Optimal Scheduling Method of Cogeneration System with Heat Storage Device Based on Memetic Algorithm

Electric-heat coupling characteristics of a cogeneration system and the operating mode of fixing electricity with heat are the main reasons for wind abandonment during the heating season in the Three North area.To improve the wind-power absorption capacity and operating economy of the system,the structure of the system is improved by adding a heat storage device and an electric boiler.First,aiming at the minimum operating cost of the system,the optimal scheduling model of the cogeneration system,including a heat storage device and electric boiler,is constructed.Second,according to the characteristics of the problem,a cultural gene algorithm program is compiled to simulate the calculation example.Finally,through the system improvement,the comparison between the conditions before and after and the simulation solutions of similar algorithms prove the effectiveness of the proposed scheme.The simulation results show that adding the heat storage device and electric boiler to the scheduling optimization process not only improves the wind power consumption capacity of the cogeneration system but also reduces the operating cost of the system by significantly reducing the coal consumption of the unit and improving the economy of the system operation.The cultural gene algorithm framework has both the global evolution process of the population and the local search for the characteristics of the problem,which has a better optimization effect on the solution.

Three-Level Optimal Scheduling and Power Allocation Strategy for Power System ContainingWind-Storage Combined Unit

To mitigate the impact of wind power volatility on power system scheduling,this paper adopts the wind-storage combined unit to improve the dispatchability of wind energy.And a three-level optimal scheduling and power allocation strategy is proposed for the system containing the wind-storage combined unit.The strategy takes smoothing power output as themain objectives.The first level is the wind-storage joint scheduling,and the second and third levels carry out the unit combination optimization of thermal power and the power allocation of wind power cluster(WPC),respectively,according to the scheduling power of WPC and ESS obtained from the first level.This can ensure the stability,economy and environmental friendliness of the whole power system.Based on the roles of peak shaving-valley filling and fluctuation smoothing of the energy storage system(ESS),this paper decides the charging and discharging intervals of ESS,so that the energy storage and wind power output can be further coordinated.Considering the prediction error and the output uncertainty of wind power,the planned scheduling output of wind farms(WFs)is first optimized on a long timescale,and then the rolling correction optimization of the scheduling output of WFs is carried out on a short timescale.Finally,the effectiveness of the proposed optimal scheduling and power allocation strategy is verified through case analysis.

考虑风-光不确定性的风-光-蓄-火联合调度研究

在当前风电和光伏大规模并网的背景下,要确保能源供应的稳定性和高效性,关键任务是确定合适的可再生能源渗透率,并精确配比可再生能源与储能系统的容量。因此,在考虑风、光不确定性的基础上,构建风-光-蓄-火优化调度模型,使用拉丁超立方抽样法模拟模型中风电和光伏出力场景,再基于Kantorovich距离的同步回代消除算法对生成的风、光出力场景进行缩减,并通过改进的粒子群算法对模型进行求解。以白莲河抽水蓄能电站为例,结合当地的实测风速、光照数据,探究有无抽蓄参与以及不同能源容量配比下的调度结果,得到以下结论:①抽蓄电站的加入使得联合系统收益增加了428.06万元,风、光出力的波动性降低了12.24%,可再生能源的弃电率下降了5.62%,污染物排放也得到了减少。②抽蓄与可再生能源装机容量比例在1∶8.33范围内配置较为合理,在1∶5.21时可再生能源弃电率达到最低。③当可再生能源渗透率为71.09%,抽蓄与可再生能源装机容量比例为1∶6.25时,风-光-蓄-火联合运行边际效益最大。

计及最小惯量约束的风光火储联合系统优化调度

风、光、储多种新能源并网使系统常常处在低惯量运行场景下,给考虑频率稳定的系统优化调度带来极大挑战。为此提出了一种计及最小惯量约束的多源联合电力系统优化调度模型。首先,综合考虑两项频率指标,计算满足频率指标的系统最小惯量需求,将非线性的频率稳定约束转化为线性的最小惯量约束加入调度模型之中。其次,利用含模糊参数的机会约束表达源荷不确定性对于联合系统的影响,建立模糊参数下的系统优化调度模型。最后,通过IEEE 30节点系统验证了该模型的经济性与安全性。

考虑储能电站恢复能力的风储联合黑启动协调控制策略

储能电站与风电场联合参与系统黑启动,可减少负荷停电时间和加速系统恢复。文章针对大型风储联合发电系统,提出了考虑储能电站恢复能力的黑启动协调控制策略。风电场采用最大功率跟踪控制方式,储能电站采用恒频恒压控制方式,二者联合构成黑启动电源;储能电站采用软启动技术自启动,先恢复部分重要负荷,再启动风电机组,提高了风电并网的稳定性。提出了考虑储能电站恢复能力的负荷恢复量估算方法,基于被启动火电厂辅机负荷需求和风功率预测,对黑启动过程中储能电站的荷电状态进行预估,进而考虑储能电站的功率和荷电状态约束,确定重要负荷的恢复量,从而在确保启动火电机组的前提下,尽可能恢复重要负荷。基于PSCAD/EMTDC的暂态仿真结果验证了所提策略的有效性。

