考虑风电爬坡灵活调节的碳捕集电厂低碳经济调度

为实现“双碳”目标,风电等可再生能源的使用是减少碳排放的根本途径,而碳捕集电厂是降低碳排放的直接手段。但风电具有与生俱来的波动性,风电的骤升骤降会影响碳捕集电厂“电碳耦合”特性,从而对碳捕集效果带来不利影响。而储液罐通过增减自身溶液量可近似地存储释放能量,为解决上述问题提供了可能。该文首先搭建碳捕集电厂数学模型,分析储液罐通过增减溶液量带来的储放能量与碳捕集设备能耗之间的关联,研究储液罐的双向调节能力;然后,提出上爬坡碳超前补偿和下爬坡碳滞后补偿调度策略,双向调节储液罐使碳捕集电厂电碳解耦;接着,构建跟随风电爬坡进行调节的低碳经济调度模型;最后,对含碳捕集电厂、高碳电厂和风电场的电力系统进行仿真,证明所提方法的有效性。

基于滑动窗双边CUSUM算法的风电爬坡事件检测方法

随着新能源并网进程的推进,风电装机规模逐年扩大。受区域内天气变化影响,风机出力的间歇性和波动性特征对电网的威胁亦越发显著。极端天气所引发的风电出力异常爬坡事件,易导致电网功率失衡,对电力系统机组调度、源荷平衡造成了极大压力。合理的风电爬坡事件检测以及精准的风电功率预测能为风电场运维及电力系统调度提供先验指导,有力缓解风电不确定性带来的危害。首先讨论了目前主流风电爬坡事件定义的盲点,分类并分析了3种风电爬坡场景的功率变化特性,据此提出基于滑动窗双边累计和(cumulative sum, CUSUM)算法的风电爬坡事件检测方法,提取时序耦合信息,捕捉短时间窗口内风电功率数据的异常波动,提高风电爬坡事件检测精度。其次,采用贝叶斯优化的长短期记忆(long short term memory, LSTM)神经网络,最优化模型超参数,提高模型对于爬坡事件发生时风机出力的预测性能。进一步应用所提风电爬坡事件检测方法,对模型预测区间内的风电爬坡事件进行检测实验,验证了所提方法的有效性。

考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置

风力发电、光伏发电与火力发电经同一点并网形成耦合系统,是我国北方地区发电侧灵活性调节电源与新能源间高效、低碳协同的一种形式.考虑区域新能源爬坡特性,结合源荷匹配分析,发掘和利用其规律,研究风光火耦合系统的容量优化配置方法,为耦合系统规划提供参考.首先,简述耦合系统运行模式和不确定性处理方法;其次,考虑耦合系统风光互补、爬坡事件和关键负荷特性,选取并提出相关指标用于源荷匹配评价;再次,考虑源荷特性、匹配、成本和收益等约束,建立耦合系统容量优化配置模型;最后,基于辽宁地区实际数据进行算例仿真,得到该地区耦合系统风、光的最优安装容量,并分析上述源荷相关因素与容量优化配置结果之间的相互影响,为新能源最优容量配置提供了参考与建议.

基于爬坡特征与改进PRAA的深远海风电功率短期预测研究

深远海海域情况复杂,海面风速极易受海洋中尺度事件影响。所造成的异常数据点和Bump事件将导致爬坡检测准确率下降,影响深远海风电功率短期预测精度。因此,提出了一种同时考虑爬坡事件以及深远海气象因素的深远海风电功率短期预测方法。首先,设计基于状态标记和滑动窗口改进的参数和分辨率自适应算法(parameter and resolution adaptive algorithm,PRAA)实现爬坡事件检测并完成特征量提取;其次,分析深远海风速、风向及温度等多因素关联关系,扩充深远海气象因素特征样本维度,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)深度挖掘潜在特征;最后,基于某海上风电场的实测数据,采用考虑爬坡和深远海气象因素的轻量梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)算法完成深远海风电功率的短期预测,仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于旋转门算法的风速和风功率爬坡事件的识别方法及特征分析

