多重不确定性下水风光多能互补长期优化调度方法

如何应对水风光多重不确定性及其导致的高维优化求解难题是流域水风光多能互补长期调度面临的关键挑战。为此,提出基于马尔科夫链和Copula函数的水风光联合场景生成方法,并通过同步回代缩减法进行场景削减,量化表征水风光多重不确定性;以此为输入,构建流域水风光多能互补长期两阶段随机优化调度模型,并通过Benders分解算法和凸化线性化建模技术实现高维非线性优化问题的高效求解。最后以金沙江下游清洁能源基地为研究对象进行了仿真验证。通过对比分析,证明了所提方法能够有效提升长期调度方案对水风光不确定环境的适应性,提高了多能互补综合效益。在样本外检验中,所提方法比传统方法的发电量增加了0.552亿kWh,弃水量减少了1.694亿m~3,表现得更具可靠性。

基于多时间尺度的户用光储能量管理策略

针对光伏出力的波动导致户用光储系统能量优化不确定性的问题,提出了一种多时间尺度能量管理策略。在日前阶段,综合考虑分时电价、储能系统的寿命和负荷的可控性,建立了以用户用电成本、储能运行成本和环境成本最小化为目标的调度模型;在日内阶段,基于模型预测控制(model prediction control,MPC)并参考日前调度计划进行实时调度能量优化,矫正光伏出力的预测偏差,在不影响用户舒适度的前提下降低系统运行成本。最后,仿真结果验证了所提能量管理策略的经济性和有效性。

基于SPEA2的风光柴储独立微电网多目标容量优化配置

在电力资源相对匮乏而自然风光资源丰富的孤岛等地区,电力供应的稳定性和成本效益一直是个亟待解决的问题。传统的独立微电网在容量配置时,大多依赖快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),该算法在处理真实负载的多目标优化问题时,局部搜索能力略显不足。为此,提出了利用改进强度Pareto进化算法(SPEA2)优化风光柴储独立微电网容量配置,以经济性成本、失负荷概率、碳排放作为优化目标,实现更加全面和高效的容量配置。通过导入某孤岛天气与负荷数据,生成风光柴储独立微电网的真实Pareto前沿,将SPEA2和基于指标选择的多目标搜索(IBEA)、NSGA-Ⅱ3种算法分析结果进行对比,相较于NSGA-Ⅱ,SPEA2的反世代距离评价IGD指标提升46.83%,空间评价方法Spacing指标提升60.28%,真实Pareto覆盖率CPF指标提升35.14%,该算法表现出更加出色的性能。最后根据容量优化的结果合理配置各部分参数,共同出力满足负荷需求,为孤岛等电力资源匮乏地区的能源管理提供了新的思路,也为多能源微电网的优化设计提供了有价值的参考。

商场冷凝水耦合光伏/光热系统在不同气候区的适宜性研究

光伏光热技术是太阳能的主要利用方式之一,太阳能光伏光热一体化(solar photovoltaic-thermal,PV/T)系统可实现系统产电和热量的双重效益。基于不同气候区的气候特征,以商场冷凝水耦合光伏/光热系统为研究对象。在确定制冷季冷凝水量的基础上,计算分析系统一次能源节约率及环境效益,研究该系统在不同气候区的适宜性。结果表明:在寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区,PV/T系统比光伏(photovoltaic,PV)系统更加高效节能。在整个制冷季中,PV/T系统的发电量均高于PV系统,海口的发电效率提升了0.53%,拉萨的发电效率提升了0.11%;PV/T系统在海口地区一次能源节约率最高,达到59.62%;青岛CO_(2)减排量最高,总减排量达到5.5 t。

MMC结构的分布式光伏系统功率不平衡优化方案

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的研究热点。然而,在不同光照强度和温度下,PV组件之间发电功率不同,导致MMC内部出现桥臂、相间功率不均衡。因此,该文先分析MMC-PV系统在功率不均衡下的表现机理,后提出一种基于MMC结构的光储电能路由,其控制策略在满足交、直流端口功率需求的同时,实现桥臂间和相间的功率自均衡,提高PV利用率和系统稳定性。同时,受桥臂内子模块功率传输极限的影响,对PV和ESS的配置约束作详细分析,最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

基于模糊逻辑的光伏系统变步长P&O MPPT算法

为解决光伏发电系统中最大功率点跟踪(MPPT)关键难题,提出一种改进的扰动观察(P&O)最大功率点跟踪算法,该算法使用基于模糊逻辑的可变步长扰动观测MPPT算法(FP&O)来克服与传统P&O MPPT跟踪方法相关的无法兼顾跟踪速度和稳态精度的限制,从而改善瞬态响应并降低稳态端电压振荡。所提出的MPPT算法通过MATLAB仿真验证其有效性和可行性。仿真结果表明,基于模糊逻辑的变步长P&O MPPT算法相比传统MPPT算法兼顾了跟踪速度和稳态精度,系统响应速度更快,平均输出功率更高且功率振荡范围更小,改善了光伏系统的动、静态工作性能。

