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。

不对称短路故障下多风电场电压控制方法研究

由于风电场往往处在电网末端,与负荷中心呈现逆分布特点,系统在不对称短路故障条件下具有较差的电压支持能力,风电机组的低电压运行适应性能受到严峻挑战。因此,有必要进一步结合风电并网导则,研究提升电网故障下多风电系统低电压运行适应能力的控制方法。论文首先建立了多风电系统的正负序等效电路,分析了影响系统公共连接点电压的因素。其次,分析了不对称故障下单风电场电压控制的限制条件,然后以改善不同运行场景下风电系统低电压运行适应能力为目标,提出了多风电系统暂态电压协同控制方法。最后,建立了多风场暂态电压控制仿真计算模型,仿真结果表明所提方案可有效改善公共连接点暂态电压水平,并灵活实现最大风能跟踪,为有效提升多风电系统的低电压运行适应能力奠定基础。

基于人工鱼群算法的水风光联合调峰优化模型

本文提出基于多Agent人工鱼群算法(MAAFAS)的,以剩余负荷均方差最小为目标函数的梯级水风光短期调峰优化调度模型。该模型充分结合了Agent算法的自主性和人工鱼群算法的全局寻优性,降低了约束的复杂性,易于获得复杂问题求解下的最优解。并以我国南方地区某流域的6座水电站,11座风电场,4座光伏电站组成的风光水电源互补系统为研究对象,从不同来水场景下(汛期、枯期)进行实例分析。结果表明:该模型可以有效地利用水电能源的调峰能力,平均提高负荷峰谷差降幅率到44.65%,缩小原始负荷峰谷差3300 MW,剩余负荷趋于平稳,便于风光能源的更好消纳,是一种实用性较强的水风光短期调峰优化方法。

融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型

依托规模庞大的常规水电增建混合式抽水蓄能是加快抽蓄发展的重要途径。相比传统抽蓄电站,融合改造的混合式抽水蓄能电站具有水力联系更紧密、抽-发工况转换更复杂、“量调并重”角色更鲜明等显著特点,为探索其运行模式,本文提出一种融合改造的混合式抽水蓄能与风电联合运行短期调度模型。该模型以联合体整体收益最大为目标,以机组为最小调度单元,针对常规机组和抽蓄机组的差异化运行特性分别精细化建模,并引入状态变量实现运行状态的解耦与关联切换。在模型求解方面,通过线性化方法及建模技巧将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后在JAVA环境中采用CPLEX工具进行求解。以西南某流域电站为参考构建的应用示例验证了本文模型和求解方法的有效性,可为推进常规水电站的融合改造提供借鉴。

基于多目标合作博弈的储能平滑风功率运行控制策略

为了平滑风电功率波动,针对现有的控制策略未考虑储能运行过程中多个目标之间的竞争冒险关系,基于合作博弈论提出了用于平滑风功率的多目标储能运行控制策略。模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)中预测区间M的大小与储能运行策略有着密切联系。该研究以MPC中预测区间M为决策变量,探究其变化对风电平抑效果和储能控制策略的影响,并以此制定储能运行策略。首先建立了风-储联合发电系统模型,分析了储能运行过程中因M的改变导致目标函数间产生的合作博弈关系,其次改进了多目标哈里斯鹰算法(improved multi objective Harris hoptimizer,I-MOHHO)获取了沿所有目标均匀分布的Pareto最优前沿。最后在Pareto最优解集中选择一个M作为Pareto最优解嵌入到MPC中进一步滚动优化储能运行控制策略。结合储能运行成本的变化与传统控制策略对比分析,结果表明:1)M的改变对储能运行策略影响显著;2)考虑了合作博弈后的储能运行各项指标均得到了优化;3)基于多目标合作博弈的储能日运行成本降低了55.91%。

