Stochastic programming based coordinated expansion planning of generation,transmission,demand side resources,and energy storage considering the DC transmission system

With the increasing penetration of wind and solar energies,the accompanying uncertainty that propagates in the system places higher requirements on the expansion planning of power systems.A source-grid-load-storage coordinated expansion planning model based on stochastic programming was proposed to suppress the impact of wind and solar energy fluctuations.Multiple types of system components,including demand response service entities,converter stations,DC transmission systems,cascade hydropower stations,and other traditional components,have been extensively modeled.Moreover,energy storage systems are considered to improve the accommodation level of renewable energy and alleviate the influence of intermittence.Demand-response service entities from the load side are used to reduce and move the demand during peak load periods.The uncertainties in wind,solar energy,and loads were simulated using stochastic programming.Finally,the effectiveness of the proposed model is verified through numerical simulations.

Coordinated control strategy for a PV-storage grid-connected system based on a virtual synchronous generator

Due to the characteristics of intermittent photovoltaic power generation and power fluctuations in distributed photovoltaic power generation,photovoltaic grid-connected systems are usually equipped with energy storage units.Most of the structures combined with energy storage are used as the DC side.At the same time,virtual synchronous generators have been widely used in distributed power generation due to their inertial damping and frequency and voltage regulation.For the PV-storage grid-connected system based on virtual synchronous generators,the existing control strategy has unclear function allocation,fluctuations in photovoltaic inverter output power,and high requirements for coordinated control of PV arrays,energy storage units,and photovoltaic inverters,which make the control strategy more complicated.In order to solve the above problems,a control strategy for PV-storage grid-connected system based on a virtual synchronous generator is proposed.In this strategy,the energy storage unit implements maximum power point tracking,and the photovoltaic inverter implements a virtual synchronous generator algorithm,so that the functions implemented by each part of the system are clear,which reduces the requirements for coordinated control.At the same time,the smooth power command is used to suppress the fluctuation of the output power of the photovoltaic inverter.The simulation validates the effectiveness of the proposed method from three aspects:grid-connected operating conditions,frequency-modulated operating conditions,and illumination sudden-drop operating condition.Compared with the existing control strategies,the proposed method simplifies the control strategies and stabilizes the photovoltaic inverter fluctuation in the output power of the inverter.

基于改进RoCoF测量方法的储能辅助光伏机组快速调频策略

大规模光伏机组并网导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题。现有的有功备用方案虽然可以满足一次调频的需求,但难以提供惯量支撑,且弃光运行会影响发电效益。为此,提出一种储能辅助光伏机组实现虚拟惯量和一次调频的协调控制策略,在保证光伏发电效益的同时能够减少一半的储能容量。所提策略通过光伏变功率跟踪响应频率上扰、储能装置响应频率下扰的方式进行一次调频,并控制储能装置为系统提供惯量支撑。构建数学模型揭示由锁相环测量频率变化率(RoCoF)引发惯性功率跌落的本质原因,据此提出了运用一阶高通环节对频率变化率测量值进行修正的方法,以提升虚拟惯量控制效果。通过微电网算例仿真对比分析了有功备用控制和所提协调控制的频率调节效果,结果表明协调控制策略性能更优。

Coordinated control for voltage regulation of distribution network voltage regulation by distributed energy storage systems

With more and more distributed photovoltaic(PV)plants access to the distribution system,whose structure is changing and becoming an active network.The traditional methods of voltage regulation may hardly adapt to this new situation.To address this problem,this paper presents a coordinated control method of distributed energy storage systems(DESSs)for voltage regulation in a distribution network.The influence of the voltage caused by the PV plant is analyzed in a simple distribution feeder at first.The voltage regulation areas corresponding to DESSs are divided by calculating and comparing the voltage sensitivity matrix.Then,a coordinated voltage control strategy is proposed for the DESSs.Finally,the simulation results of the IEEE 33-bus radial distribution network verify the effectiveness of the proposed coordinated control method.

