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.

基于CEEMD-SE的CNN&LSTM-GRU短期风电功率预测

为进一步提升短期风电功率的预测精度,提出了一种基于互补集合经验模态分解-样本熵(complementary ensemble empirical mode decomposition-sample entropy,CEEMD-SE)的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短期记忆-门控循环单元(longshorttermmemory-gatedrecurrentunit,LSTM-GRU)的短期风电功率预测模型。首先,利用互补集合经验模态分解将原始风电功率序列分解为若干本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量和一个残差(residual,RES)分量,利用样本熵算法将相近的分量进行重构;其次,搭建卷积神经网络和长短期记忆网络的并行网络结构,提取数据的局部特征和时序特征,并将特征融合后输入门控循环单元网络中进行学习预测;最后,通过算例进行验证,结果表明采用该模型后预测精度得到了有效提升,其均方根误差降低了15.06%、平均绝对误差降低了15.22%、决定系数提高了1.91%。

风光热储互补发电系统容量配置技术研究

针对无常规电源支撑的风光热储互补发电系统,协调规划装机容量对提高发电系统运行经济性和利用率具有重要意义。提出了一种双层优化配置方法,上层以最小度电成本及弃电率为目标,确定系统装机容量;下层以新能源发电消纳最大为目标,解决功率分配问题。通过反复迭代寻优,得到系统容量配置;然后;通过纳什谈判对优化结果进行选择;最后,对甘肃河西地区数据进行仿真分析。结果表明:风光热储互补发电系统最优容量配置下的度电成本为0.3064元/(k W·h);风电场加光伏电站装机容量与光热电站装机容量的最优比为6:1,对比相同装机容量的风光互补发电系统,风光热储互补发电系统具有更高的稳定性。

水电高占比下风电接入对系统稳定性影响

随着绿色清洁高效能源基地的构建,以水电为主体的水风互补成为我国西南能源开发的重要特征。为研究在典型水电系统中接入风电对系统稳定性带来的影响,首先,针对水风互补系统以转矩分析法分析了风电接入对系统频率和功角稳定性的影响,并通过算例和Prony分析验证了风速与风电渗透率对系统稳定性的影响。结果表明,风电的接入在一定程度上可以削弱传统水电系统的超低频振荡,而风电接入互联送端系统会导致区域等值惯量的下降,进而使系统区域间低频振荡风险加剧。其次,考虑风电的接入会诱发区域间低频振荡,在风电系统中引入风电的附加综合虚拟惯性与阻尼控制。算例与Prony分析验证了该控制策略能有效提高系统稳定性。最后,在区域间大规模风电接入场景下,利用改进的鲸鱼算法对风电的附加控制器参数进行了优化;结果表明,参数的整定有效提高了系统的频率以及功角稳定性。

考虑避振条件的水风光互补发电系统运行经济性评估

为更加全面、准确评估水电机组在风光水互补发电系统中的经济性表现,本文将水电机组寿命损耗成本纳入机组运行成本,建立以机组运行成本最小、发电量最大、功率负荷偏差最小为目标的风光水互补发电系统经济性评估模型,充分考虑水电机组运行策略的区别,对比机组避振与不避振运行时的系统经济性特征与机组运行特点。基于NSGA-Ⅱ智能优化算法对模型求解,以国内某清洁能源基地为例分析了风光典型出力场景下系统运行经济性。研究结果表明,相比水电机组不避振运行,采用避振运行方式的水风光互补系统虽然发电量和功率与负荷偏差均值分别降低了0.09%(0.02 GWh)和2.10%(1.89 MW),但运行成本均值下降了0.24%(1.71万元)。综合来看,在发电量未有明显提升的情况下,虽然功率与负荷偏差方面不避振运行方式表现较为优越,但由于机组疲劳损耗导致的运行成本显著增加、机组安全问题突出,其综合经济性表现不如避振运行方式。该研究对于优化水风光互补系统中水电机组的运行方式,提高互补发电系统整体经济效益有一定指导意义。

基于时序运行模拟的水火风光储互补系统电源优化配置

系统时序运行模拟是水火风光储互补系统电源规模优化配置的关键环节。对于水火风光储多能互补系统8760逐小时运行模拟,按照小时尺度构建的模型规模很大,直接求解困难。本文提出按时间尺度逐层分解、递进优化的高效求解算法,精确模拟系统全年逐小时调度运行过程。在此基础上,构建双层规划模型对由风电、光伏、水电、火电、抽水蓄能、梯级水电站混合式抽水蓄能和电化学储能等电源组成的并网多能互补系统的电源容量进行优化配置。将模型应用在青海省电网系统中,对风电、光伏、抽水蓄能电站和基于水电站的可逆机组容量进行优化,得到电源最佳配置方案。

