高速公路风光储融合系统优化配置及经济运行方法

【目标】研究高速公路微电网中风电、光伏、储能融合供给技术的设备配置优化问题。【方法】在保证可靠供电的前提下,以高速公路微电网配置效益最大化和运行成本最小化为目标,引入了min-max-min结构的两阶段鲁棒优化模型。第1阶段求解系统的最优风电、光伏和储能容量配置,最小化系统投资成本;第2阶段求解最恶劣情况下最小化系统运行成本。然后建立了3类负荷需求响应模型,求解部分负荷用能时段不确定和发电设备出力不确定情况下系统运行成本。最后,建立计及储能循环寿命的储能优化配置模型,并探究合理的储能电池配置数量和充放策略。【结果】两阶段鲁棒优化模型由于考虑了设备出力和负荷用能不确定性的影响,在预测误差较大和恶劣天气的情况下,较确定性模型表现出了更优的经济风险控制能力,更能应对实际工程中天气变化的情况。在3类负荷需求响应模型中实施分时电价,处于电价高峰及低谷时段的Ⅱ类易转移负荷自发转移,微电网能有效地平衡负荷曲线并降低峰谷差率,降低系统运行成本。计及储能寿命损耗成本后,储能电池的放电深度降低且放电次数减少,以减缓电池的损耗并降低维护费用。电池的保守充放策略会在短期导致运行成本增加,但在长期内能避免不顾电池损耗成本的配置大量电池和激进的充放电策略。【结论】所提方法实现了高速公路风光储融合微电网中风电、光伏及储能的优化配置,并在分时电价下实行3类负荷需求响应策略,降低了系统总负荷峰谷差率及运行成本。结合储能循环寿命模型的应用进一步降低了系统维护成本并减少了电池寿命损耗。

黄河上游青海水风光蓄一体化发电系统研究

随着双碳目标加速落实与黄河流域生态保护和高质量发展规划实施,统筹推进水风光一体化基地建设并构建多能互补发电系统,能提升跨省跨区电网错峰支援和余缺互济能力。通过采用归纳梳理的方法对黄河上游青海省水风光资源和多能互补著绩进行了分析,结果表明:青海南部水电势能、北部太阳能和西部风能资源潜力较大,但各种新能源随开发规模的扩大其可开发潜力呈下降趋势。青海省规划的风光容量配比为0.6∶0.4,2025年情景下水电与风光配比为1∶1.2,2035年情景水平下为1∶1.25。此外,在电网系统中尽可能少接风电多接光伏且弃电率保证在5%以内对电网稳定运行和投资成本具有正反馈作用。

并网型风光氢储微电网容量优化配置研究

本文以并网型风光氢储微电网为研究对象,在满足年制氢量任务的前提下建立了以系统年收益最大为目标的经济优化模型,对不同储能容量方案采用含罚函数的粒子群算法进行优化调度求解。最后对液态金属电池、液态金属电池-铅酸电池、锂电池、锂电池-铅酸电池四种储能配置方案进行对比研究,发现液态金属电池现阶段因价格高单独使用时优势不明显,而在混合储能系统中可以与铅酸电池优势互补。

水储微电网并/离网运行稳定性分析

小水电配以储能组成水储微电网系统,可以显著提高小水电运行效率与当地配电网的供电可靠性。仿真分析了水储微电网并/离网运行功率、频率稳定性问题,首先给出小水电运行机理及模型、储能及其控制模型;其次利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建水储微电网模型;最后通过仿真水储微电网并/离网的电气变化,分析小水电和储能的运行稳定情况。结果表明,并网下储能可以在短时间内平衡负荷的扰动,维持断面的平衡;离网下储能能快速调节输出功率,维持微电网系统的稳定。

