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。

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%。

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。

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。

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。

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。

应用于光伏发电系统的高效双路径变换器研究

提出一类具有部分功率处理特性的变换器——双路径功率变换器(DPPC),利用电压源串联的思想衍生其不同结构,从结构维度定义并推导DPPC的增益和效率特征关系,利用仿真对不同结构DPPC的增益与效率特性进行验证。最后选取最佳升压结构得到的变换器作为实验验证对象,搭建2 kW样机证明该变换器的可行性与高效性。

基于随机-Nash-Harsanyi讨价还价博弈的光伏-氢储能多主体分散协同调度

将光伏(PV)主体与氢储能(HES)主体结合,形成PV-HES联合系统,是促进可再生能源就地消纳,实现能源低碳转型的有效措施。针对光伏出力随机干扰及主体互异等问题,提出PV-HES的分散协同调度模型。首先,基于Nash-Harsanyi讨价还价理论建立PV-HES的多主体合作运行模型,并将其等效转换为电能交易量确定子问题和电能交易成本确定子问题;然后,为了保护各主体隐私,运用改进的交替方向乘子法对上述两个子问题进行分布式求解;最后,在一个典型的PV-HES联合系统中进行算例仿真,以验证所提分散协同调度模型以及分布式求解算法的有效性。仿真结果表明,氢储能主体的运营成本分别降低了11.67%和10.48%,光伏运营商的收益提高了15.72%。此外,通过对交替方向乘子法的改进也提高了系统的求解效率。

高比例户用光伏接入下低压配电网户变关系识别

近年来,随着分布式光伏的发展,用户可参与的户用光伏系统在低压配电网中的并网数量快速增长。针对高比例户用光伏下的低压配电网具备的基本特征,提出一种基于台区配变及用户功率平衡关系的光伏时序功率卷积模型,并在此基础上,采用基于高斯混合模型的电压聚类优化目标函数进行户变关系识别。首先,基于用户-配变功率平衡关系,建立了高比例户用光伏的低压户变关系的多元线性回归模型;其次,提出一种基于Bi LSTM算法的光伏时序识别方法,筛选出光伏瞬时渗透率最高的时序片段;根据已识别的光伏时序片段建立光伏权重矩阵,并引入该矩阵将多元线性回归模型进行加权回归后转化为光伏时序功率卷积模型求解,在平抑光伏波动影响的同时初步识别户变从属关系;然后,提出一种基于高斯混合模型进行电压聚类的优化目标函数作为验证步骤,能够进一步排除验证错误的用户,提高户变关系的准确率;最后,以某地区实际低压配电网为例,分别使用该地区推广户用光伏前后不同时期的历史数据集进行识别,通过识别结果对比,验证了所提方法的有效性和实用性。

带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器

该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器。该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制,并通过多个子模块单元输出串联实现端口电压匹配以满足直流并网要求。在LC功率均衡支路作用下,该变换器能实现各子模块输出端口的均压控制,控制方法简单,二次侧通过器件复用进一步减少了开关管使用数量,且原二次侧所有开关管均能实现零电压开通(ZVS),效率较高。针对起动时可能产生的系统过电流及谐振电容过电压问题,提出软起动控制策略,保证了系统的可靠性。基于Matlab/Simulink仿真证明了所提变换器工作原理和子模块输出均压方法的可行性,最后通过搭建输出功率600 W三模块小型样机进行了实验验证。

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。

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。

计及混合储能寿命损耗的光伏功率平抑策略

针对光伏大规模并网产生的功率波动问题,提出了一种计及混合储能寿命损耗的光伏并网功率平抑策略。该策略根据光伏功率与并网功率波动允许范围的关系确定混合储能动作状态及功率指令,实现了光伏并网功率波动的平抑;然后建立了关于混合储能系统功率协调控制的多目标优化模型,并利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解该模型;最后对平抑及功率协调控制进行了仿真验证。与传统平抑策略相比,所提策略在实现光伏并网功率波动平抑的基础上,有效降低了混合储能系统的寿命损耗与运行损耗。