Coordinated control strategy for wind power accommodation based on electric heat storage and pumped storage

To solve the severe problem of wind power curtailment in the winter heating period caused by ＂power determined by heat＂ operation constraint of cogeneration units, this paper analyzes thermoelectric load, wind power output distribution and fluctuation characteristics at different time scales, and finally proposes a two level coordinated control strategy based on electric heat storage and pumped storage. The optimization target of the first level coordinated control is the lowest operation cost and the largest wind power utilization rate. Based on prediction of thermoelectric load and wind power, the operation economy of the system and wind power accommodation level are improved with the cooperation of electric heat storage and pumped storage in regulation capacity. The second level coordinated control stabilizes wind power real time fluctuations by cooperating electric heat storage and pumped storage in control speed. The example results of actual wind farms in Jiuquan, Gansu verifies the feasibility and effectiveness of the proposed coordinated control strategy.

Analysis on the Influence Factors of Wind Power Accommodation

With the increase of wind power capacity in China, the situation of curtailment of wind power is getting worse. An annual sequence production simulation model is established with maximum wind power consumption as the objective function. The calculation of specific power grid operation in 2013 verifies the precision of this model. The impact of different factors on wind power accommodation as well as the impact of power grid reserve, wind resources and load on wind power curtailment is analyzed. The calculation results quantify the impact of different factors from power system to the accommodation of wind power and provide reference to solving the problem of wind power curtailment.

Unit Commitment under the Environment of Wind Power and Large-Scale Bilateral Transactions

Bilateral electric power contract is settled based on contract output curve. This paper considered the bilateral transactions execution, new energy accommodation, power grid security and generation economy, considering the executive priority of different power components to establish a multi-objective coordination unit commitment model. Through an example to verify the effectiveness of the model in promoting wind power consumption, guaranteeing trade execution, and improving power generation efficiency, and analyzed the interactions to each other among the factors of wind power, trading and blocking. According to the results, when wind power causes reverse power flow in the congestion line, it will promote the implementation of contracts, the influence of wind power accommodation to trade execution should be analyzed combined with the grid block, the results can provide reference for wind power planning.

基于网源协同多阶段投资规划的配电网过网费机制设计

针对分布式电源就地消纳会造成电网企业输配电成本流失,且现行输配电价制定机制尚不能真实反映“余电上网”模式下分布式电源对配电网的实际使用情况,提出一种基于网源协同多阶段投资规划的配电网过网费机制设计。首先,根据负荷增长情况,以投资年份、投资容量为决策变量,将分布式电源规划周期分为若干阶段,在此基础上利用所提过网费模型分别求出各阶段对应的过网费。其中,源网协同多阶段规划模型的建立以分布式电源投资主体效益最大及配电网网损和电压波动最小为目标,过网费计算模型则依据分布式发电市场化交易的输配电资产占用情况、电压等级和电气距离等关键影响要素,构建了含基础费用、阻塞附加费用和交叉补贴费用的分布式电源过网费。仿真结果表明,所提出的与分布式电源投资规划相结合的过网费机制能够保证投资主体的效益和配电网的资产回收,并能在一定程度上提高分布式电源的渗透率和消纳率。

基于火电灵活性改造的可再生能源消纳系统成本优化

随着风电等可再生能源的大规模发展,带来了消纳难等新挑战,通过火电灵活性改造可以增强电力系统灵活调节能力、提升可再生能源消纳空间,同时需要考虑火电灵活性改造的经济性和对可再生能源消纳的影响。因此,综合考虑火电机组常规运行成本及灵活性改造后增加的各项成本,结合碳排放成本和弃风成本,建立以总成本最小为目标的火电灵活性改造前后优化调度模型,采用对比差值法计算基于火电灵活性改造的可再生能源消纳系统成本。通过算例,将所建模型应用于对比改造前后、不同碳排放强度、是否考虑弃风等不同方案下的机组运行状况及消纳系统成本大小,并拟合得到可再生能源渗透率和消纳系统成本的关系曲线,验证了模型的有效性。

