PI-MPC Frequency Control of Power System in the Presence of DFIG Wind Turbines

For the recent expansion of renewable energy applications, Wind Energy System (WES) is receiving much interest all over the world. However, area load change and abnormal conditions lead to mismatches in frequency and scheduled power interchanges between areas. These mismatches have to be corrected by the LFC system. This paper, therefore, proposes a new robust frequency control technique involving the combination of conventional Proportional-Integral (PI) and Model Predictive Control (MPC) controllers in the presence of wind turbines (WT). The PI-MPC technique has been designed such that the effect of the uncertainty due to governor and turbine parameters variation and load disturbance is reduced. A frequency response dynamic model of a single-area power system with an aggregated generator unit is introduced, and physical constraints of the governors and turbines are considered. The proposed technique is tested on the single-area power system, for enhancement of the network frequency quality. The validity of the proposed method is evaluated by computer simulation analyses using Matlab Simulink. The results show that, with the proposed PI-MPC combination technique, the overall closed loop system performance demonstrated robustness regardless of the presence of uncertainties due to variations of the parameters of governors and turbines, and loads disturbances. A performance comparison between the proposed control scheme, the classical PI control scheme and the MPC is carried out confirming the superiority of the proposed technique in presence of doubly fed induction generator (DFIG) WT.

System modeling and dynamic analysis of ISG hybrid power shafting

A system model is established to analyze the dynamic performance of an integrated starter and generator （ISG） hybrid power shafting. The model couples the electromechanical coupling shaft dynamics, the bearing hydrodynamic lubrication and the engine block stiffness. The model is com- pared with the model based on ADAMS or the model neglecting the bearing hydrodynamics. The bearing eccentricity and the oil film pressure have been calculated under different hybrid conditions or at the different motor power levels. It＇ s found that the bearing hydrodynamics decreases the cal- culation results of the bearing peak load. Changes of the hybrid conditions or the motor power have no significant effect on the main bearing, but have impact on the motor bearing. A hybrid power sys- tem composed of a 1.6 L engine and a 45 kW ISG motor can operate safely.

水路交通系统的发展现状与未来展望

水路交通系统是以船舶等为载运工具、以港口为节点、以海洋、江河、湖泊等水域为通道的一种运输方式,能够实现货物、人员的搭载与时空位移,是综合交通体系中不可或缺的重要组成部分。本文分析了国内外水路交通系统发展现状,梳理了水路交通系统未来需求及技术特征,提出了水路交通运输规划与组织优化、绿色船舶动力系统及供给体系、人机共融船舶岸基驾控系统、海域立体综合运输系统、水路交通系统控制体系、气象导航与安全航行等未来水路交通系统发展方向,为提高水路交通系统运营效率与服务质量提供理论基础与技术参考。

国有大型油气企业新能源发电项目经济评价探讨

国有大型油气企业基于减排降碳和可持续健康发展考量,积极探索新能源发电业务,投资项目经济评价方法和参数,成为影响新能源发电业务投资决策和高质量发展的决定性因素。基于经济评价基本原理,根据新能源发电项目技术经济特征,构建新能源发电项目经济评价方法和参数体系。折现现金流法仍然是新能源发电项目经济评价的主要方法,内部收益率和平准化度电成本是衡量项目盈利能力的重要指标。不同类型新能源发电项目经济评价方法具有较高的一致性,但应在投资构成、成本费用估算、收入与税金估算等方面体现差异,重点在营业收入估算中体现项目真正价值。在规制性配置储能要求以及储能收益政策有待落实的情况下,新能源发电项目效益有待提高,建议现阶段适当降低投资回报要求,尤其是出于市场拓展和协同发展目的的战略性新能源发电项目。项目电价和有效利用小时数对新能源发电项目的影响至关重要,应视情况合理选取参数。风光气电融合项目应分业务估算成本。国有大型油气企业应积极开展宏观配套政策和商业模式创新研究,以支撑新能源发电业务的高质量发展。