基于AA-CAES电站和综合需求响应的供暖期弃风消纳策略

“双碳”目标背景下,为解决热电联产机组“以热定电”模式导致的大规模弃风问题,本文提出基于先进绝热压缩空气储能电站(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)和综合需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)供暖期弃风消纳策略。首先,在“源-储”两侧建立热电联产机组与AA-CAES电站耦合运行模型,分析耦合运行实现热电解耦机理;其次,在“荷”侧引入价格型和替代型需求响应机制来探寻负荷侧优化系统调度潜力;然后,在IES中引入碳捕集系统和阶梯型碳交易机制来约束碳排放,并在碳排放量最少、综合成本最低为目标构建IES运行基础上,引入模糊机会规划约束模型来分析风、光不确定性对系统调度影响;最后,利用西北某地区实际数据进行算例验证。结果表明:热电机组与AA-CAES电站耦合运行相较于未耦合运行可提高风电消纳率84.55%、降低总成本11.42%、减少碳排放20.28%;综合需求响应机制的引入可进一步提高风电消纳率35.00%、降低总成本20.93%、减少碳排放24.43%;风光不确定性的上升会提高与外部电网的交互成本。

计及不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略

风电出力的强不确定性严重阻碍了电力市场上报计划的精准执行,由此产生的偏差功率可能使风储联合系统背负高额的偏差惩罚和弃风损失。为了减小投标决策失误导致的经济亏损,建立了一种风储联合系统多时间尺度市场投标模型。借鉴美国现有的市场机制,建立风储联合系统参与能量市场和调频辅助服务市场的收益、成本模型;为了提升风储联合系统投标策略的准确性,基于Copula函数对风电出力不确定性进行量化建模,以此为基础预留部分储能出力能力,从而降低由偏差功率产生的经济性风险;以风储联合系统的预期净收益最大为目标,制定能量市场和调频辅助服务市场的日前投标策略,并在日内阶段根据超短期风电预测数据修正投标决策,提出一种考虑风电出力不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略。基于我国某实际风储联合系统进行算例分析,结果表明所提策略能够有效提高风储联合系统的经济收益,避免资源浪费。

基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频策略

随着风力发电在电网中渗透率不断增加,需要风储联合电场参与电网调频服务,维持电网的频率稳定.针对中高风速下的风储联合电场,通过分析风力发电机的机械特性和储能系统的运行特性,确定了减载运行方式下风力发电机桨距角的控制方式,提出一种基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频的控制策略.建立风电场桨距角控制的预测模型和电化学储能系统的预测模型,优化风力发电机和储能系统的有功功率输出,在调频基础上更好地减少了风能损失.根据上级系统的有功功率指令值和风力发电机实际输出功率之间的差值对桨距角控制进行进一步修正,使得风力发电机在二次调频期间能够更好地追踪到上级系统的功率指令值,迅速响应频率变化值,减小动态频率偏差,完成二次调频任务.仿真结果表明,该控制策略综合考虑了风力发电机可控的二次调频能力和电化学储能系统响应快速、跟踪精确的特性,使风储联合电场能够主动响应系统频率的变化,更好地跟踪上级系统下发的有功功率指令值,参与电网二次调频.

面向电力市场多时间尺度场景应用的风储系统调度方法

针对风储系统参与电力市场不同调用时间尺度场景的耦合问题,提出面向电力市场多时间尺度场景应用的风储系统优化调度方法,指导风储系统进行短时风功率波动平抑,并参与电能量市场及备用辅助服务市场,实现不同调用时间尺度场景间协同优化,最大化风储系统经济效益.首先,考虑不同场景盈利机制,以风储系统多场景经济收益最大为目标建立目标函数.然后,建立风储系统参与各应用场景条件约束以及多调用时间尺度耦合约束.最后,算例仿真验证了所提方法可在保证风功率波动不越限的同时,提升风储系统在日前电能量市场及备用辅助服务市场中的综合运行效益.