数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法

分布式资源的广泛接入与风、光等不可调资源的波动性使电力系统运行调控的难度显著增加。文中研究可再生能源不确定性影响下的分布式集群资源优化调度策略,挖掘多种可调资源灵活性,提高不可调资源利用率。为实现分布式可调资源的灵活调控,首先,提出了数据中心与光储集群聚合体的可调潜力时变边界计算方法,保证其聚合最优性与分解可行性。然后,基于历史数据构建契合风电随机特性的∞-Wasserstein模糊集,该方法具有良好的样本外信息描述能力。最后,提出自适应多面逼近方法解决分布鲁棒优化问题固有的无限维求解难题,将两阶段分布鲁棒调度模型转化为有限维问题以实现快速求解,并基于修改的IEEE-RTS 24节点系统仿真验证了所提方法的有效性。

计及电转气-风-火-核-碳捕集的多源联合系统优化调度

在风-火-核-碳捕集多源联合系统中,核电机组在参与电网调峰时存在调峰深度选择不精确的问题。此外,该多源联合系统还存在风电消纳不足的问题。为此,构建了一种计及线性化核电机组调峰深度模型的电转气(power to gas,P2G)-风-火-核-碳捕集多源联合系统,并对该系统进行了日前优化调度。首先,基于核电机组负荷跟踪模式,通过引入连续变量,提高了调峰深度选择的准确性;然后,分析了碳捕集电厂-P2G联合运行模式及需求响应资源对促进风电消纳的积极作用;最后,以系统综合运行成本最低为目标函数,同时考虑碳交易机制,在Matlab平台搭建仿真模型,验证了所构建多源联合系统的有效性。结果表明,相较于核电机组采用固定调峰档位的多源联合系统,所构建的多源联合系统能够在保证核电机组安全稳定运行的同时,实现风电完全消纳,系统碳排放量与综合运行成本分别下降了13.74%与6.27%,提高了系统运行的低碳性与经济性。

电能型-功率型混合储能日前-日内协同滚动调度策略

混合储能可以利用不同类型储能在电量和功率上的不同优势。然而,在滚动优化调度中,电能型储能资源(如电池储能)容易因较短的日内滚动时间窗而限制其削峰填谷的能力;而功率型储能资源(如超级电容)又容易因较长的日前时间窗而影响其平抑风电波动的效果。针对以上两种问题,文中提出一种同时考虑电能型和功率型储能资源的日前-日内协同滚动调度策略。首先,针对电能型储能削峰填谷能力受限的问题,将日内滚动周期扩展到一天中的剩余时间,并将调度范围划分为时间分辨率不同的两个部分,从而使该部分储能资源尽可能参与削峰填谷,同时提升模型的求解效率。然后,针对功率型储能平抑波动能力受限的问题,通过对波动量的极值点统计分析,提出有限时间窗电量约束策略,从而避免该部分储能资源因过度参与削峰填谷而导致能量不足。算例表明,提出的调度策略能够发挥不同储能资源的调度潜力,在削峰填谷的同时平抑风电波动,提升风电消纳能力。

不确定风电接入下计及煤电机组深调和储能的电力系统分布鲁棒优化日前调度方法

随着新能源装机规模和占比的不断扩大,未来新型电力系统对灵活调节能力的需求逐步攀升。目前,我国仍以煤炭为主要能源,电源结构仍以煤电机组为主。在新能源大规模并网条件下,煤电逐步由传统的基础保障性电源向系统调节性电源转变,更多地承担系统调峰和备用等任务,以促进新能源的消纳。因此,充分发挥煤电机组的灵活调节能力对于电力系统的安全稳定经济运行至关重要。该文在考虑风电不确定性的基础上建立了计及煤电机组深调和储能的电力系统两阶段分布鲁棒优化模型。模型第一阶段考虑基础场景下系统的调度计划,包括煤电机组的启停和储能的充放电计划,第二阶段在第一阶段决策已知的情况下优化不确定概率分布下的成本期望,从而得到最恶劣场景下的概率分布。模型采用非精确列和约束生成(inexact column-and-constraint generation,i-C&CG)算法迭代求解。最后,采用改进的IEEE-39节点和IEEE-300节点系统验证了模型对风电消纳的促进作用以及i-C&CG算法对模型求解的加速效果。