“双碳”目标下我国燃煤发电转型升级发展路径

统筹推进我国燃煤发电(简称“煤电”)转型升级,推动煤电功能定位转变,是实现“双碳”目标和加快构建新型电力系统的重要任务。针对我国燃煤发电转型升级的迫切需求,该文分析当前我国煤电的装机规模及其特点,评估了煤电的能耗、灵活性和碳排放3方面的发展水平,解析我国煤电未来发展方向,重点探讨了煤电热力系统重构、煤电与储能融合、煤电与其他能源及碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)的互补集成、“安全、高效、清洁、低碳、灵活”多目标协同4个方面的发展路径,提出新一代煤电高质量发展的基本思路。面向新形势下“安全、高效、清洁、低碳、灵活”的发展目标,未来我国煤电机组需要开展热力系统深度重构,通过热力系统的大范围重新设计、优化或改造,提高机组效率和灵活性、降低能耗和碳排放;可以将储热、飞轮、压缩空气等储能与煤电系统有机融合,突破煤电机组自身调节潜力约束,拓宽煤电机组的调节区间,提升机组变负荷能力和效率;充分利用煤电机组内丰富的物质流和能量流,可将煤电与其他能源或系统在多个环节匹配耦合,实现整体的多能互补能量梯级利用,提升总体能效与低碳水平;应重点从设计和运行两个维度实现多目标协同,在设计阶段注重高效清洁技术的集成与智能化、自动化,在运行过程中采用智能化、精细化控制策略。该文旨在增强煤电战略价值认知,为我国煤电转型升级提供理论参考和路径建议,助力新一代煤电在推进“双碳”进程和构建新型电力系统中发挥更广泛、更积极作用。

基于信息间隙决策理论的含碳捕集−电转气综合能源系统优化调度

【目的】为科学统筹综合能源系统运行经济性、稳定性和低碳性优化目标,采用何种技术手段以提升能源转化效率,减少系统能源浪费和区域环境污染,是当下综合能源系统合理优化的主要问题。为此,提出一种基于场景生成与信息间隙决策理论的含碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)—两段式电转气(power to gas,P2G)综合能源系统低碳优化策略。【方法】在技术层面,通过对电P2G两阶段精细化建模,提高氢能利用效率,建立热电联产(combined heating and power,CHP)-CCS-P2G耦合模型;在市场机制层面,引入阶梯型碳交易模型以降低系统中CO_(2)排放量。最终,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建不同风险偏好下的优化调度模型。【结果】以典型综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明所提模型可提高风光消纳率,实现系统低碳、经济、稳定运行。【结论】该优化策略可有效帮助决策者根据其风险偏好制定风险规避与风险追求策略下的调度方案,实现系统不确定性与经济性的平衡。

舰船综合电力系统研究进展与应用建议

该文概述舰船综合电力系统(integrated power system,IPS)的原理、组成、分类、特点与技术难点,介绍国内外工程研制情况,综述集成设计、大容量直流源及其并联组网控制、大容量直驱式电力推进、直流大电流开断保护、电力电子静止电源、高密度储能、智能化能量管理等7项共性技术及我国技术研究突破情况。针对IPS在民用新能源船舶、电动及混动飞机、轨道交通、海上能源高效利用等推广应用实际需求,给出系统推荐方案,并提出各应用场景下还需重点研究的内容,旨在为IPS在多领域推广应用提供参考。

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。

风机与储能参与电网调频协调控制技术综述

风机自身的调频能力有限,已无法满足电网调频需求。储能的柔性控制、吞吐容量大以及响应速度快等特点可以弥补风机的不足,适合形成风储联合系统参与电网的调频控制。通过对储能与风机参与电力系统调频的原理和控制策略进行的详细梳理,介绍了储能参与调频的原理、特点以及储能的调频模型与控制策略,对不同类型以及混合储能系统的调频特点与效果进行分析;接着对风机的调频原理及不同控制策略进行阐述,以风机分别以变桨控制、转子动能控制和联合控制方式进行分类。最后对本领域的现状和未来发展进行了总结与展望。