风速的爬坡事件是风速在短时间内大幅度增加或减少,风电场功率同时发生大幅度改变,影响到电网安全运行,甚至引发电网局部频率降低、电压崩溃等事故。选取风电场内风机和气象铁塔的同期数据,通过旋转门算法(SDA)识别爬坡事件,分析爬坡事件的持续时间、爬坡幅度和变化速率,讨论山地地形对爬坡事件的影响。基于SDA设计了风速和功率的爬坡事件识别算法,算法参数取值为时间阈值4 h、风速阈值6 m·s^(-1)、功率阈值1000 kW,算法的识别效果较好,可有效识别爬坡事件。针对不同风机的爬坡事件识别,建议采用额定风速与切入风速差值的2/3数值作为风速阈值参数,采用额定功率的2/3数值作为功率阈值参数。山地地形对爬坡事件的影响较为显著,爬坡事件与风机处海拔高度、平均风速较为相关,不同地形下风机的爬坡事件的时间比例分布在6.5%~9.8%,平均值为7.8%。

计及风电爬坡的储能分布鲁棒优化配置方法

深远海场景下的风电场受热带气旋等极端气候影响将产生大规模风电功率爬坡事件,严重威胁电网安全稳定运行。对此,提出了一种将深度强化学习和分布鲁棒优化结合起来平抑风电功率爬坡事件的储能容量优化配置方法。首先,基于改进旋转门算法识别风电功率爬坡事件,采用近端策略优化算法对风电功率爬坡事件进行平抑。其次,基于深度强化学习训练的模型,采用分布鲁棒优化对储能进行容量配置优化。最后,对不同场景下的储能容量配置结果进行比较分析。仿真结果验证了所提优化配置方法的有效性。

考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型

在当前“碳中和、碳达峰”的背景下,风火打捆发电系统将不断提高输送功率,加快构建清洁能源为主体的新型电力系统。为此,本文提出一种考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型。首先,对风火打捆发电系统中灵活性改进后的火电机组,考虑其爬坡能力有了较大提升,采用阶梯式爬坡建模方式来表征其快速爬坡响应能力;其次,考虑改进后的火电机组仍然存在碳排放特性,故将碳排放强度约束加入发电系统的经济调度模型。但是这样可能会限制火电机组的阶梯式爬坡响应能力。为解决这一矛盾,本文将风火打捆发电系统与城市高压配电网进行耦合建模,让城市高压配电网中灵活负荷资源参与风火打捆发电系统经济调度,最终形成计及负荷转移的经济调度模型。最后,本文对某实际地区的多个风火打捆发电系统与当地高压配电网络进行联合仿真分析,验证了所提模型的有效性。

城市地下分岔隧道烟气控制策略研究

该文以某城市地下公路隧道工程为例,选取具有主-岔-匝隧道的区域,通过开展数值模拟研究交通分流时,城市地下道路分汇流处火灾主路实施纵向通风,控制隧道烟气回流的临界风速,并在此基础上根据控烟效果确定更加符合主-岔-匝隧道火灾的通风控烟策略,为主-岔-匝隧道通风设计提供参考。

基于机会约束混合整数规划的风火协调滚动调度

为降低大规模风电随机性和波动性对电力系统调度的影响,保障电力系统运行的安全性和经济性,提出了考虑风电功率特性的基于机会约束混合整数规划的滚动调度模型。首先,研究了风电功率特性及风电预测误差和风电爬坡事件对系统调度的影响。然后,建立了考虑风电功率特性的机会约束混合整数规划滚动调度模型。通过滚动调度策略,有效减少系统备用容量,降低系统运行成本,提高系统的经济性,模型考虑风电爬坡约束,能有效降低风电爬坡事件的危害,提高系统的安全性。最后,通过算例对所提模型和调度策略的有效性进行了验证,结果表明,模型和调度策略能结合风电功率特性,有效兼顾系统的安全性和经济性。