利用建筑虚拟储能提升风电消纳能力的电热联合系统优化调度方法

利用建筑虚拟储能能提升电热联合系统的风电消纳能力,但若只考虑建筑结构储能而不考虑室内空气储能会导致虚拟储能利用不足。针对此问题,在奖惩阶梯碳交易背景下提出一种利用建筑虚拟储能提升风电消纳能力的电热联合系统优化调度方法。首先,以室内空气和建筑结构热平衡模型为基础建立精细化建筑虚拟储能模型;其次,在系统中引入奖惩阶梯碳交易机制及需求响应机制;再次,考虑电、热功率平衡以及室内温度等约束,以电热联合系统总成本最低为目标函数,并提出改进型平衡器优化算法对目标函数进行优化求解;最后,对不同场景下电热联合系统对风电的消纳、CO_(2)排放及经济性进行分析,结果表明:所提方法不仅提高了电热联合系统的风电消纳率,降低了CO_(2)的排放量,且提升了经济性。

微电网的氢-氨混合储能系统容量优化配置研究

随着我国分布式可再生能源装机规模的爆发式增长,对微电网高渗透率可再生能源消纳的需求逐渐提高。为了提高微电网的风光消纳能力,构建含氢氨混合储能系统(hydrogen-ammonia hybrid energy storage system,hydrogen-ammonia HESS)的微电网结构,提出氢氨混合储能系统的容量优化模型,以微电网的综合成本最小为目标函数,以风电消纳率为重要指标,并对氢氨混合储能系统的容量优化模型进行求解。通过算例分析,验证所构建的含氢氨混合储能系统的微电网在经济性和风电消纳两方面,均比仅含氢储能系统或氨储能系统的微电网更加有效。

双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

储能技术与风电相结合实现电能的时空平移是解决系统运行稳定性问题的有效手段。氢储能具有储存容量大、可实现电热联产联供的优点,具有很大的发展潜能。然而由于风电存在不确定性,氢储能系统在频繁切换工作模式时面临着不确定的热能需求。因此,文中综合考虑氢储能在间歇模式下的热能需求,首先,介绍了氢储能系统接入的电-热综合能源系统基本结构,将风电场与氢储能相结合构成风-氢混合系统;然后,提出考虑风-氢混合系统热平衡需求不确定性的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型;最后,基于对偶理论,对所提出的模型转化求解,通过算例对比分析各类情况优化结果,验证了氢储能在促进风电消纳、提高系统能源综合利用率方面的有效性,并证明了考虑电解槽和燃料电池工作温度能提高系统的工作效率并提高风电场并网功率。

考虑需求响应的小型堆热电综合能源系统日前调度

核供热具有清洁低碳、高效可靠等优点,特别是一体化小型堆供热-发电综合能源系统具有热电逆向耦合特性,合理利用这一特性有助于提高系统经济性,促进风电消纳。考虑需求响应是实现综合能源系统经济高效运行的重要途径。基于SMR控制回路阐述其运行过程中存在的热电逆向耦合特性,根据电力负荷价格弹性响应模型推导建立需求响应模型。以系统运行成本最小为目标,建立SMR热电综合能源系统日前优化调度模型,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后划分不同供能场景进行仿真,计算结果表明,需求响应模型可以准确描述电价对多能用户的影响,为系统运营商提供更为合理的调度方案,考虑需求响应的SMR热电综合能源系统日前调度模型在提高系统的经济效益和综合能效方面优势显著。

考虑氢混燃机动态混氢特性的电-气互联系统优化调度

电–气互联系统是综合能源系统的重要组成部分,燃气机组是其中关键的能源耦合元件,而随着能源系统低碳化转型,燃气机组掺氢燃烧发电的技术应运而生。传统氢混燃机相关研究大多只考虑固定掺氢比运行的情况,并未考虑机组动态调整掺氢比运行的影响。传统电–气互联系统优化调度相关研究主要面向运行经济性,而对计及氢混燃机的能量与备用统一出清鲜有研究。为此,该文提出了一种考虑氢混燃机动态混氢比的电–气互联系统优化调度方法,基于动态混氢特性建立氢混燃机精细化模型,并通过电解水制氢技术为氢混燃机提供氢气来源,配置储氢罐和储气罐作为联合体为系统提供备用;采用二项式松弛方法对氢混燃机耗气流量方程进行线性转化,将原有非凸非线性模型转化为混合整数线性规划模型求解;最后通过仿真验证所提方法的有效性,分析不同场景下系统运行状态,实现了“风电–电解水制氢–氢混燃机”模式下风电消纳潜力的深度挖掘。

