Non-dominated sorting culture differential evolution algorithm for multi-objective optimal operation of Wind-Solar-Hydro complementary power generation system

Due to the intermittency and instability of Wind-Solar energy and easy compensation of hydropower, this study proposes a Wind-Solar-Hydro power optimal scheduling model. This model is aimed at maximizing the total system power generation and the minimum ten-day joint output. To effectively optimize the multi-objective model, a new algorithm named non-dominated sorting culture differential evolution algorithm(NSCDE) is proposed. The feasibility of NSCDE was verified through several well-known benchmark problems. It was then applied to the Jinping Wind-Solar-Hydro complementary power generation system. The results demonstrate that NSCDE can provide decision makers a series of optimized scheduling schemes.

NB/T 11554—2024要点解读及水风光储多能互补标准化工作回顾

本文追溯了“十三五”时期关于多能互补综合能源的开发模式、工程示范以及针对电源端多能互补系统的分类和指导意见,根据“十四五”时期关于两大水风光综合基地的规划,全国主要流域可再生能源一体化规划工作的初步成果,以及对于试点流域规划实施启动、产业链配套工程提速等工作回顾,梳理了水风光储可再生能源综合开发工作历程及标准化工作需要解决的问题及必要性。在分析多能互补一体化标准现状及水风光储标准立项需求的基础上,对最新发布的《水风光储可再生能源综合开发项目技术规范》进行规划、设计、运行和管理全生命周期各阶段要点解析,提出了该规范对于水风光储标准化工作的开创性和指导性。

水风光大基地资源分析要求和方法

近年来,由于“极热无风”“晚峰无光”“云来无光”“冬季枯水”甚至极端天气导致的“汛期反枯”等气象问题加剧了能源保供的压力,能源开发方式将不能局限于单一能源品种,而应呈现多能互补方式,清洁可再生的“水风光”多能互补开发,可以最大程度地带动流域内风光资源的开发利用,弥补新能源发电的出力不足,是保障电量可靠供给的有效方式。水风光资源的特性与时空分布是水风光多能互补规划设计和调度运行的基础与依据,本文首先论述了水风光资源特性及其评估方法,进而开展对水风光互补特性的研究,最后针对水风光大基地在规划设计和调度运行中的资源分析方法进行论述。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略

为了充分发挥系统中可调节资源的自身优势,利用变速抽水蓄能机组配合小水电机组进行常规调节,并考虑变速抽水蓄能机组的快速响应特性,提出了兼顾系统小时级以及秒级安全性的风-光-水-储多主体互补发电系统的联合优化调度模型。为了降低合作博弈高效性算法线性增长的计算复杂度,基于改进Shapely值法提出了一种大规模利益主体的合作增量效益(增益)分配策略。通过资源聚合,对高维度问题进行降维处理,利用Shapley值法进行初始分配;构建合作增益贡献指标,采用非对称纳什谈判理论对同类型的不同主体进行细化分配。以某流域风-光-水-储10主体互补发电系统为仿真算例,结果表明:抽水蓄能机组与小水电机组互补运行可以提升系统的灵活性和安全性;基于改进Shapley值法的合作增益分配策略具有计算高效性以及应用可行性。

基于直流外送的水风光大基地最优容量配比研究

水风光大基地一体化运行是提高直流外送通道利用率、增加清洁能源电量、降低成本电价的重要方式,其难点在于确定风光水大基地的最优容量配比。首先构建水风光大基地系统模型,然后以投资经济性最优为目标,以风光水出力特性、直流通道输送容量为约束,建立时序生产模拟模型,并采用分支定界法求解模型。以金下界河上的梯级电站为例,通过对比不同水风光配比下的新增电量、提升设备利用率和成本电价,给出兼顾环保性、安全性、经济性的最优配比。研究结果可为水风光大基地电规划与建设提供参考依据。

Coastal power plant:a hybrid solar-hydro renewable energy technology

This article offers a demonstration of a novel technology that uses hydro and solar power combined with battery storage to generate electricity for deployment off coastal regions.Called the coastal power plant(CPP),such an installation has a multistorey water reservoir that draws in seawater that is then pumped up in vertical stages by geyser pumps into an overhead tank,from which it is released into a hydropower plant to generate electricity.The ocean surface is utilized to install a floating solar plant for photovoltaic energy generation.The intermittent renewable source is combined with a battery energy storage system to meet peak demands.Offshore oil industry technologies are utilized in fabricating the structures on shore and towing them to the site.The potential and cost effectiveness of a 201-MW CPP are also analyzed.Results demonstrate the effectiveness of the new design in terms of investment and operation/maintenance costs.These compare favorably with other renewable energy technologies.