小型风光储联合发电系统的设计

针对新疆维吾尔自治区农牧地区自然资源优势及日益增长的用电需求,设计了一种可移动式小型风光储联合发电系统,用于满足当地居民及牧民对便携式发电设备的需求。对该发电系统的总体设计方案、硬件及软件的设计分别进行了介绍,并通过实验验证了该发电系统能较稳定的跟踪太阳。该发电系统整体上实现了太阳能、风能的独立及互补发电,提高了资源利用率,且其结构简单、价格低廉,作为初级阶段的研究成果可供相关设计参考。

考虑一次调频死区的风储协同调频机理分析及死区参数优化

目前,调频死区对于风储联合调频的影响机理尚不明确,且风储最优调频死区参数难以获得。为此,对考虑一次调频死区的风储联合调频进行机理分析并提出最优的死区参数设置方案。首先,依据风电机组与电池储能的不同调频特性确定对应的死区模型,建立考虑风储一次调频死区的频率响应模型。其次,分析调频死区内外不同特征以及风储不同投入阶段对动态频率的影响,进而分段解析求解最大频率偏差时域表达式。然后,为兼顾调频效果与调频经济性,提出基于改进多目标粒子群(improved multi-objective particle swarm optimization,IMOPSO)算法的调频死区参数寻优方法。最后,仿真验证了将风储一次调频死区参数分别设置为0.0579 Hz和0.0386 Hz时所提方法的有效性。

基于改进LADRC的构网型储能调频控制策略研究

为提升高比例风电渗透下电力系统的频率稳定性,同时解决风储联合系统调频过程中参数间相互影响难以兼顾导致系统调频控制性能不佳的问题,提出一种基于改进型线性自抗扰控制策略(linear active disturbance rejection control,LADRC)的构网型(grid-forming,GFM)储能调频控制策略。首先,在传统应用LADRC对角频率进行快速控制的基础上,引入有功差额补偿,加速有功指令响应速度,消除参数互耦。同时,针对构网型储能调频控制策略参数影响规律,分析了角频率和参考功率至输出功率的小信号模型,推导控制环节传递函数,实现对系统调频性能优化。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建风储联合系统仿真模型,对不同控制策略在不同工况下电网频率和储能出力的变化情况进行对比分析。结果表明,所提控制策略有效提升复杂工况下风储联合系统对电网频率的支撑能力。

考虑风-储频率响应的智能电网频率特征分析

随着新型电力系统的提出,新能源渗透下的智能电网得到巨大发展。以风电、储能为代表的高比例新能源和大量电力电子设备并网,使得传统火电比例降低,在一定程度上带来了许多频率安全问题。为明晰风-储参与调频下电网频率态势,根据传统火电、风电、储能频率响应模型分析了各调频单元调频控制原理;根据调频控制原理对各调频单元进行参数整定,并得到风-储参与调频下电网的参数整定关系;通过稳态频率误差公式得到稳态频率误差与传统火电、风电调频系数的数量关系,利用伯德图分析储能控制比例参数对频率稳定性的影响,并根据根轨迹图分析惯性时间常数对智能电网频率稳定趋势的影响;通过MATLAB/Simulink仿真平台对理论分析进行验证。仿真表明通过时域和频域对频率特性进行分析可有效预测火电、风电、储能参与调频下智能电网频率态势,可为风-储参与调频下电网安全稳定运行与控制提供指导。

基于风储联合系统的受端电网黑启动技术及协调恢复策略

受端电网发生故障停电时要求送端电源具备黑启动能力,目前中国具有黑启动电源的主要为火电厂及水电厂。随着高比例的风电大量接入,电网要求风电机组具有一定的黑启动能力,但风能由于其不确定性和波动性导致风电机组很难单独参与黑启动。为使得风电机组具备较好的黑启动能力参与电网恢复,本文针对双馈风电场,提出了一种基于风储联合系统的受端电网3阶段协调恢复策略。初始阶段,通过储能装置建立交流频率和电压辅助风机顺利并网;中期阶段,切换储能装置控制模式并在风机转子侧设计虚拟同步控制为系统提供频率和电压支撑,并完成部分发电机组及负荷的恢复;后期阶段,在储能侧设计了基于H_(2)/H_(∞)的附加鲁棒控制器抑制多机组并网的低频振荡,实现受端电网平稳恢复。在PSCAD/EMTDC平台搭建了风储联合系统模型,并进行黑启动和电网恢复过程仿真。结果表明:提出的风储联合启动能够实现风机顺利并网;在厂用负荷和机组并网过程中采用切换储能控制方式能维持电压和频率在稳定范围内;在受端电网恢复及后期阶段,设计的鲁棒控制器对低频振荡有很好的抑制效果;相比常规控制,在系统启动恢复过程中采用的虚拟同步控制对系统的支撑能力更强。从而验证了本文所提风储联合系统参与受端电网黑启动的协调恢复策略的有效性和可行性。