基于储能有功功率与OLTC协调的配电网电压控制

高比例光伏系统接入配电网会引起电压越限,传统无功电压调整方案在高阻抗比配网中失效,利用储能系统有功功率实现电压控制的技术方案被广泛采用,但现有技术方案中的储能系统在电压控制过程中可能产生过度充放电问题。针对这些问题,提出了一种基于储能有功功率与有载调压变压器(on-loadtapchanger,OLTC)协调的配电网电压控制策略。在分析光伏接入对配电网电压影响的基础上,利用测量得到的电压数据控制储能有功功率,实现对接入节点电压水平的快速调控;同时在OLTC控制环节加入储能荷电状态参考量,利用节点电压信息与储能荷电状态共同控制OLTC分接头动作,实现对配电网整体电压水平调控的同时避免了储能系统过度充放电。最后在IEEE 13节点系统中进行仿真验证,结果表明所提策略能够解决配电网内电压越限问题,避免储能系统过度充放电,从而延长储能系统的使用寿命,实现对配电网内资源的合理利用。

基于一致性算法光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略

针对低压配电网中光伏逆变器(PV)无功控制和储能(ESS)有功控制未充分协调的现状,提出基于一致性算法的光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略。首先,根据不同调压设备的电压-成本灵敏度F^(U-C),提出先利用光伏逆变器无功调压再利用储能有功调压,再根据不同节点调压设备的F^(U-C)对调压设备进行分组,提出优先利用F^(U-C)数值较大的分组参与调压;然后,在光伏逆变器无功调压阶段,组内以无功利用率为一致性变量,在储能有功控制阶段,组内以荷电状态(SOC)变化量为一致性变量,组间通过协调控制共同实现关键节点电压收敛至设定值;最后,利用含分布式光伏和储能的IEEE 14节点低压配电网进行算例仿真,验证所提分组协调控制策略的有效性和正确性。

新能源大基地风光储容量协调优化配置

大型新能源基地需要协调配置风光火储容量以满足外送要求,其中火电容量及外送通道的容量通常预先确定,从而风电、光伏、储能的容量配置成为影响新能源外送效果的重要因素。为此,针对大型新能源基地,研究了风光储容量优化配置问题,提出了基于新能源外送可靠性的容量配置方法。基于需求侧的负荷曲线,提出了一种聚类方法来优化直流通道的计划传输功率;基于直流计划功率,提出了衡量新能源外送可靠性的送电置信概率指标;基于送电置信概率等约束,构建了风光储容量优化配置的基本规划模型。为了进一步保证在不同的场景下新能源能可靠外送,在基本规划模型的基础上加入场景分布不确定性,提出了风光储容量配置的分布鲁棒规划模型。考虑到分布鲁棒约束包含整数变量,提出了一种迭代算法用于该分布鲁棒规划模型的求解。实际算例验证了所提方法的有效性。

兼顾碳减排和新能源消纳的火电机组深度调峰与复合储能协调规划

火电机组深度调峰、化学储能以及抽水蓄能是电网灵活性资源的重要组成部分,对三者进行协调规划能在保障电网安全低碳运行的同时,提升新能源的接纳能力。从经济性、碳减排量、弃风弃光量3个方面,构建了火电机组深度调峰和复合储能协调的多目标规划模型;提出了基于熵权的改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解多目标规划模型,获得Pareto最优解集,并进一步根据模糊隶属度得到综合最优解。以某省级电网2025年、2030年的预测数据为例进行仿真验证,结果表明:采用改进NSGA-Ⅱ可提升多目标优化的求解速度与精度;火电机组深度调峰协同储能配置可显著减小弃风弃光率,有利于电力系统的低碳经济运行。

考虑时段校核和季节性储能的多区互联电力系统年度发电计划

随着新能源发电量占比的提高,新能源发电量季节性波动引起的年度电力电量平衡问题更加明显。建立年度发电计划模型,提出一种典型时段校核方法;在年度发电计划制定的过程中引入季节性储能设备,建立季节性储氢模型和考虑水头位置的季节性抽水蓄能线性化模型;为了应对新能源出力的不确定性,提出考虑时段校核和季节性储能的年度发电计划三阶段建模方法。算例结果验证了所提模型的有效性。

计及5G基站运行协同的分布式储能优化配置方法

通信基站普遍配有备电储能,且其大多数时间处于闲置状态。随着5G基站的加速建设,与之而来的大量备电储能对配电网来说将是十分可观的灵活性资源。为实现资源的充分利用,探究5G基站储能参与配电网灵活调控的潜力具有重要意义。在此背景下,该文提出一种计及5G基站储能协同的分布式储能(DES)优化配置方法:首先,通过对5G基站的负荷特性及灵活储能容量进行分析,提出含5G基站储能的配电网“规划-运行”双层优化模型,其中,规划层以网络年综合成本最小为目标,对DES进行选址定容,运行层以电压综合水平最优为目标,对DES与基站储能的调度策略进行寻优;然后,为高效求解该模型,提出了一种适用于大量异质变量的多目标动态评价优化算法,该算法通过对变量分组并在求解过程中自适应调整目标函数的选取,以加快求解速度、提高搜索精度;最后,仿真结果证明了所提出的DES协同优化配置方法在降低成本和促进新能源消纳方面的有效性,以及所提出优化算法在兼顾多目标与快速求解方面的优越性。