风光消纳对梯级水库群运行水位的影响

水风光多能互补系统大多聚焦协同调度和提高新能源消纳研究,却忽略了风光能源消纳对水库水位的潜在影响。构建了考虑短期弃电特征的水风光互补系统中长期优化调度模型。首先,根据实际水风光出力模拟可能的弃电情景,拟合弃电损失函数,将其嵌套在中长期优化调度模型中;其次,模拟接入风光前后的水库调度运行过程;最后,分析风光消纳对梯级水库群年际、年内、月运行水位的影响。以黄河上游龙羊峡至刘家峡梯级水电站水风光互补系统为实例,研究表明:①接入风光后,梯级水库群的年均出力降低约0.5%,可促进风光消纳,保证系统总出力更大,可提高风光上网出力和系统总出力约2.2%;②风光消纳导致梯级水库群的年际和月水位波动增加,龙羊峡和刘家峡水库的年末消落水位和年均水位的波动范围分别增加2.5%、101.6%、0.8%和78.9%,龙羊峡的月水位波动变幅为0,刘家峡月水位下限降低14.7%;③在丰水年,接入风光后梯级水库水位显著下降;平水年,龙羊峡水库水位稍有降低,刘家峡水库的水位表现为汛前春季水位降低,汛后秋季水位升高;枯水年,风光消纳对水库水位几乎没有影响。这些研究结果对于更好地理解风光能源与水库运行之间的复杂关系以及优化水风光互补系统的运行策略具有重要的实际意义。

面向产黏性卵鱼类繁殖需求的水风光生态协同调度

黏性卵黏附于砾石表面或砾石间隙中、近岸浅坑中发育孵化,对产卵场水文条件有特定需求。水风光互补运行下水电调峰造成日内下泄流量变化率增大,易导致黏性鱼卵暴露于空气中干燥死亡。已有生态流量缺乏日内流量变化率的量化研究,水风光协同调度缺乏鱼类繁殖适宜流量过程的考虑。提出通过计算不同流量工况下鱼类繁殖适宜生境面积的重叠率,以评估不同基准流量下生态适宜的流量变化率。同时,综合考虑水电调峰对新能源消纳及其对水文情势的改变,提出一种面向鱼类繁殖需求的水风光生态协同调度模型。以羊曲坝下河段为例,结果表明,为满足产黏沉性卵鱼类繁殖需求,最大流量增率不宜超过120 m^(3)/(s·h);生态权衡调度方案相比调峰效益最大解,平水和枯水时期分别减少7%和6%的新能源消纳量,减少2%和6%的水电出力,但水文情势的改变量相比降低了15%和21%。研究成果可为鱼类产卵期水电站生态调度优化运行提供技术支撑,促进水电可持续发展。

贵州省水风光一体化基地开发研究

水能、风能、太阳能等可再生能源具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染的特点,利用水能、风能、太阳能已成为全球实施经济社会和能源可持续发展的重要选择,但单一的风、光出力过程间歇性强、波动性大、可控性差,利用水电站的快速响应及调节能力可有效平滑新能源出力,提高电能品质,促进新能源消纳。本文从贵州省资源条件和开发现状出发,结合贵州省水电、风电、光伏出力特性和资源分布,提出了贵州省开展水风光一体化基地规划的优势。最后考虑风光出力与负荷的匹配性,提出了贵州省风光开发风电比例在0.4~0.6时对系统影响最小,考虑综合弃风光率5%,贵州省开展水风光一体化基地合理规模约8000MW。

基于混合柔直的水风光一体化新型电力系统简化建模方法

依托国内新建含混合柔性直流外送的水风光多能互补一体化新型区域电力系统工程实际,针对该系统三个核心组成场站,即水电机组侧、风光汇集系统侧和混合柔性直流的区域化模型分别进行简化建模,而后通过实验对比验证响应模型和本文提出的等效模型。结果表明,本文提出的新能源区域电力系统等效模型可以在发生故障时对系统动态过程在机电仿真尺度进行高精度等效。由于其具有易拓展性和广泛适用性,可作为研究极大规模高比例新能源电力系统的实验范式。

促进水风光蓄一体市场化消纳的容量优化配置研究

水风光一体化开发是未来能源发展的重要方向之一。水风光多能互补建设面临着投资规模大、协调发展难度大、资源与电网需求分布不平衡等诸多挑战。抽水蓄能作为目前最经济、最高效、最成熟的一种储能方式,配合水风光一体化开发,在确保电力系统稳定运行的情况下,促进大规模的清洁能源消纳。通过研究水风光多能互补系统的运行特性及模型简化方法,构建综合定/变速抽水蓄能电站评价体系,厘清不同能源主体间的利益关系,进一步考虑合理的机制的制定,提高多清洁能源一体化的积极性。并对多能互补系统内部容量配置以及各部分之间联合优化调度进行研究,给出水风光蓄联合运行系统的容量优化配置方法。

内陆水面漂浮式光伏开发分析与可行技术方案

光伏作为我国目前最重要的新能源发电形式之一,对实现我国双碳战略目标有着重要的作用。基于开发水库、内陆水面漂浮式光伏电站的各类影响因素及政策导向,分析了未来开发内陆水面漂浮式光伏电站,形成水光互补发电格局的挑战与前景。对漂浮式光伏电站的技术方案进行了调查、研究与初步设计,形成了可供参考的内陆漂浮式光伏开发初步方案。