基于灵活性资源与风电协同互动可行域的鲁棒优化调度策略

风电高比例接入电网后,其出力的随机性及波动性增加了电网中安全调度运行的决策难度。为促进风电消纳,同时降低风电不确定性对电网稳定运行的影响,提出一种基于灵活性资源与风电协同互动可行域的鲁棒优化调度策略。首先,以储能及电动汽车作为可调节灵活性资源集合,构建可消纳风电波动范围与储能、电动汽车功率调节区间的可行域,根据系统当前运行状态为控制策略提供指导;其次,基于可行域提出一种计及风电消纳能力及调度成本最优的两阶段鲁棒优化模型,充分挖掘灵活性资源的调节能力,优化灵活性资源与风电的协同调度策略以应对系统调度中的不确定因素;最后,根据可行域形态指标修正调度策略进一步提升风电资源的消纳能力。通过IEEE39节点系统进行算例分析,验证了所提模型及方法的有效性。

Comprehensive evaluation model of wind power accommodation ability based on macroscopic and microscopic indicators

This article explores and establishes comprehensive evaluation index system of wind power accommodation ability considering microscopic index and macroscopic index, and the index system includes conventional evaluation indexes such as forecast deviation, simultaneity factor and anti-peak rate, also newly introduced evaluation indexes such as installed capacity, power adequacy and accommodation space. Bayesian weight modified method is used for solving index weights of 8 wind power accommodation indexes. The paper puts forward a comprehensive evaluation model of wind power accommodation ability based on improved radar chart method, and this model changes traditional radar chart fan-shaped sector to quadrilateral evaluation region, and increasing angle bisector can solve the problem that evaluation results are not unique. It constructs new area and perimeter vectors of radar chart, which make the evaluation results give consideration to level of aggregation and balance degree of evaluation objectives, and case study results show that this model has a certain practical value.

Nash-Q learning-based collaborative dispatch strategy for interconnected power systems

The large-scale utilization and sharing of renewable energy in interconnected systems is crucial for realizing"instrumented,interconnected,and intelligent"power grids.The traditional optimal dispatch method can not coordinate the economic benefits of all the stakeholders from multiple regions of the transmission network,comprehensively.Hence,this study proposes a large-scale wind-power coordinated consumption strategy based on the Nash-Q method and establishes an economic dispatch model for interconnected systems considering the uncertainty of wind power,with optimal windpower consumption as the objective for redistributing the shared benefits between regions.Initially,based on the equivalent cost of the interests of stakeholders from different regions,the state decision models are respectively constructed,and the noncooperative game Nash equilibrium model is established.The Q-learning algorithm is then introduced for high-dimension decision variables in the game model,and the dispatch solution methods for interconnected systems are presented,integrating the noncooperative game Nash equilibrium and Q-learning algorithm.Finally,the proposed method is verified through the modified IEEE 39-bus interconnection system,and it is established that this method achieves reasonable distribution of interests between regions and promotes large-scale consumption of wind power.

考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气(P2G)工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。

碳捕集电厂-电转气联合运行模式下考虑绿证-碳交易机制的综合能源系统低碳经济调度

为提高综合能源系统(integratedenergysystem,IES)的风电消纳水平,降低系统碳排放,该文提出一种碳捕集电厂–电转气联合运行模式下考虑绿色证书交易机制与阶梯式碳交易机制的综合能源系统低碳经济调度策略。首先构建绿色证书交易模型与阶梯式碳交易模型,并以绿证历史交易作为依据考虑绿证数量影响绿证交易价格的市场均衡关系;然后构建碳捕集电厂综合灵活运行模型与电转气两阶段精细化模型,将绿证–碳交易机制引入计及碳捕集电厂与电转气设备联合运行模式的综合能源系统调度中;此外兼顾气网与热网动态特性提高调度策略的灵活性以及决策结果的精确性。最后在算例中对所提调度策略进行对比分析,结果表明所提策略可能够开阔风电消纳空间,提高系统经济性以及降低碳排放水平。