考虑峰谷分时电价的风储联合发电系统跟踪风电计划出力控制策略

风电场配置电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)是提高风电场调度计划精确度的有效手段。为提高风储联合发电系统跟踪调度计划出力能力、增加BESS收益,文章提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)和双层模糊控制的BESS跟踪风电计划出力控制策略。首先,基于MPC方法建立了以并网功率与计划出力偏差、储能系统剩余容量偏离理想值最小为目标;其次,结合BESS实时荷电状态(State of Charge,SOC)与风电功率计划值动态跟踪需求,通过引入第一层模糊控制规则,实时调整目标函数中的权重系数,以获得最佳跟踪效果。同时,为提高BESS收益,结合SOC和峰谷分时电价,采用第二层模糊控制规则,对BESS的充放电功率进行修正;最后,在风储联合发电系统实验平台上对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明,与传统MPC方法相比,所提控制策略提高了风储系统跟踪计划出力能力,避免了BESS越限,具有良好的峰谷套利收益。

风储联合系统分风速一次调频协同控制策略

针对风电大规模并网所引起的系统频率不稳定,以及系统惯量降低导致调频能力下降的问题,在风储联合参与系统一次调频运行模式下,考虑储能荷电状态约束,提出了风储联合协同调频控制策略。建立含风储系统模型,提出了风储联合协同一次调频控制策略,并对风速区间进行了划分,在不同风速区间采取风机变速或变桨协调调频控制策略,以提高风电自身调频的利用程度。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建了含风储联合系统的电网频率特性仿真模型,结果表明,所提策略能够有效改善电力系统综合频率特性,对风储联合实际工程的调频问题提供了理论依据。

基于Bi-LSTM循环神经网络的风储系统控制策略

“双碳”背景下风电的渗透率不断提高,将对电力系统的形态和运行机制产生深刻影响。本文提出了一种基于双向长短期记忆Bi-LSTM(bidirectional long short-term memory)循环神经网络的风储系统控制策略。采用双向长短时循环神经网络提取控制结果与风电场实际出力以及储能状态间的时序信息,通过构建基于双向长短时记忆循环神经网络的控制模型,使得风电场在多种运行工况下能够快速、准确地得到储能系统调节结果。基于实际风电场数据仿真结果表明,本文所提控制策略能够保证在一定经济效益的前提下,将风储系统控制误差保持在0.50%~1.37%。

基于消纳型抽水蓄能电站的风电-抽水蓄能联合运行特性分析

针对风电集群(Wind Power Cluster,WPC)与用于消纳的抽水蓄能电站(Pumped Storage Power Station,PSPS)联合运行缺乏统筹分析的问题,基于PSPS消纳风电不确定功率及能量的有功调节功能,分析了PSPS的工作原理、调节特性及功能特点,并对其运行机制进行改进建模,为风电-抽水蓄能联合发电系统的协同优化调度提供理论依据。最后对PSPS提升风电消纳能力的机理进行分析,结果表明,PSPS不仅可以减少风电并网对电网的冲击,而且可以提高WPC与电网运行的协调性。

计及阶梯式碳交易的风-光-火-抽蓄联合系统日前优化调度

在以水、风、光等清洁可再生新能源为主的电力系统中,风电与光伏出力的不确定性会导致电源侧的灵活性调节能力不足,并且难以精准量化评估系统的降碳效益。本文采用模糊机会处理功率平衡约束来表征风光出力的不确定性,耦合阶梯式碳排放成本计算方法,构建新型风-光-火-抽蓄联合运行系统日前优化调度模型。以西北地区某新能源基地为研究对象,将火电机组运行成本、弃风弃光惩罚成本、抽蓄电站运行成本以及碳排放成本构成的综合成本最低作为优化目标,采用分段线性化方法处理火电机组运行成本的凸性非线性项。实际算例优化结果表明,抽蓄电站的加入使得联合系统的总运行成本与碳排放量均大大降低,且对风-光-火-抽蓄联合运行系统引入模糊机会与阶梯式碳交易后,综合运行成本降低3.2%,碳排放量减少14.3%,弃风弃光成本下降了55.7%,验证了本文所构建的新型模型的有效性。

基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频策略

在风电场中配置储能系统构成风储联合系统可有效提高对电网主动支撑能力,在满足电网一次调频需求的同时还可以提高风电利用率,增加风电场的经济效益。以双馈风机(double fed induction generator,DFIG)与超级电容储能为例,基于不同风速下DFIG参与调频能力,提出了一种风储联合系统参与电网一次调频的控制策略。考虑风速、频差变化率和频率偏差3个因素设计多变量模糊逻辑控制器,实现风储功率的合理调配,根据储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)动态设置DFIG调频备用容量,提升不同风况下风储联合系统的一次调频能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台对所提策略有效性进行验证,结果表明,所提策略在提升风储联合系统一次调频能力的同时,实现了风储调频功率的合理分配,减少了弃风及风机出力振荡风险,改善了系统的频率稳定性。