基于按需比例分配机制的风光火氢多时间尺度协同规划

随着高比例新能源新型电力系统的灵活性需求增加,制定灵活性资源市场运营机制实时平衡大规模新能源出力波动性和不确定性十分重要。为此,文中提出一种基于按需比例分配机制的风光火氢协同规划方法。首先,制定风/光场站和氢储能系统的三阶段协调运行策略,根据按需比例分配机制进行风/光场站间功率交易,协调风电场和光伏电站的收益和支出,由火电和氢储能系统提供运行灵活性,采用固定利润比例模型保证氢储能系统的收益稳定性;然后,综合考虑投资决策和运行模拟,将功率交易成本和灵活性资源调节成本纳入优化目标,建立以风光为主体电源,以火电和氢储能为辅助电源的多时间尺度协调规划模型;最后,以中国东北某省级电网为算例进行分析。结果表明,采用文中所提方法进行电源规划可以兼顾经济性和环保性,降低灵活性资源需求和投资成本,提高风/光场站的功率利用率。

不同光伏渗透率下考虑需求响应的配电网储能双层规划

为应对分布式光伏大规模接入配电网造成的净负荷波动问题,提出一种考虑需求响应的储能双层规划方法。首先,分析配电网在不同光伏渗透率下的灵活性需求以及各类灵活性资源的运行特性。其次,通过主成分分析法和分层聚类算法得到典型光—荷场景。然后,建立考虑需求响应的配电网储能双层规划模型,其中上层规划层以综合成本最小为目标优化储能的规划方案;下层运行层以运行成本最小为优化目标,考虑储能、价格型需求响应以及可中断负荷等可调控对象,制定各典型场景下的配电网运行策略。同时,为有效求解双层规划模型,采用上下层关联统一的方法将双层模型转换为单层模型,再通过调用Gurobi求解器进行求解。最后,基于IEEE33节点系统对配电网不同光伏渗透率条件下进行算例分析,验证所提方法的有效性。

计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划

为适应新型配电系统中分布式电源(DG)与负荷的双重波动性,需要对源、网、储进行协同配置以满足系统运行灵活性需求。为表征配电系统运行灵活性水平,从灵活性供需平衡、净负荷曲线平滑度和线路传输均衡性3个方面提出了净负荷适应率指标、净负荷波动率指标和线路负载裕度均衡性指标,并建立了考虑这些指标的配电系统源-网-储3层扩展规划模型。其中,上层和中层以年综合成本最小为目标对配电线路、DG和储能进行优化规划;下层以运行灵活性水平最高为目标进行运行优化。采用复合聚类算法生成配电系统典型规划场景,并以改进后的粒子群算法和非支配遗传算法双层嵌套的形式求解3层扩展规划模型。最后,基于改进的IEEE 33节点系统验证了所提规划模型的有效性和优越性。

跟踪光伏计划出力偏差的储能容量配置研究

不同典型天气下光伏出力预测误差具有明显差异,为保证分布式光伏集群友好接入,提出一种考虑光伏发电功率预测误差不确定性的共享储能容量配置方法。首先基于注意力机制和长短时记忆神经网络(long-term short-term memory neural network,LSTM)对分布式光伏出力进行预测,再与不同典型气象条件下的光伏出力实际值进行对比得到预测误差。然后以共享储能配置成本最优为目标,建立跟踪光伏出力计划偏差的共享储能容量配置模型,通过引入鲁棒机会规划约束来描述预测误差的不确定性,并采用凸逼近方法将原模型转化为确定性模型进行求解。仿真结果表明,所提方法在保证补偿效果的同时能最大提升储能配置的经济性。

基于四象限储能功率线性化模型的配电网协同优化

针对高渗透光伏可能引发配电网净负荷形态转变、电压越限和网损增加等问题,提出了一种考虑四象限储能功率线性化建模的主动配电网有功功率-无功功率协调优化策略。首先,分析主动配电网各类型调控资源的有功功率-无功功率调节能力和运行特性,特别是光伏和储能功率运行边界,基于此,提出四象限储能功率调节的线性化建模方法。然后,考虑储能功率容量约束和能量容量约束,构建配电网协同优化模型的目标函数和约束条件,并通过二阶锥松弛算法进行求解。最后,利用改进后的IEEE33节点系统验证所提方法的有效性和可行性。