基于自适应SMPC的风-光-储混合微电网实时优化调度研究

针对风力发电、光伏发电的随机性、波动性,研究了风-光-储混合微电网系统中新能源消纳、储能分时电价、联络线阻塞等问题,构筑了风能-光能-储能多能源互补下的微电网实时优化调度模型。首先,探究了风-光-储混合微电网模型,引入了一种自适应随机模型预测方法,将混合整数非线性优化问题转化为二次规划问题,使风电、光电具有一定的可调度性。其次,以经济性和稳定性最优为目标建立了混合系统的实时优化调度模型。最后,通过IEEE-30节点6机组系统仿真分析,验证了所提调度策略及模型算法的经济性与可行性。

用于主网削峰填谷调度的风/光/储微电网控制策略

研究风/光/储微电网的调度控制策略,在实现上级电网"削峰填谷"目标的同时使可再生能源利用最大化。按微电网离/并网运行模式、其主网所处的峰/平/谷运行时段以及发/用电供需平衡状况,对风/光/储微电网进行状态空间划分,并分析各状态相互转移条件;在此基础上,研究各状态下的调度控制策略,给出储能单元充/放电功率的最终控制方案。以广西某岛风/光/储微电网示范工程为例,通过代表日运行控制的仿真实验,验证所提出的削峰填谷调度控制策略的正确性和有效性。

含风电微型电网电压稳定性分析及控制技术

异步风力发电机作为微型电网的重要分布式电源,其工作状况将影响系统的运行以及电压稳定性。本文研究了异步风力发电机的转速-电压特性以及功率-电压特性,分析了其投切容量、位置分布、运行状况等因素对微型电网电压稳定性的影响。提出两种基于储能的电压稳定性控制策略,分析并对比了其对系统电压的改善作用。研究结果表明,出现阵风、渐变风等风速扰动时,储能能够有效抑制系统电压波动,确保微型电网的稳定运行;出现线路故障,故障清除时储能可以加快系统电压的恢复。

风水储微电网优化调度策略研究

为了缓解风电因随机波动性对电网造成的冲击,增强风电的可控性,提出一种基于分频段补偿法的风水储微电网优化调度策略。该策略根据水电机组输出带宽,通过小波分解法对风电功率信号进行多尺度分解,得到水电机组和储能系统初级功率指令,再根据水机爬坡能力,对初级功率指令进行修正得到最终功率指令。基于MATLAB/Simulink平台建立了风水储微电网仿真模型,分析了所提调度策略与现有策略的控制效果,结果表明,所提调度策略能减小储能所需容量,降低储能配置成本;改善了微网内水机过渡过程,有利于微网稳定运行;提高了风电的可控性,使微网有功输出更平滑。

基于混合储能的风/光/储微电网控制策略

以风力发电、光伏发电等间歇式电源组成的微电网,电源输出功率、电压的随机性和波动性增加了微网控制的复杂度。提出了一种基于混合储能方案的控制策略,通过控制分布式储能和集中式储能系统的充放电,维持微电网功率、电压稳定和运行可靠性。基于Matlab/Simulink仿真平台建立了微电网系统仿真模型,仿真分析并验证了该控制策略的正确性和有效性。

异步风力发电机对微网稳定性的影响与对策

异步风力发电机(asynchronous wind turbine,AWT)作为微型电网(micro-grid,MG)的主要微源,其运行状况对MG的稳定性有较大影响。分析AWT的功率–电压特性,研究AWT的运行状况和线路阻抗等因素对MG稳定性的影响,提出了基于储能的MG稳定性控制策略。储能在风速发生快速扰动时可以提供及时的能量缓冲,有效缓冲AWT功率波动,改善系统稳定性。仿真分析与实验结果验证了所提控制策略的有效性。

基于超级电容器控制策略的含风电微电网电压波动的抑制

在分析含风电及储能的微电网电压—功率特性基础上,提出一种基于超级电容器控制策略的电压波动抑制方法,可对风电功率的随机波动进行快速补偿,保证风电与超级电容器储能共同向外输出的功率稳定,实现系统母线电压的稳定控制。对该方法进行了PSCAD仿真,仿真结果表明:风速变化时,该方法可有效抑制风电功率变化引起的电压波动;大型阻感性负载投入、外部故障时,该方法亦能减小电压波动和电压恢复时间,从而验证了所提方法的有效性与可行性。