基于指数分布优化器的混合光伏-温差系统最大功率点跟踪

为解决混合光伏-温差(photovoltaic thermoelectric generator,PV-TEG)系统的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)问题以提高能源转换效率和利用率,提出了一种基于指数分布优化器(exponential distribution optimizer,EDO)的混合PV-TEG系统MPPT技术。EDO通过模拟指数分布的随机变化来搜索潜在的解空间,由于随机性,算法可有效避免在局部遮蔽条件(partial shading condition,PSC)下陷入局部最优,并在搜索空间中广泛探索以找到最优解。算例研究包括启动测试、太阳辐照度阶跃变化、随机变化、香港地区四季实际算例4个部分,并与其他5种算法进行对比分析,以较为全面地验证所提EDO技术在混合系统MPPT应用中的可行性和有效性。仿真结果表明,采用EDO的混合PV-TEG系统在不同运行条件下均能稳定、高效地实现最优越的MPPT性能,尤其是在春季低辐照度的条件下,EDO产生的能量分别超过蜻蜓算法(dragonfly algorithm,DA)、增量电导法(incremental conductance method,INC)、扰动观测法(perturbation observation method,P&O)能量输出的68.85%、66.13%和59.69%。

光伏幕墙辅助双源热泵系统在不同地区的多目标优化配置

为克服单一可再生能源应用的局限性,提出一种光伏幕墙辅助双源热泵系统。利用TRNSYS建立仿真模型,以系统能耗和生命周期成本为目标函数,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),对不同地区系统配置规模进行多目标优化设计,并利用加权和法确定均衡解。结果表明:哈尔滨、长春、沈阳3个地区优化后的系统运行能耗比优化前分别增加5.9%、5.0%和3.9%,生命周期成本降低13.6%、17.1%和12.9%;与单目标优化相比,多目标优化在兼顾性能的前提下能明显降低生命周期成本,具有明显的优势。

基于RPC的光储接入牵引供电系统协调控制方法

为将光伏发电接入牵引供电系统进行有效利用,同时兼顾牵引供电系统电能质量改善及列车再生制动能量回收利用,提出了一种基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电系统的协调控制方法.首先,搭建基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电拓扑结构,并对其电能质量补偿机理进行理论分析;在此基础上,充分考虑光储系统的运行条件以及列车牵引、制动、空载或惰行工况,提出光储系统接入牵引供电的联合协调控制方法,实现了“光+储+荷”三者间的协调控制、牵引供电系统负序的动态补偿以及谐波的有效抑制;在RT-Lab实时仿真系统中建立了基于铁路功率调节器的光伏接入牵引供电系统仿真模型,并结合实际光照和牵引工况数据验证本文所提出的系统结构以及协调控制方法的有效性.结果表明:本文所提出的系统结构以及协调控制方法能够实现牵引供电系统中光储系统的有效接入,再生制动能量回收率提升至86.7%,功率因数提升6.4%,对谐波特别是高次谐波含有率有较大改善,满足光伏电能高效消纳及综合利用、电能质量动态综合补偿、再生制动能量回收多重需求.

基于TRNSYS的扁平热管PV/T系统性能优化

基于太阳能技术现状分析,将太阳能光伏组件与扁平式热管高效结合,提出新型扁平热管PV/T系统.为实现该系统综合效率最大化,结合TRNSYS仿真,开展试验并进行优化分析.结果表明,安装扁平热管后夏季热水温度从原来的51.1℃升高到57.3℃,提高了12.1%,冬季热水温度从47.6℃升高到55.2℃,提高了15.9%.夏季系统的综合效率提高了4.7%、冬季系统的综合效率提高了4.8%.可以得出结论扁平热管对PV/T空调系统性能的优化效果明显,也为该技术在建筑领域的应用提供了依据.

基于阻尼系数灵敏度的风光电网动态交互分析与稳定提升方法

风电、光伏与同步发电机(synchronous generator,SG)间动态交互,影响电力系统稳定性。基于阻尼系数灵敏度,研究了风光并网电力系统动态交互过程与稳定提升方法。首先,基于线性化表达验证了风光机组对SG暂态响应存在影响。其次,建立电力系统闭环传递函数模型,分析风光机组与SG间的动态交互过程。新定义风光机组向SG提供阻尼系数,以量化风光并网对电网振荡的影响。然后,提出阻尼系数对风光出力灵敏度的解析表达,作为内点法梯度信息,调整风光出力以改善电网稳定性。最后,仿真验证表明,调节风电(光伏)出力可提高光伏(风电)场站相关危险模式的阻尼,改善电网稳定性。以灵敏度作为梯度信息,可提高优化算法的计算效率与准确性,优化前后功角平均振幅分别为25.1589°、18.0165°。