考虑光伏场景聚合的配电网光储选址定容

研究光伏场景聚合是实现区域电网分布式光伏与储能联合规划的前提和基础,对促进配电网分布式光伏的充分消纳具有重要作用.通过基于改进的K-means++算法对历史光伏数据进行聚合分析,得到光伏出力的典型场景聚合,从配电网的经济性出发,兼顾系统运行的可靠性、环保性,建立考虑光伏场景聚合的光储选址定容规划模型,引入层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)将多目标优化问题转化为单目标问题,并利用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)进行求解.算例结果表明,提出的光伏场景聚合模型更准确刻画光伏出力的不确定性,验证了该模型的有效性和可行性.

不同工况下光储氢微网系统协调控制策略

针对光储氢微网系统运行时系统内部功率协调分配、切换平滑度以及电压稳定性等问题,提出一种考虑系统不同需求指令的功率分层协调运行策略。以提升系统稳定性、光氢系统结合度以及平滑运行为目的,搭建光储氢微网系统仿真模型,一方面,通过分层控制实现系统指令层与被控层之间的协调运行,并以上网电价为判断指标,保障系统经济性运行;另一方面,基于系统运行模式将系统运行工况分为8种,并通过多功率协调控制策略使得光储氢微网系统能够稳定运行、工况切换平滑以及母线电压稳定。最后通过仿真验证所建模型与控制策略的正确性与有效性。

基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法

为进行电力市场背景下的交直流配电网光伏与储能合理规划,该文以中、低压交直流配电网运营商为投资主体,提出基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法。确定中、低压交直流配电网运营商的合作博弈关系;中压配电网以投资/运维成本、购电成本和双边市场交易成本最小为目标,低压配电网以投资/运维成本、双边市场交易成本最小为目标,基于纳什议价理论建立光储协调规划模型,同时优化规划策略和交易电价;引入线性化方法处理非线性项,将模型转化为两个易于求解的子问题,采用分布式优化算法进行顺次求解。通过算例对比分析验证了所提规划模型和算法的可行性和有效性。

基于广义目标级联法的多牵引变电站光伏-储能协同规划配置

为铁路牵引供电系统中牵引变电站接入光伏等新能源以及储能,是积极落实能源交通绿色融合发展战略的手段之一。协同规划各个牵引变电站的新能源储能容量,能够有效提升较长距离牵引供电网络的绿色化水平。该文以融通型牵引供电架构为基础,以“规划+运行”为基本思路,提出多牵引变电站光伏-储能协同规划配置方法。首先对负荷侧数据进行处理,同时建立光伏出力的概率模型;其次以经济性最优建立单牵引变电站优化规划模型,并采用广义目标级联(G-ATC)法,考虑投资、运行成本最小及弃光成本最小,构建同一铁路沿线多座牵引变电站的协同规划模型,对多站点进行协同规划配置;最后针对得到的协同规划配置方案进行了运行模拟,并以某货运铁路为例进行分析。结果表明,该方法能够合理、高效地完成多站点新能源-储能规划配置并满足系统运行需求,为既有基于融通供电型的牵引供电系统升级改造提供了可行方案。

机场服务区光储配置和电能管理双层规划模型

电动汽车的兴起增加了机场服务区内的用电负荷。为此,利用机场周边发展光伏与储能,结合电动汽车停放期间充电特点,建立电动汽车参与价格型需求响应、服务区光储容量配置的双层优化模型。上层模型为光伏与储能设备容量优化配置,以光储配置成本最小为目标;下层模型中提出考虑分时电价与电动汽车停放中不同充电需求的服务区电能优化管理策略,同时,建立电动汽车负荷随机模型与价格型需求响应模型,以充电效益、光储效益最大为目标,建立典型日优化控制模型并优化电动汽车负荷曲线、服务区内储能控制。仿真中考虑光伏出力与充电负荷随机性,通过蒙特卡罗方法消除其对结果的影响,并且分析需求响应不确定性对优化结果的影响。结果表明:考虑分时电价与电动汽车充电效益的光储系统优化配置可节省一次投资费用,利用分时电价政策的充电和光储优化控制可获取更好的经济效益。因此,合理的系统配置与场地利用、充电管理和光储控制,是提高能源利用和经济效益的有效途径。