基于连续隐马尔可夫模型的风水火联合低碳检修优化

[目的]新型电力系统背景下,风机的低碳检修与常规机组的协同检修等问题亟待解决。文章兼顾多属性气象因子影响和低碳性、经济性需求,建立基于连续隐马尔可夫的风水火联合低碳检修优化模型。[方法]首先,以降雨量、风速、雷电危险度为观测序列,以检修容量为隐状态序列,利用连续隐马尔可夫(Continuous Hidden Markov Model,CHMM)过程实现对风电场检修容量的动态跟踪。然后,以最优检修容量为决策依据、以总成本最小为优化目标,统筹考虑检修约束、系统控制约束等,构建风水火联合低碳检修优化模型。最后,以IEEE30节点系统进行算例展开研究。[结果]结果表明,所提模型具有更显著的经济效益和低碳特性。[结论]文章所做研究对风机的运行维护具有较高的理论价值,工程适用性较强。

梯级水电站建设联合运行抽水蓄能泵/电站的研究

联合运行抽水蓄能泵/电站是结合已建常规梯级水电站进行扩建,利用两个相邻梯级的水库分别作为上库和下库,在上库大坝两岸新建输水系统和地下厂房并安装水泵或可逆式水泵水轮机的联合运行体。电网负荷低谷时用泵或水泵水轮机泵工况运行把下库水抽到上库储能;电网负荷高峰时用上库水电站已安装的常规机组发电。这种联合运行方式可使坝址处全年径流量在通过常规机组发电时因提高发电水头而带来增发电量,称为年径流量水头效益。这部分增发电量不仅补偿了抽水蓄能过程中的电量损耗,甚至可大于泵工况的抽水用电量,产生了抽水蓄能综合电能转换率大于1的效果。本文首先通过对比分析联运抽蓄泵/电站和典型抽蓄电站之间运行模式的不同,阐述了联运抽蓄泵/电站大幅提高综合转换效率的机理;其次根据已建成的工程实例,分析总结出开发建设条件、消纳绿色能源的优势、水风光蓄互补系统中的作用及经济效益等要素,同时指出了目前建设联合运行抽水蓄能泵/电站存在的问题并提出了解决相关问题的措施与建议;最后从我国资源禀赋角度,阐述联运抽蓄泵/电站对所在流域的水资源利用的积极意义。本研究可为我国常规梯级水电站与未来新型水风光蓄互补系统的有机结合提供指导与借鉴。

水电—风电系统日间联合调峰运行策略

为充分利用水电的储能能力以平抑风电出力在负荷高峰时段的日间波动性,提出了在冬季枯水期水电—风电系统日间联合调峰运行策略。该策略以月度为决策周期、以周为时间间隔进行滚动决策,在充分考虑风电不确定性风险、调度人员风险态度、新运行信息的基础上,确定水电—风电联合系统在负荷曲线上的运行位置及有效调峰容量,从而为调度决策提供参考。理论分析和算例表明,在冬季枯水期,联合运行不仅可以平抑风电出力在负荷高峰时段的日间波动性,还可以充分利用水电的闲置容量和风电电量进行调峰,提高系统的调峰能力。

大规模消纳风电的常规水电运行方式

在中国风电迅猛发展和大规模接入电网的背景下,结合风电运行特性和电网安全需求,提出了大规模风电接入电网后水电年度运行方式的制定原则和原理,建立了考虑水电调峰对风电消纳贡献的水电运行调度数学模型。以东北电网桓仁水电厂为例,模拟计算了典型来水方式下的水电运行方式,计算结果表明该方法有利于提高电网的清洁能源消纳比例。

考虑网络约束的风电水电协同果蝇优化控制

风力发电严重受气候影响且随机波动性强使得风电的调度困难经常导致弃风。该文利用水电的调峰调频特性平抑风电输出功率的波动,使水电厂和风电场向电力系统提供的功率之和按照计划输出,将随机波动性强的风电的出力转化成可以参与电力系统运行计划的稳定出力,这种方式称之为风水协同运行策略。风电场和水电厂一般不在同一地点,因此,该文考虑了协同运行中的网络约束。为了提高协同运行的有效性,提出了采用果蝇算法优化水轮机的PID控制器参数。仿真结果表明,采用果蝇优化后的PID控制比常规PID控制方案具有更好的控制效果;采用果蝇算法优化后的水电可快速、稳定地跟踪风电的变化,使风电与水电出力之和基本保持在预定范围之内,减少对电网的冲击,有利于电网的长期稳定运行。仿真结果验证了该文方法的有效性。