计及负荷可控性的微网储能容量优化配置

合理配置储能容量,是保证以可再生能源为主体电源的独立微网经济可靠运行的关键。基于微网地下水开采负荷的可控性,提出可再生能源/储能/负荷协调的微网系统功率分配策略。在此基础上,考虑蓄电池储能的运行特性对其寿命影响,提出微网电池储能的容量优化模型。以中国西北地区风光互补独立微网为例,对电池储能容量优化进行研究,仿真结果验证了所建模型的合理性。

基于CMOPSO的混合储能微电网多目标优化研究

针对可再生能源发电效率低和发电成本过高的问题,采用自适应网格多目标粒子群(CMOPSO)算法对混合储能的风光互补系统进行多目标优化设计分析。首先,分别建立微电网的成本、失负荷概率和失能量率数学模型;其次,将CMOPSO算法和经典多目标优化算法NSGA-Ⅱ对比,证明CMOPSO的优越性;最后,运用CMOPSO和NSGA-Ⅱ算法分别对单一储能和混合储能的微电网进行多目标优化设计,考虑可靠性和成本分别进行两目标优化分析,考虑系统的可靠性、成本和能源量费率,进行三目标优化分析对比。结果表明,无论是考虑两个目标或三个目标,在可靠性满足要求时,相比单一储能,采用混合储能微电网综合性能要好,CMOPSO优化效果更好。

风/光/储混合微电网的详细建模与仿真

在风能和太阳能资源丰富的地区建立小型微电网可以缓解能源的供需矛盾,提高经济效益,减少环境污染。针对当前风/光/储混合微电网控制不完善、仿真不充分的问题,利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了风/光/储混合微电网三相交流系统的详细仿真模型,并对风、光电源和储能系统分别采用了相应的控制策略。考虑风速、光强的变化,对风/光/储混合微电网在并网和孤岛运行模式下进行了较为全面的仿真分析,仿真结果表明所建立的微电网模型满足功率平衡和公共联结点PCC电压、频率的要求,验证了仿真模型的正确性和控制策略的有效性,并为进一步研究微电网提供了良好的仿真平台。

考虑不同蓄电池SOC状态的风/储/海水淡化孤立微电网能量管理系统设计

风电海水淡化孤立微电网能量管理系统对风能的利用、淡水资源的供给及微电网稳定经济运行具有重要意义。首先建立了含风机、海水淡化、柴油发电机及蓄电池、超级电容器混合储能的孤立微电网模型,其次,在微电网稳定运行的基础上,考虑深充深放与浅充浅放对蓄电池损害的不同及海水淡化负荷的可控性,根据蓄电池在不同SOC、不同充放电功率情况下的寿命损耗,结合海水淡化产水收益,建立微电网经济运行模型,进而根据微电网经济运行目标得到长时间尺度下的能量管理方案。最后根据具体风速数据进行算例分析,得到孤立微电网系统采用能量管理方案运行24 h,系统收益为95.61元,不采用能量管理时,系统收益为92.81元,验证了所提策略的正确性、可行性和经济性。该策略可以提高微电网运行的经济效益。

PI-PD控制在风水微网中的应用

风水微网中,风电的间歇性和波动性容易造成微网功率波动频繁,恶化微网电能质量。为平滑风水微网输出功率,提出将PI-PD控制方法应用到微网内水电机组控制中,采用频域分析法分析了常规PID控制及PI-PD控制对水电机组的控制效果,提出改善水机动态响应过程的参数调整方法;建立了风水微网仿真模型,通过时域仿真比较了微网内水机采用常规PID、模糊PID和PI-PD算法的控制效果,并分析了PI-PD控制参数对微网内部动态响应的影响。理论和仿真分析结果表明,与常规PID及模糊PID相比,微网中水机采用PI-PD控制能够获得较快的调节速度、较小的反调量;合理整定PI-PD控制参数值,能够缩短微网动态响应时间,抑制微网功率振荡,保证微网安全稳定运行。