水风光多能互补运行关键技术研究现状及展望

在全球能源结构转型背景下,水风光多能互补系统作为现代能源体系关键组成部分,正日益受到重视。探讨了我国水风光资源分布情况,并分析了互补基地建设规划。剖析了水风光多能互补系统在规划期资源评估与系统集成、运行期预报调度与高效运行、消纳期电力交易与市场营销等关键阶段技术挑战。总结了当前在资源评估方法创新、系统集成优化、智能调度系统开发以及储能技术应用等方面最新研究进展,并对未来研究趋势进行了前瞻性展望,研究成果可为相关领域研究和实践提供参考和借鉴。

风光接入下水电机组调节性能评价方法

风电、光伏在电网中占比越来越高,到2050年,风光总装机容量预计将占全国电源的70%,为保障风光接入后电网稳定运行,需借助水电资源进行消纳。但风光电的波动性需水电机组频繁参与调节,会导致水电机组调节动态特性发生变化。为量化评估风光接入下水电机组调节性能,构建了能反映水电机组调节性能的指标体系,借助模糊综合评价法客观综合评价风光接入下水电机组调节性能。所提方法可为风光新能源并网提供理论支撑,更好地助力水风光多能互补领域的发展。

考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究

流域梯级水风光综合能源基地配建抽水蓄能构建水风光蓄互补系统,是提高风光消纳能力、加速可再生能源一体化开发的重要途径。水风光蓄互补系统因地制宜既可配置混合式抽水蓄能,又可配置传统常规抽水蓄能。针对何种配置方式更优问题,从调度运行需求出发进行了研究。首先量化分析了水风光资源的季节互补性和日内互补性。然后分别考虑配置混蓄与纯蓄,基于精细化流域梯级水电模型,以负荷跟踪偏差率最小、弃能最小、水量利用率最大为目标构建了水风光蓄互补系统短期优化调度模型,从调度运行角度探究不同抽蓄形式对水风光蓄互补系统的影响。最后,通过某流域梯级水风光一体化基地算例表明,配置混蓄相较于配置纯蓄,不同运行场景下负荷跟踪偏差率均更小、弃能均降低、水量利用率均提高,综合运行效率也得到提升,表明配置混蓄对水风光蓄互补系统调度运行的提升优于纯蓄。研究可为流域清洁能源基地、抽水蓄能规划建设及调度运行提供决策支持。

考虑源荷协同的水风光一体化多时间尺度优化调度研究

以大规模、高比例新能源为主体的新型电力系统背景下,为解决中长期、短期水风光互补系统的电力质量、源荷协同矛盾的问题,本文提出了一种考虑不同时间尺度下水风光互补目标的水库优化调度决策,可实现不同时间尺度下的水风光一体化优化调度,指导水风光一体化系统的全周期运行过程。首先,从水风光一体化互补基本原理层面,阐述水风光一体化互补的机理、原则以及具体方法;其次,提出基于多时间尺度的以送电量为主、适应受端负荷的水风光互补调度多目标函数,构建水风光中长期—短期优化调度的多层嵌套调度模型,引入分层联合解耦、区间二分搜索算法求解;最后,通过不同时间尺度的水风光一体化场景与受端负荷特性确定边界,结合多目标函数构建水电中长期、短期优化调度方案。研究结果表明:利用水电灵活调节性能可有效提升中长期、短期水风光互补发电质量效益,同时增加对受端电力系统负荷的适应性。本次研究成果对水风光一体化系统的调度运行指导提供一定的经验借鉴和参考。

量化短期弃电风险的小湾、漫湾水电站水光互补中长期优化调度研究

随着光伏不断接入流域水电并与水电打捆送出,水光互补优化调度对现有的流域梯级水电站水库群调度工作提出了新的要求。为解决已有的中长期水电优化调度规则并不能有效避免短期水光互补联合运行弃电风险这一实际运行问题,以澜沧江小湾、漫湾水电站水光互补为例,针对近期和远期2种光伏装机容量配置场景,对小湾、漫湾水电站长系列水文资料划分来水频率,具体量化短期弃电风险并嵌套绘制中长期水光互补优化调度图,得出该联合调度能有效降低不同来水条件,尤其是平偏丰来水年水光互补运行弃电风险的结论,可为实际调度规则的制订提供参考。

计及新能源容量配置的水风光基地一体化运行研究

随着全球对清洁、可持续能源需求的增长,水、风、光等可再生能源在能源转型中扮演关键角色。传统上这些能源往往独立运行,难以实现最优协同。水风光基地的一体化运行,可以解决资源波动和电网接纳问题。研究表明,一体化运行可充分发挥水电调峰能力,减少风光波动,提高新能源利用率;电量分配方案的选择应综合考虑外送水电站调峰能力及电网稳定性。通过新能源容量配置的深入研究,以期为提供清洁能源在能源系统中的高效利用提供理论基础和实践指导。

金沙江下游可再生能源出力及水风光互补特性分析

随着中国经济的不断发展和人民生活水平的提高,对清洁能源的需求逐渐增加,可再生能源在能源结构中的地位愈发凸显。以金沙江下游四川侧地区为研究对象,通过对风电和光伏的季、日出力特性展开分析,深入了解该地区的可再生能源潜力,研究水风光互补特性。研究成果可为可再生能源的高效利用提供科学依据。