面向风电消纳的电–热调峰资源协同运行研究

从电热综合能源系统角度,电力系统消纳风电所带来的下调峰需求,既可在电力系统侧用电储能满足,亦可耦合给供热系统,由储热、电锅炉、低压缸切除进行供热调峰满足。首先,从热电厂"以电定热"运行方式下选择调峰热源的角度,对比分析了低压缸切除、储热、电锅炉3种调峰方案的调峰成本、节煤效果和适用场景的差异性;进而,建立了含电储能方案和低压缸切除、储热、电锅炉方案的电热综合能源系统协调优化调度模型;最后,通过理论分析和算例计算研究了上述4种不同调峰方案的单一运行和协同运行规律。

考虑小水电季节特性的微网经济运行

针对小水电集中地区微源运行和小水电、风电的互补特性,考虑小水电发电的季节差异,基于分时电价,以计及微网运行、网际交易、折旧等要素的总成本最低为优化目标,并运用AHP层次分析法建立微网的调度和经济运行模型。通过所建模型优化微源出力,灵活调度蓄水库运行,合理配置主网与微网之间的电能交易。选取典型微网为案例,并根据不同季节的典型负荷曲线进行仿真,结果表明季节特性对于小水电集中地区微网有较大的影响,针对丰水期和枯水期分别制定不同的调度策略是相当必要的;同时也证明了风-水互补运行对于提高微网经济性和可靠性都具有重要意义。

考虑预测不确定性的风-光-水多能互补系统调度风险和效益分析

风电、光伏与水电(简称风光水)互补发电系统是提高清洁能源整体利用效益的重要创新模式,随着风电、光伏发电渗透率的增加,如何解决大规模风光接入所带来的不确定性是多能互补系统研究的核心和难点。作者重点探讨日前风光出力预测的不确定性对于多能互补系统风险和效益的综合影响。首先,从可靠性、稳定性和经济性3个方面提出风光水多能互补系统调度运行风险和效益评价体系;建立多能互补系统短期优化调度模型,在日前风光出力预测结果基础上,编制系统日前发电计划;根据风光实际出力情况,滚动更新和模拟水电站实际调度过程。最后,对比分析各电站计划和实际调度运行情况,评价日前风光出力预测不确定性对于多能互补系统风险与效益的综合影响。以接入209万kW光伏和104.9万kW风电的雅砻江流域锦屏一级多能互补系统为实例进行研究。相比风光水独立运行,风光水互补后系统的发电效益提高了37.13%,且系统出力过程更为稳定。互补系统在年尺度上具有良好的可靠性,但在水库低水位时期,系统失负荷天数明显增多,占全年失负荷天数的96%以上,系统可靠性降低;在汛期,互补后水库的下泄流量最大增加了47.06%,出现水量集中下泄的情况,这给电力部门、下游用水部门以及防护对象带来一定的防洪风险。

基于C藤Copula理论的水风互补系统调峰方法

水电与风电是我国装机规模最大的两类清洁能源,准确描述风电出力场景是实施水风互补以解决间歇性新能源发电大规模消纳难题的重要途径。依托云南电网实际工程,提出基于C藤Copula理论的水风互补系统调峰方法。耦合风速等气象信息聚类风电出力样本,建立Copula联合分布以描述同地区风电场间的出力空间相关性,引入C藤Copula条件树确定不同地区的风电出力主导电站,将多维联合Copula函数等效描述为系列二维Copula函数,实现多电站高维联合分布的降维求解,并耦合风电出力场景构建了水风互补随机调峰模型。通过13座水电站与21座风电场构成的互补系统验证分析,所提方法可减少余荷峰谷差约67%;与确定性模型相比,在风电出力波动大的典型日调峰效果和运行可靠性更好,呈现出良好的实用性。