教育强国战略下职普融通高质量发展评价指标体系构建

教育强国战略下,职普融通高质量发展是拓宽学生发展路径的有益探索,建立职普融通高质量发展评价指标体系可以为深化职业教育供给侧结构性改革、推进现代职业教育体系建设提供行动指南。运用文献归纳法、德尔菲专家函询法及层次分析法,构建了包含“创新水平”“协调水平”“绿色水平”“开放水平”和“共享水平”5项一级指标、12项二级指标、25项三级指标的职普融通高质量发展评价指标体系。其中,“共享水平”“共建共享”和“职普融通实践共享专业课程数”权重均为各级指标最高值。为进一步推进职普融通高质量发展,具体改进建议是:完善评价指标体系,推动评价方式革新,促进评价过程优化。

考虑抑制励磁涌流的风储一体化系统黑启动技术研究

风储一体化系统即配备储能的风力发电,具有黑启动能力,对其加以控制可将该系统作为黑启动电源。基于此,在单台风机的基础上,制定了风储一体化系统的黑启动方案。首先,通过构网型控制的储能装置进行启动,为避免变压器投入过程中的励磁涌流或谐振产生的自励磁,在原有的电压环控制基础上,加入了惯性环节来实现软启动策略;然后,储能系统建立交流频率和电压后,实现风电机组及负荷的恢复;在风储一体化系统稳定启动后,经过主变压器和输电线路将电能输送到35 kV母线,完成黑启动过程。最后,在PSCAD/EMTDC软件平台建立风储一体化仿真模型,验证了采用软启动策略的黑启动方案,验证过程电压保持稳定,功率平衡,系统完成启动,同时有效地抑制了励磁涌流。

基于自由矩阵积分不等式方法的电力系统时滞相关稳定性分析

研究了电力系统时滞相关鲁棒稳定性问题。首先,建立了考虑系统时滞的电力系统模型;然后,通过构造时滞乘积增广型Lyapunov-Krasovskii泛函,并应用自由矩阵积分不等式方法,对泛函导数进行界定,得到了低保守性的稳定新判据;最后,通过单机无穷大系统、4机11节点系统和典型二阶系统验证了所提方法的有效性。

考虑垃圾焚烧烟气处理与电转甲醇的综合能源系统优化调度

为提升综合能源系统的环境效益与经济效益,促进可再生能源消纳并平抑系统波动,提出考虑垃圾焚烧烟气处理与电转甲醇的综合能源系统优化调度模型。首先,在垃圾焚烧电厂中,将脱硫、脱硝、碳捕集和烟气储存装置一同构成烟气处理系统,减少环境污染的同时实现垃圾焚烧发电与烟气处理环节时间上的解耦。其次,构建烟气处理系统-电转甲醇-甲醇燃料电池协同运行框架,碳捕集所得CO_(2)作为电转甲醇原料,生成的甲醇可直接获得商品收益,亦可通过甲醇燃料电池维持系统供电稳定性。最后,提出奖惩差异型阶梯碳交易机制以约束系统碳排放,建立以系统运行净成本最小为目标的优化调度模型。算例结果表明,该模型具备“削峰填谷”效用并能有效促进系统绿色、经济运行。

多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的外特性来提高新能源发电系统的惯量水平及惯性支撑能力,但虚拟同步发电机也会存在传统同步发电机的功率低频振荡问题。文中针对多虚拟同步发电机并联系统的低频振荡机理进行了研究。首先,建立了多虚拟同步发电机并联系统的单机等值模型,推导了等值模型的数学表达式。然后,建立了有功分量和无功分量刻画的低频振荡频率解析表达式,进一步对影响无功功率振荡频率的参数进行灵敏度分析,实现模型的降阶,揭示了系统参数及控制参数对振荡频率的影响规律。最后,通过仿真及实验验证了模型的有效性及理论分析的正确性。

Research on solar aided coal-fired power generation system and performance analysis

Integrating solar power utilization systems with coal-fired power units, the solar aided coal-fired power generation (SACPG) shows a significant prospect for the large-scale utilization of solar energy and energy saving of thermal power units. The methods and mechanism of system integration were studied. The parabolic trough solar collectors were used to collect solar energy and the integration scheme of SACPG system was determined considering the matching of working fluid flows and energy flows. The thermodynamic characteristics of solar thermal power generation and their effects on the performance of thermal power units were studied, and based on this the integration and optimization model of system structure and parameters were built up. The integration rules and coupling mecha- nism of SACPG systems were summarized in accordance with simulation results. The economic analysis of this SACPG system showed that the solar LEC of a typical SACPG system, considering CO2 avoidance, is 0.098 $/kW·h, lower than that of SEGS, 0.14 $/kW·h.