多能互补发电系统故障识别与测距方法

随着大量新能源的接入,使得多端柔性直流系统(modular multilevel converter based multi-terminal direct current, MMC-MTDC)故障特征愈加复杂,快速准确的故障识别与测距是亟需解决的关键难题之一。为此,提出了一种风-光-储-蓄互补发电站经柔性直流输电外送系统故障识别与测距方法。首先,搭建风-光-储-蓄互补发电站经柔直外送系统,在此基础上,提出了一种Teager能量算子能量熵的新方法,利用测量点正负极Teager能量算子能量熵的比值构建故障选极及区段识别判据。接着,针对已识别的故障线路,提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与Teager能量算子(teager energy operator, TEO)相结合的故障测距方法。最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,结果表明所提识别方法可以准确判断故障所在线路,所提测距方法能在故障发生2 ms时间窗内实现故障测距,误差率不超过2.55%,并具有较高的耐过渡电阻能力。

水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模方法研究

为解决水火风光多能互补发电系统联合优化复杂问题,提出了一种水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模和求解方法,上层以余荷均方差和期望均值最小为目标函数对水风光清洁能源打捆进行联合优化,下层以成本经济指标最小为目标函数对火电适配余荷进行优化。以江西省典型春秋季、夏季和冬季江西省的电网负荷以及风电、光电的出力过程为研究对象进行实例分析,采用研究团队提出的DPSA-POA和智能算法混合优化方法进行模型求解,验证了本文所提两层优化建模和求解方法的有效性。并发现了风光可弃情境相比风光完全消纳情景虽然在火电出力上有所提高,但在整体运行费用上有所降低。在以春秋季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了5.79%,多能互补系统整体运行费用减少了4.97%;在以夏季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了0.32%,多能互补系统整体运行费用减少了1.95%;在以冬季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了10.70%,多能互补系统整体运行费用减少了6.78%。该方法为求解水火风光多能互补联合优化复杂问题提供了一种新的思路。

风光互补发电系统混合储能系统容量优化方法研究

风光互补发电系统受风光资源影响发电功率波动较大,配置适当的储能系统可提高新能源发电的消纳能力和电能质量。针对风光互补发电系统储能容量优化配置问题,将运行投入成本作为优化目标,提出以抽水蓄能为基础,蓄电池和超级电容参与的混合储能系统模型。该储能模型以跟踪负荷曲线作为平抑目标函数,利用集合经验模态分解和滑动平均法,对抽水蓄能机组、蓄电池和超级电容设备进行功率分配。建立了风光发电系统模型,利用带免疫的粒子群算法对储能配置容量进行寻优求解。计算结果表明,所提基于抽水蓄能的混合储能容量优化模型,对发电系统输出功率波动情况改善明显,电能消纳能力和运行经济性有所提高。

考虑风电出力和电价不确定性的水风联合现货市场竞价策略

以风电为代表的新能源参与现货市场已是大势所趋,但出力不确定性导致其市场竞争力较弱,而电价的不确定性又进一步增大了其承担的收益风险。联合具有灵活调节能力的水电是有效的解决途径,而制定符合决策者风险意愿的竞价策略则是其中亟须解决的关键问题。为此,从价格接受者角度提出了水电联合风电参与现货市场的竞价模型。模型中采用笛卡尔积组合后的典型场景集描述风电出力、市场电价等多种不确定性,采用条件风险价值衡量不确定性导致的市场风险,并以风险因子作为决策者风险偏好纳入决策过程。通过引入0/1整数变量,将模型中的非线性函数转换为混合整数线性规划模型予以求解。以中国西南某省梯级水电站和风电场为背景,验证了模型的有效性,并进一步分析了风险偏好对竞价决策的影响。

海上风电与海洋牧场融合发展趋势与技术挑战

[目的]在“双碳”目标及“海洋强国”战略背景下,以海上风电为代表的海洋可再生能源和以海洋牧场为代表的海洋资源融合发展是未来海洋资源开发利用的新方向、新形势、新机遇。文章针对海上风电与海洋牧场融合发展模式及关键技术进行了综述分析,以向国内相关研究和工程项目提供技术参考。[方法]以我国海洋资源融合开发需求为导向,分析海上风电与海洋牧场融合全球发展趋势,明确我国风渔融合发展的现状与短板;在此基础上,重点剖析了海上风电与海洋牧场融合发展的融合模式、装备设计、工程案例及关键技术问题,最后对我国海上风电与海洋牧场融合发展进行了未来展望。[结果]通过对海上风电与海洋牧场融合发展模式及关键技术问题进行梳理分析,阐明了瓶颈问题及技术挑战,指出了未来突破方向,为我国海上资源综合开发利用提供了科学指导和参考依据。[结论]文章说明了海上风电与海洋牧场融合发展的必要性和可行性,提出了我国海上风电与海洋牧场融合的可行途径。