黑猩猩算法优化光伏MPPT的研究

研究了黑猩猩算法对光伏最大功率追踪的优化,提出相应模型和方法。分析了月球科研站的光伏条件,建立了光伏系统仿真模型,模型包括光伏电池组、DC/DC变换器、最大功率追踪模糊逻辑控制器。模型根据电池组的非对称特性,设置控制器隶属度函数实现最大功率追踪。通过黑猩猩算法对最大功率追踪性能进行优化,提出适合评估最大功率追踪速度和精度的适应度函数建立方法以及隶属度函数参数迭代优化方法。根据运行结果优化控制设置,并与传统扰动观察控制进行对比。仿真结果表明:采用提出的优化模型和方法,光伏系统可以实现更快的功率追踪速度和更准确的最大功率输出。

2023年中国光伏技术进展综述

2023年中国光伏技术发展迅速,从晶体硅、硅片、晶体硅太阳电池及其光伏组件、薄膜太阳电池及其光伏组件、新型太阳电池、光伏发电系统集成与应用、光伏功率变换器及平衡部件、光伏电站全生命周期数智化技术、光伏发电标准及实证测试、太阳电池光电转换效率等方面对2023年中国光伏技术发展情况进行了系统总结,客观描绘了中国光伏技术创新地图全貌。得到以下结论:1)三氯氢硅法(改良西门子法)和硅烷法技术的能耗指标达到国际先进水平,多次装料拉晶(RCz)技术仍是主要的硅棒生产方式,结合颗粒硅料的连续直拉单晶(CCz)技术持续取得进展。2)n型太阳电池的市场份额快速增加,TOPCon太阳电池大规模量产,HJT太阳电池产能持续增加,BC太阳电池实现批量生产。晶体硅太阳电池、钙钛矿太阳电池、钙钛矿/硅叠层太阳电池、CZTSSe薄膜太阳电池、有机太阳电池等太阳电池的光电转换效率屡创世界纪录。3)多层次立体化光伏发电应用体系不断丰富,大型地面光伏电站、分布式光伏电站、海上漂浮式光伏电站、天基/空间光伏发电系统、山地光伏电站等多元化应用模式蓬勃发展。

新型电力系统下分布式光伏规模化并网运行关键技术探讨

推进分布式光伏规模化并网是实现“碳达峰·碳中和”目标和构建新型电力系统的重要举措。基于此背景探讨面向新型电力系统的分布式光伏规模化并网运行关键技术。首先,归纳并阐述分布式光伏发展现状、并网方式及运行模式,分析大规模分布式光伏接入给电网调度运行带来的挑战。其次,面对上述挑战,从信息集成、监测预测、平衡调度、聚合控制等视角提出系统调度运行关键技术,助力电网调控模式转型升级。然后,考虑实际工程需求,构思满足电网安全稳定运行的分布式光伏技术标准体系,以期促使分布式光伏“可观可测、可调可控、友好互动”。最后,调研并梳理国外分布式光伏规模化并网运行先进经验,并对我国分布式光伏并网协同探索、运行服务支持及市场交易参与等课题提出建议。

多能互补发电系统故障识别与测距方法

随着大量新能源的接入,使得多端柔性直流系统(modular multilevel converter based multi-terminal direct current, MMC-MTDC)故障特征愈加复杂,快速准确的故障识别与测距是亟需解决的关键难题之一。为此,提出了一种风-光-储-蓄互补发电站经柔性直流输电外送系统故障识别与测距方法。首先,搭建风-光-储-蓄互补发电站经柔直外送系统,在此基础上,提出了一种Teager能量算子能量熵的新方法,利用测量点正负极Teager能量算子能量熵的比值构建故障选极及区段识别判据。接着,针对已识别的故障线路,提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与Teager能量算子(teager energy operator, TEO)相结合的故障测距方法。最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,结果表明所提识别方法可以准确判断故障所在线路,所提测距方法能在故障发生2 ms时间窗内实现故障测距,误差率不超过2.55%,并具有较高的耐过渡电阻能力。