基于试验测试的光伏阵列建模与发电量估算

本文以建筑光伏一体化系统作为研究对象,计及光伏板受内部材料和温度、光照等外部条件对其输出电压和电流的影响,建立光伏板的准确数学模型;并基于实际光伏板的测试性能,着重研究光伏阵列的串并联计算、光伏阵列的建模和发电量估算三个关键问题。通过数值仿真验证方法的正确性和有效性。

浅谈民用建筑光伏电气系统设计

“双碳”背景下,民用建筑光伏电气系统的设计需要结合当地政策、法律法规及资源气候的情况,依据建筑物情况选取合适的安装角度和与建筑物相适宜的光伏组件、逆变器等设备;依据安装容量及当地政策选取合理的并网点及并网原则。本文以某建筑物为例,简单介绍光伏电气系统设计。

南昌市某高校绿色步道的光伏智慧化改造设计

为了给大众带来更好的现代化运动体验,对南昌市某高校道路两侧的传统绿色步道进行了光伏智慧化改造设计。基于光伏智慧步道的结构功能和工作原理,合理化设计了光伏智慧步道系统,并对该系统的成本、经济效益和环境效益进行计算分析,最后对光伏智慧步道的发展进行了展望。设计结果显示:独立的智慧步道系统需选用1 398块定制的高强度耐磨防滑组件排一行进行铺设,其内部呈现40路并联,除两路并联采用34串联外,其余38路并联均采用35串联进行接线,并通过2台70 kW的光伏并网逆变器、8个5进1出的汇流箱、双向电度表与公共电网连接,以实现光伏建筑一体化。该系统采用“自发自用、余电上网”模式,在满足系统自身用电的同时,还有248 427 kW·h/a的结余电量。第1年在获得111 983.34元收益的同时,还可以减少相当于97 238.96 kg标准煤的消耗。该系统的建设将光伏发电系统和绿色跑道相结合,既可以促进城市建设的绿色发展,提高城市居民健康运动的参与度,又可以产生良好的经济和环境效益,助力“双碳”目标的实现。

国际会议中心供配电系统设计探讨

以广州白云国际会议中心国际会堂为例,介绍这类对供电可靠性要求很高的会议中心供配电系统的情况和特点。通过案例分析和比较,探讨供配电系统中10kV中低压系统接线方案、移动发电机、UPS等关键电气设备的设置原则和注意事项。

集成电动汽车的家庭电热综合能源系统负荷调度优化

随着“碳中和”“碳达峰”等政策的提出,新能源和异质能源的调度优化成为减少碳排放的主要措施。而家庭综合能源系统在能源需求侧占比较大,如何构建合理的家庭能源系统以及实现家庭负荷优化的能量管理成为亟待解决的问题。为了实现家庭电热综合能源系统中负荷的灵活调度,充分考虑电动汽车及异质能源间设备的出力影响,提出了一种集成电转热设备热泵和电动汽车的家用燃料电池热电联产(domestic fuel cell-based combined heat and power,DFCCHP)系统综合优化调度方案。首先,根据家庭用电、用热特征将电、热负荷进行细化分类,引入热舒适度评价指标(predicted mean vote,PMV)进行室内温度的控制,建立负荷模型;其次,引入热泵和电动汽车,建立在分时电价和分时气价下以能源购买费用最小为目标的家庭综合能源系统优化调度模型,并使用Cplex求解器对模型求解;最后,通过仿真验证调度模型的合理性、可行性和环保性,以及热泵和电动汽车对系统经济性的影响。结果表明,在不同天气条件下,热泵和电动汽车的引入可有效减少系统的购能成本与碳排放,所得结论为进一步完善家庭综合能源系统拓扑及负荷优化调度提供了一定的理论分析基础。