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。

考虑水电机组振动区的水风光协同规划模型

随着风电、光伏的大规模并网,电力系统面临灵活调节能力不足的挑战。水电运行灵活,通过与风光协同规划、互补运行,能有效平抑新能源出力波动,保障并网消纳。水风光协同规划的关键之一在于对水电灵活调节能力进行准确建模,其中振动区约束不容忽略。为此,提出了考虑水电振动区的水风光协同规划模型。该模型首先利用组合数学技术将水电机组振动区合成为电站振动区;然后,综合考虑振动区约束及梯级水力联系、水力发电方程等各项约束,实现对水电系统的准确建模;最后,耦合水电系统与新能源、联络线等相关运行约束形成水风光协同规划模型,并采用混合整数线性规划进行求解。以乌江流域某水风光互补系统为例,验证所提模型的有效性。

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。

严寒地区宜居低碳牧居建筑设计

为改善捡烧牛粪燃能的利用方式,探索广大高原严寒牧区牧民住房绿色低碳转型路径,释放放牧草地生态系统蕴含的巨大减排增汇潜力和价值,文中以装配式低碳牧居替代捡烧牛粪的帐篷为导向,综述了近年来国内外严寒牧区牧民住房在装配式建筑、骨架与围护结构、光风互补供电系统和太阳能供暖系统四个方面绿色低碳技术的进展与态势,结合牧户调查、技术研发和牧居示范工程建设的实践,归纳、探讨了净零碳排放牧居技术路径,解析了取得初步成果的主要参数、经验和不足,为严寒地区牧居低碳化设计提供借鉴。得出“三室一廊”牧居、装配式骨架结构、低能耗围护结构、可再生能源替代和精细化管理可能成为牧区人与自然和谐共生现代化中新一代牧居的美好图景的结论。

变时间尺度的风光互补发电短期功率预测技术

该文探究适用于风光互补发电系统的变时间尺度短期功率预测技术。风力发电机组的功率预测模型以风速作为输入参数,光伏发电机组的功率预测模型以温度和光照强度作为输入参数。经过数据校正模块、地形变化模块、辐射量计算模块、功率预测模块的处理后,准确预测输出功率。在此基础上使用Simulink仿真软件构建风光互补发电模型,采集一天的风速和太阳能辐射数据作为输出量,仿真结果表明该模型的实际输出功率和期望输出功率基本一致,变时间尺度的短期功率预测技术达到预期效果,有助于实现风光互补发电系统的可靠并网。

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。

基于深度强化学习的梯级水蓄风光互补系统优化调度策略研究

对常规水电站进行抽水蓄能功能重塑,使其由“电源供应者”逐步转为“电源供应者+‘电池’调节者”,是解决大规模灵活性资源需求的重要技术手段。以梯级水蓄风光互补系统(cascade hydropower-pumping-storage-wind-photovoltaic multi-energy complementary system,CHPMCS)为研究对象,首先针对其发电抽蓄双向运行工况灵活转换和互补消纳特征,以系统发电效益最大为目标建立短期优化运行模型;其次,考虑CHPMCS出力连续可调的特点,提出将优化调度问题转换为马尔可夫决策过程,从而将多约束优化问题转换为无约束深度强化学习问题;然后,针对深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法训练效率低、易陷入局部最优等缺陷,采用改进DDPG算法对优化调度决策过程进行求解。最后,通过算例验证所提模型和算法的有效性。结果表明:CHPMCS通过水电功能重塑,有效提升了灵活性和调节能力,可以提高新能源的消纳能力和水资源的利用率,并通过“低储高发”提高系统发电效益。

金沙江上游水光互补中长期协调运行方法研究

充分发挥流域梯级水电站的灵活调节能力,实现水光互补系统的协同运行,是提升可再生能源消纳水平的重要途径。以金沙江上游川藏段正在开展前期规划工作的梯级水电站及沿江光伏电站为研究对象,建立了水光互补系统发电量最大化的中长期协调运行优化模型,同时计及梯级水电站、光伏电站和外送直流输电线路的运行约束,以评估水光互补系统的外送消纳水平。在算例分析中,测算了不同梯级水电站规划装机下的光伏电站最大装机和典型日外送发电曲线,并从丰-平-枯水平年、直流日最大调节幅度和是否配置抽水蓄能电站等方面进行模型验证和灵敏度分析,结果表明,金沙江上游川藏段水光出力具有季节资源互补性和日内电源互补性,提升梯级水电站或直流输电线路的调节能力、配置抽水蓄能电站均可以使光伏最大可接纳装机进一步增长。

含储能的多能互补系统功率控制方案

为实现对含储能的多能互补系统中多种能源输出功率的安全高效控制,本文提出一种功率控制方案。首先,给出含储能的多能功率控制系统的硬件和软件架构;然后,提出一种三轮功率分配方案并给出具体流程,第一轮是储能与其他能源之间的功率分配,第二轮是其他能源电站之间的功率分配,第三轮是各类型电站内部发电设备之间的功率分配;最后,在百兆瓦级光储项目中进行实际验证,结果证明了所提方案的有效性。