水电-风电联合运行优化调度研究

风电出力的非平稳性是目前制约风电并网运行的关键因素,将水电和风电联合运行调度是一种新的思路。本文以黄河上游5座百万千瓦级的梯级水电站与甘肃河西千万千瓦级的风电站为研究对象,综合考虑各种复杂约束条件,以弃风电量最小为目标,建立了水电-风电互补运行优化调度数学模型,采用改进的量子粒子群算法对该模型进行求解。实例研究表明:经过风水互补后,风电出力基本平稳,最大的波动偏差为1.65%,最小的仅为0.04%,满足了电网稳定性的要求。因此,将水电风电联合运行优化调度合理、可靠,以期为大规模风电并网运行提供了一条有效途径。

基于改进BBO算法的风电-水电互补优化运行策略

为平抑风电的出力波动,同时考虑到风电与水电具有良好的互补性,提出风电与梯级水电站的互补优化运行策略。鉴于风速的不确定性,将风电出力视为随机变量,从兼顾风电-水电互补运行的稳定性与经济性、保证后续发电能力的角度出发,建立基于机会约束的多目标随机优化模型。采用引入余弦型迁移模型、差分进化算法的变异策略以及动态非均匀变异算子的改进生物地理学优化算法(Biogeography-based Optimization,BBO)求解优化模型,并结合随机模拟技术求解机会约束。通过基于风电预测与径流预测的分时段动态滚动决策,来不断修正风电与水电的后续运行方式,进一步提高互补运行的可靠性。以一个大型风电场和一个三级梯级水电站互补运行为例验证了所提模型、算法以及策略的可行性和有效性。

基于粒子群算法的风电——抽水蓄能联合运行优化研究

从提高风电场效益与供电可靠性的角度出发,建立了风电—抽水蓄能电站联合运行系统的优化模型。利用混沌初始化与混沌扰动的思想对基本粒子群优化算法进行了改进,并对模型进行了求解。运用算例验证了计算方法的正确性,证明了风电—抽水蓄能电站的联合运行,能够提高风电场的收益和供电可靠性,有效缓解了风力发电的随机性和间歇性难题。

改进K近邻算法在风功率预测及风水协同运行中的应用

风电输出功率的不确定性和不可控性成为了制约风电发展的根本问题。研究风功率预测技术,为电网运行提供准确的风电输出功率预测数据和信息,是解决风力发电发展的根本途径。提出基于改进K最邻近算法的风功率预测模型,并将模型应用到了风水协同运行中,在风水协同运行计划的基础上增加了数据实时修正。通过Python语言实现仿真,通过实际仿真结果表明该方法具有较好的预测精度,提高了协同运行系统的精度和准确性。验证了该方法的有效性。

水电与风电联合运行分析

在中国风电发展十分迅速、弃风问题严重的情况下,近期需要进一步挖掘现有系统的调节能力。其中,促进水电与风电联合运行是有效措施之一。介绍了风电在日内和日间的有功出力变化特点,从电量分布特征、调节速度等方面分析了水电与风电联合运行的基础,进而研究了水电与风电在日内和日间联合运行的原理,及其对促进风电消纳、提高火电效率的作用。通过具体算例,分析了在是否考虑水电风电联合运行2种情况下,系统在风电消纳、火电煤耗、火电启停费用、系统燃料总消耗等方面的差异,验证了水电与风电联合运行的效益。

基于布谷鸟搜索算法的水电站消纳风电调峰运行策略研究

为了研究水电站在消纳风电中的应用,利用水电转换公式将水流量及水头高度转化为水电站出力,并把风电出力的不确定性表示为一个具有零均值、呈正态分布的预测误差。构建风-水-火电力系统联合调度模型,该模型以系统成本最小为目标函数,包含了火电机组煤耗成本、水电站管理成本以及风电场管理成本和预测误差成本;模型以水力和火力发电约束、水流量约束、火电机组爬坡速率约束等为约束条件,采用布谷鸟搜索算法对其进行求解,得到了系统运行的经济最优策略。仿真结果表明,水电站能够在电力系统中发挥较好的调峰作用,弥补风电出力的随机波动,降低系统峰谷差率,减少火电机组出力的频繁变化,降低系统备用容量,增加电力系统的安全性、稳定性和供电可靠性。