混合的随机生产模拟计算流程。通过算例对比了基于蒙特卡洛抽样的负荷修正模型与多状态机组模型的可信容量计算结果和间歇性电源容量可信度的变化趋势,进而进一步比较了风光混合系统的可信容量与单独考虑风光得到的可信容量之间的差异。研究结果表明:对于风电而言,蒙特卡洛法和多状态机组法参与随机生产模拟计算的效果相同,且多状态模型计算效率较高;随着装机的增大,光伏容量可信度比风电下降更快。

含间歇性电源的电源规划方案综合评价

为了对含间歇性电源的电源规划方案进行全面、有效的评价,提出基于云模型多属性决策理论的电源规划方案综合评价方法。首先建立了含间歇性电源的电源规划综合评价指标体系,对规划方案的可靠性、间歇性电源接入能力、经济性、环保性进行综合评价。其次建立了权重集云模型,对指标重要性两两比较时采用重要性标度准则云模型,减少了决策者个人经验、主观因素对权重确定的影响;建立了准则集云模型,使等级边界具有模糊性和随机性。在此基础上,提出一种评价矩阵云模型建立方法,采用稳定的具有倾向性的随机数表示各指标每个等级的隶属度,并将上述所建模型应用于含间歇性电源的电源规划方案综合评价。通过算例仿真,验证了该指标体系和综合评价方法的合理性及有效性。

促进间歇性分布式电源高效利用的主动配电网双层场景规划方法

提高对间歇性可再生能源发电(DREG)的接纳以促进终端电能低碳化是主动配电网(AND)规划工作面临的新增重要目标。为此,基于主从逻辑结构,建立了面向促进间歇性分布式电源高效利用的ADN双层场景规划模型。该模型计及了间歇性DG规划布局、输出功率及负荷的不确定性,以单位用电量的综合经济代价最小及DREG年有效发电量最大分别作为上、下层优化目标,在考虑ADN主动网络管理(ANM)优化控制能力的基础上,求解电网最优规划方案。根据模型特点,设计了一种综合蒙特卡洛随机模拟、和声搜索与列文伯格-马夸尔特算法组成的混合求解算法。以51节点配网系统为算例验证了所提模型及算法的有效性以及ADN规划中考虑ANM潜力作用的必要性。