基于超短期风电预测和混合储能的风电爬坡优化控制

风电爬坡对电力系统运行的经济性和可靠性有较大的影响,也是对电网造成冲击的重要因素之一,如何减小风电爬坡时的功率波动对电网的冲击成为国内外研究热点。为风电场配备储能系统能够有效抑制风电爬坡时的功率波动。为此,提出一种基于风电功率超短期预测和混合储能系统实现平抑功率在电池和超级电容器之间有效分配方法。首先通过奇异值分解理论风电爬坡事件,提出混合储能系统的动态最佳荷电状态,以使储能设备更好地平抑下一时段风电功率波动。考虑未来风电功率及其预测误差,根据超前充放电控制策略对储能设备当前充放电进行修正,并给出了提前充放电修正公式。仿真结果表明,该方法及其控制策略能有效抑制风电爬坡的功率波动,从而减小风电爬坡事件对电网的冲击,并且能够充分提高混合储能设备的利用效率。

风电功率预测方法综述

随着风电接入容量的持续增长,风力发电的间歇性和波动性对电网造成的影响越来越明显,因此风电功率预测方法的研究得到了广泛的关注。准确的风电功率预测可以给电网调度、机组组合操作、风电场运营维护等提供必要的依据。从3个方面对目前的风电功率预测方法和进展进行介绍。首先,介绍了两种确定性预测方法:仅使用历史数据的统计学习方法和使用了NWP(numerical weather prediction)数据的物理模型。其次,介绍了用于提供预测结果不确定度的概率性预测方法。最后,由于风电爬坡事件会对电网造成较大的影响,还介绍了目前风电爬坡事件预测方法的研究和进展。对现有的风电功率预测方法介绍后,提出了目前风电功率预测模型遇到的一些问题以及需要进行深入研究的方向。

基于气象测量场的爬坡时段区域风功率预测

随着大规模风电接入电网,风电爬坡事件的风险不断增大,提高爬坡时段风功率预测精度对电网安全经济运行具有重要作用。提出了一种基于气象测量场的爬坡时段区域风功率预测方法。考虑爬坡时段风速场的动态变化,利用经验正交函数分解,将风速资料阵分解成不同空间模态和主分量,通过多元非线性逐步回归方法建立风速场主分量和区域风功率间的映射关系。考虑风速预测误差,采用区间正交函数分解,将上述模型扩展为处理非确定性数据的预测方法。实际区域风功率预测结果表明,所提出的方法能够显著提高风电爬坡时段风功率预测的精度,对存在风速预测误差的情况具有较强的鲁棒性。

基于竞争博弈的风电爬坡协同控制策略

风电爬坡事件对电网的冲击较大,甚至造成停电事故,研究相应的风电有功控制策略十分必要。分析场群控制对风电控制的改善效果,提出一种基于竞争博弈的风电爬坡协同控制策略。基于风电场出力调整量、响应速度以及维持功率的能力,提出风电场贡献度指标。通过合理设置风电场贡献度指标参数,将有效调整的博弈策略构造为纳什均衡点,使得风电场能够积极、自愿参与虚拟电厂控制。所提策略在考虑机组状态分类的基础上,通过k-means算法,快速将风电场划入不同虚拟电厂;虚拟电厂根据计划出力制定调整计划,风电场通过有效调整、升出力过调整和降出力欠调整的博弈策略,实现风电场贡献度指标最大化。仿真结果表明,所提策略能够使得风电场积极响应虚拟电厂控制需求,限制风电场采取背离虚拟电厂控制需求的博弈策略,保证虚拟电厂出力能够较好跟踪计划出力指令。

考虑电网侧频率偏差的风电功率爬坡事件预测方法

风电功率爬坡事件越来越影响风力机在电网中的运行,随之而来的爬坡事件预测问题成为国内外新的研究热点。综述了风电功率爬坡事件的研究背景、定义和特征,建立了考虑频率偏差量的含风力机的准稳态潮流计算模型,将频率偏差量和滑差修正量引入雅可比矩阵中进行含风力机的潮流计算,采用两种频率偏差指标(PRESF指标和APRESF指标)对爬坡事件进行预测。将所述预测模型应用于5节点和10机39节点系统进行算例仿真,对结果的对比分析验证了该方法的有效性。

基于原子稀疏分解和BP神经网络的风电功率爬坡事件预测

超短期风电功率爬坡事件越来越影响风电机组在电网中的运行。当前国内对爬坡事件的定义并不明确,缺少相应的预测方法。阐述了风电功率爬坡事件的物理含义,提出了一种基于原子稀疏分解和反向传播神经网络(BPNN)的组合预测方法,分别建立了原子分量自预测模型、残差分量预测模型和组合预测模型。以实际风电场数据进行验证,对不同预测方法和不同时间空间实测数据进行了较全面的分析,结果表明该方法可以提高预测精度,并能降低绝对平均误差和均方根误差计算值的统计区间。