基于风光互补微电网的复合储能控制策略

针对风光互补发电系统并网功率波动问题,在考虑平抑功率波动对储能性能需求的基础上,将蓄电池和超级电容器组成复合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)应用到风光互补微电网中,并提出了复合储能的能量管理和控制策略。能量管理方面,遵循超级电容器优先工作原则,通过判断超级电容器端电压大小来决定复合储能的工作方式;超级电容器用来平抑风光发电并网波动功率的高频部分,蓄电池平抑低频部分,进而减少蓄电池的充放电次数,延长其使用寿命;控制策略方面,蓄电池的双向DC/DC变换器采用恒功率控制,超级电容器的双向DC/DC变换器采用恒母线电压控制,保证了直流母线电压的稳定,实现了复合储能的双向充放电控制。最后,利用PSCAD软件搭建了含复合储能的风光互补微电网仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。

基于需求侧响应的水风互补微电网容量优化配置

针对微电网内源荷两端匹配性较差的问题,本文以含径流式小水电的水风互补微电网为研究对象,提出了一种考虑需求响应的优化配置方法。在负荷端,构建了一种动态分时电价机制,对峰谷时段进行了动态划分,在引入替代弹性的基础上,以负荷与可再生能源发电差值累计和最小为优化目标,同时考虑用户参与需求响应的满意度,对动态分时电价中的峰谷电价进行寻优,计算需求响应后的负荷;在源端,考虑到水风之间的互补效应,提出了一种互补度评价指标,并在计及需求响应参与的基础上,建立了以年运营收益和水风互补度为目标函数的优化配置模型。采用改进粒子群算法结合目标规划法求解,仿真结果表明,将价格型需求响应应用到微电网优化配置中,能够将源-荷两侧有效结合,提高可再生能源消纳水平,在保证用户利益的同时提高微电网经济性。

基于分布式电源的微电网建模与仿真

在建立可靠电网供电系统问题的研究中,微电网通过揉合多种分布式发电单元,能够实现分布式电源与电力系统的灵活接入。根据微电网的运行特性,构建微电网的仿真模型,利用PSCAD/EMTDC仿真环境,在推导出各个环节数学模型的基础上,设计了每一部分的控制策略并建立了风力发电,光伏系统,储能系统的仿真模型,用已经构建的各个微电源模型搭建了典型微电网的仿真平台,并进行了仿真。仿真结果表明,在风速和光照强度的变化下各部分的控制策略能够很好地完成其控制目标,使微电网正常运行。

风光储微电网系统复合储能的网格式优化

为了提高微电网对可再生能源发电的消纳能力,降低微电网中可再生能源发电对外部电网的不良影响,该文研究了风光储微电网复合储能系统的网格化分布及容量匹配方法,提出了风光储微电网自适应网格化分层控制策略。建立基于风电、光伏、网格化复合储能系统、分布式负载的微电网模型,围绕研究内容进行仿真分析,采用改进粒子群算法(partical swarmoptimization,PSO)进行求解,结果表明该文提出的风光储微电网复合储能系统网格式优化方法和微网自适应网格化分层控制策略,可将微电网内可再生能源发电全部消纳,不对外进行功率输出,同时对外最大功率需求为895.8 kW,仅为传输功率上限的6.40%,并且对外电网功率需求出现在00:00~5:00和18:00~21:00时间段,该2个时间段均为电网低负荷的时间,对外电网的影响不大,不会给外电网带来沉重的压力。由此可见,提出的储能系统网格优化方法可有效地平抑微电网系统中源侧和用户行为的波动性,提升了电网对可再生能源的消纳能力,减少可再生能源对外电网的影响。