风电和光伏发电功率联合预测与预调度框架

随着多区域互联电力系统的发展,风电、光伏等新能源发电大规模并网,风电-光伏功率的联合预测和协调调度是必然趋势和迫切需求。为此,从风电-光伏发电的时空相关性分析出发,对风电-光伏功率时空耦合、风电光伏联合预测建模、风电光伏联合预测模型参数优化、考虑风电-光伏联合预测的电力系统预调度等方面进行了分析讨论。首先,研究揭示风电-光伏功率在时间-空间上的交互影响机理,提出面向多时间尺度的风电-光伏功率时间互补性分析方法,建立风电-光伏发电空间相关性量化模型,构建基于多阶图卷积神经网络风电-光伏发电时空耦合模型;基于此,研究提出了融合异构图神经网络的风电-光伏联合预测方法,建立了风电-光伏联合预测模型参数优化模型,构建了新能源有功功率预测误差矢量评价体系,为风电-光伏联合发电系统的协调调度和控制提供决策支撑;在风电-光伏联合发电预测的基础上,采用风电、光伏发电时间互补、空间互济的思路探讨了风电-光伏联合的电力系统预调度策略和方法,对不同时间尺度风电-光伏的协调调度策略进行了剖析,建立了电网-区域-集群-场站空间递阶的风电-光伏联合发电系统分层调度框架。最后,展望了未来风电-光伏联合预测与预调度方面应研究的方向。

基于直流母线电压信号的小型独立直流微电网自主平滑模式切换控制策略

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的无通信协同工作,提高了系统的可靠性。针对多模式切换过程中的抖振和死锁问题,所提出的控制策略利用具有反馈抑制机制的PI控制器实现了在饱和与激活之间无缝切换。同时,为了进一步提升光伏能量的利用率,所提出的控制策略充分考虑了ESS的荷电状态(SOC),并使光伏电源能够直接参与直流母线电压的调节。此外,还对模式切换时间与控制器参数的设计进行了详细的分析建模,以优化模式切换性能。最后,建立了一个小型独立直流微电网实验系统,以验证所提出的直流微电网控制方法的可行性。

光伏发电-超级电容储能并网系统的直流母线电压稳定控制

光伏发电并网系统因太阳能的周期性和间歇性会对电网造成扰动,影响电网的安全稳定运行。针对双级式光伏并网发电系统,在直流母线侧增加超级电容储能可以平抑光伏发电功率的波动。从控制功能的角度,将光伏发电-超级电容储能并网系统分为光伏发电、逆变器和超级电容储能3个功能独立的子系统;建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析确定各子系统分别实现最大功率跟踪控制、恒功率控制和直流母线电压稳定控制的具体方案;针对直流母线电压的稳定控制,提出一种基于鲁棒渐近跟踪控制的方法。通过模拟不同辐照强度,不同电网有功-无功功率需求等多种工况进行仿真验证。结果表明,所提控制功能划分合理,控制方法有效且兼有较好性能。

光储联合发电系统不对称故障穿越控制策略

针对电网不对称故障下光伏发电系统输出功率与直流侧电压二倍频波动问题,提出了一种光储联合发电系统低电压穿越控制策略。在低电压穿越期间,充分利用光伏并网逆变器和储能变流器容量向电网输送有功和无功功率;在此基础上令储能变流器采取基于负序虚拟电导的负序电压补偿控制策略;同时,分析了单台以及多台储能变流器参与负序电压补偿的原理,并对负序虚拟电导进行了自适应优化设计。仿真结果表明,所提控制策略能够有效削弱光伏发电系统输出功率与直流侧电压的二倍频波动。

基于光伏动态电流参考值的两级式光伏并网系统低电压穿越控制策略

随着光伏接入容量的不断提升,电网电压跌落时光伏脱网会影响系统稳定运行,因此光伏系统应具备低电压穿越(LVRT)能力。然而,目前常用的两级式光伏并网系统LVRT控制策略存在光伏动态响应慢及控制效果受限于光伏P–U特性曲线的数学模型精度等问题,且未考虑局部阴影条件下的适用性。基于此,提出一种基于光伏动态电流参考值的LVRT控制策略。首先,在建立两级式光伏并网系统及光伏电池P–U特性数学模型的基础上,分别对目前常用的基于定直流母线电压和基于光伏P–U特性曲线的LVRT控制的原理及不足进行了分析。其次,针对前级boost电路的控制构造了具有自适应收敛特性的光伏输出电流动态参考值以对光伏工作点进行直接调整。该策略无需对光伏P–U特性曲线数学模型进行求解,避免求解误差的同时加快了光伏动态响应速度。此外,在最大功率跟踪(MPPT)算法中引入故障解耦模块,在电网低电压故障期间对MPPT输出电压参考值进行锁定,避免MPPT无效运算带来的电压参考值偏移,使系统在故障结束时能以最快速度恢复至最大功率点。最后,通过仿真将所提策略与目前常用的基于定直流母线电压和基于光伏P–U特性曲线的LVRT控制策略在多种环境条件下进行对比。仿真结果表明:与定直流母线电压控制策略相比,所提策略下光伏动态响应快;与现有基于光伏P–U特性曲线的控制策略相比,所提策略不受P–U特性误差的影响,在辐照度变化尤其局部阴影条件下均能很好地实现低电压穿越。