考虑爬坡特性的短期风电功率概率预测

短期风电功率概率预测有助于调度部门提前安排发电计划,提高风电的消纳能力。提出一种考虑爬坡特性的风电功率概率预测方法,首先通过分析不同风电爬坡定义的特点,阐述互补组合预测的思路;然后采用小波神经网络建立风电功率确定性预测模型,并在其基础上建立不同功率分区内风电爬坡率和风电功率预测误差的二维核密度估计概率预测模型;最后由二者的联合概率分布求取后者的条件概率分布,得到风电功率概率预测结果。仿真结果表明,所提模型具有很高的短期风电功率概率预测精度。

风电高风险爬坡有限度控制

随着风电规模的不断增大,大规模高集中风力发电出力高风险爬坡事件发生的可能性不断增大,研究爬坡事件的有限度控制已越来越迫切。该文提出了基于极端天气发展过程和风机控制性能的机组状态分类方法,将爬坡过程中的风机分为六类;提出了应对大规模高集中风电爬坡的有限度控制方法框架,将有限度控制过程分为预防控制、爬坡控制和恢复控制三个阶段;给出了爬坡控制方法,结合机组状态分类以及优先级顺序对风电基地内的所有风机进行协调控制,提高风电基地出力的可控性和确定性,同时考虑预防控制对爬坡控制的改善作用。仿真结果表明,通过协调不同机组状态风机的出力,风电基地出力能够有效跟踪计划出力曲线,验证了上述方法的有效性。

考虑电网频率偏差的风电功率爬坡限制指标动态优化

制定风电并网功率的爬坡限制指标可以有效抑制风电剧烈爬坡事件对电网频率偏差的影响。提出了一种考虑电网频率偏差的风电功率爬坡限制指标动态优化策略,根据电网的实时运行情况,对风电并网功率爬坡限制指标进行动态优化,使系统频率始终处于安全范围内。首先以电网的动态频率特性为基础,建立含一次调频和二次调频特性的电力系统频率仿真模型;然后利用二分法,根据电网频率偏差限值获得最优爬坡限制指标,从而有效避免了因固定爬坡限制指标过于宽松而导致的系统状态越限,以及爬坡限制指标过于苛刻而导致的风电场爬坡控制经济性较差的缺点。最后,通过IEEE RTS算例的仿真结果验证了所提策略的有效性。

风电爬坡事件多级区间预警方法

大规模风电爬坡事件对电力系统功率平衡问题影响显著,严重时可能导致停电事故。基于区间分析理论,提出了一种风电爬坡事件多级预警方法,对可能造成的危害程度进行预先警告。考虑风电爬坡预测研究现状,采用区间数形式对其不确定性进行描述;针对风电爬坡事件强波动性对电力系统功率控制的影响,以维持静态频率偏差在允许范围内为前提,分析采用不同功率控制措施满足功率平衡所对应的风电爬坡幅度允许区间;确定各等级预警区间的预警界限,并利用区间排序方法计算各预警区间的概率,实现多级预警。算例仿真分析及比较结果表明,所述方法能够给出各级预警区间的界限值及概率分布,物理意义明确,且简便快速,利于实时滚动运行,体现了有效性和实用性。

风电爬坡事件研究综述及展望

风电爬坡事件易造成系统有功功率不平衡,破坏频率稳定性,甚至引起大规模切负荷,严重威胁着电网的安全稳定经济运行。从定义、预测方法和控制策略3个方面对风电爬坡事件的相关研究进展进行了综述。首先对比分析了爬坡事件的常用定义,明确了其优缺点和适用范围;其次,归纳了爬坡预测方法的研究现状,根据是否由风电功率预测结果判断划分为直接预测方法和间接预测方法两类,总结了常用预测方法评价指标;然后阐述了无储能的有限度爬坡控制策略的基本思想、控制方法和风储联合爬坡控制策略的原理以及研究进展;最后展望了风电爬坡事件未来的重点研究方向。