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.

考虑新能源消纳的黄河上游水电站群生态优化调度研究

为降低黄河上游水电站群调度中新能源消纳对河流径流情势和生态完整度的影响,以河流径流情势变化最小、水电站群发电量最大、发电出力平稳性最高为目标,建立了风水光多能互补系统生态调度模型,采用多目标进化算法求解,探讨了多能互补系统发电出力、新能源消纳及河流生态保护之间的均衡关系。结果表明:水电站群发电量和河流生态保护目标之间呈现明显的竞争关系,多能互补系统的发电出力波动越大,水电站群发电量越大,径流情势变化也越大;入库径流量越大,水电站群生态调度对径流情势的影响越小;多能互补系统生态调度对径流情势的影响主要集中在年发生高/低流量脉冲次数和流量平均增加率/减少率这两项指标,在枯水年发电量最大的调度结果中,年发生低流量脉冲次数和流量平均减少率指标的变化最大。

基于源荷匹配的梯级水风光蓄系统优化运行研究

在“双碳”目标下,我国亟需进行能源结构转型,提高可再生能源在电力系统中的比例。调节性水电站和抽蓄电站具有良好的调蓄能力,可以作为调节电源与风光电源联合运行,从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击,促进新能源集中上网消纳。因此,充分利用梯级水电站及抽水蓄能电站的调节性能,制定合理的一体化调度策略,有利于在发电侧实现水风光蓄打捆送出和协同消纳,助力“双碳”目标实现。基于对梯级水风光蓄互补发电系统在短期调度中电网侧负荷需求和梯级水电水资源利用率的考虑,构建以源荷差异最小、梯级水电蓄能增量最大为目标,以常规水电站、风光电站、抽水蓄能电站安全运行条件为约束的短期互补调度模型,并采用粒子群-动态规划内外层嵌套算法对模型进行求解。选取西南某流域常规梯级水电站、抽水蓄能电站及周边风光电站组成的水风光蓄互补发电系统为研究对象进行模拟计算,结果表明:(1)抽水蓄能电站倾向于在梯级电站水头较低时选择泄水发电,而在梯级电站水头较高时选择抽水或维持当前水位不变;(2)所构建模型有效提高了系统总出力曲线与电网负荷曲线的匹配度,实现了梯级水电站之间负荷与水量的合理分配,一定程度上减少了梯级水电站效益损耗,提高了水能利用率,增加了梯级水电蓄能增量,有利于源网协同运行和梯级电站之间的稳定运行。

考虑源-荷协同风险的水光互补系统日前优化调度

光电高比例渗透阶段会加剧水光互补系统的源-荷协同难度,并引发弃电风险。由此提出一种考虑源-荷协同日前优化调度方法。首先基于波形分段与出力分区提取光伏出力定性特征,引入耦合云生成光电不确定性场景;然后选取波动量、弃电量评价指标建立日前调度模型,采用波形分阶补偿策略保障负荷跟踪能力与控制弃电风险,并编制发电计划;最后根据实际案例的场景集合求解系统实时运行过程。结果表明:耦合云模型能够在波形与出力两个维度模拟不同鲁棒保守度下的光电不确定性;相对于常规确定性优化,考虑源-荷协同日前优化调度方法能够充分发挥水电与水库调节的灵活性,具有更强的风险承担能力,且输电形式满足源-荷协同要求,可以有效规避弃电风险。

多重不确定性下水风光多能互补长期优化调度方法

如何应对水风光多重不确定性及其导致的高维优化求解难题是流域水风光多能互补长期调度面临的关键挑战。为此,提出基于马尔科夫链和Copula函数的水风光联合场景生成方法,并通过同步回代缩减法进行场景削减,量化表征水风光多重不确定性;以此为输入,构建流域水风光多能互补长期两阶段随机优化调度模型,并通过Benders分解算法和凸化线性化建模技术实现高维非线性优化问题的高效求解。最后以金沙江下游清洁能源基地为研究对象进行了仿真验证。通过对比分析,证明了所提方法能够有效提升长期调度方案对水风光不确定环境的适应性,提高了多能互补综合效益。在样本外检验中,所提方法比传统方法的发电量增加了0.552亿kWh,弃水量减少了1.694亿m~3,表现得更具可靠性。

水光互补一体化管控平台的设计研究

为了实现梯级水电站与光伏电站的协同优化运行,提高水电、光伏发电等可再生能源的利用效率和系统协调的经济性,首先总结了当前水光互补一体化管控平台的发展现状,分析了新疆维吾尔自治区(下文简称“新疆地区”)太阳能资源和水资源的特点,得出新疆地区某流域光伏电站输出功率和水电输出功率的特性,并指出现有光伏电站和水电站使用智能监控平台的不足;在此基础上提出了中长期水光互补控制策略、短期水光互补控制策略和实时水光互补控制策略;最后设计了由生产运营管控平台和水光互补调度平台组成的水光互补一体化管控平台,并详细介绍了该平台的功能和实现方式。

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。

基于客观权重赋权-优劣解距离法的水光互补能源基地补偿效益分摊

针对水光互补系统各电站补偿关系复杂且补偿效益分摊难以量化的问题,提出一种适用于量化水光互补系统效益补偿关系的求解方法,通过对梯级优化调度及水光互补优化调度后发电量的对比,得出水光互补动态过程指标和静态特性指标,建立水光互补补偿效益分摊模型,并采用改进的客观权重赋权-优劣解距离法(criteria importance through intercriteria correlation-technique for order preference by similarity to an ideal solution,CRITIC-TOPSIS)求解补偿效益分摊比例,明晰各电站之间的损益关系。以澜沧江上游西藏段水光互补清洁能源基地为例进行求解,结果表明该方法考虑梯级水电站与光伏电站间的利益关系,同时兼顾梯级水电站内部的效益得失,分摊结果公平合理,可以平衡各主体之间的利害关系,有利于调动施益主体参与互补运行的积极性,实现清洁能源基地整体效益最大化。

基于深度强化学习的多能虚拟电厂优化调度

多能虚拟电厂(Multi-Energy VPP,MEVPP)能够聚合电能、热能等多种形式的分布式能源及需求侧灵活性资源。为实现MEVPP的优化调度,文中建立了包含发电单元、制热单元、储能装置以及空调负荷集群、需求响应负荷的MEVPP模型,并面向该模型提出一种基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning, DRL)的优化调度方法,并设计了相应的状态、动作空间与奖励函数。该方法以近端策略优化(Proximal Policy Optimization, PPO)算法为基础,能够根据预测负荷、风/光出力、室外气温等环境信息,对分布式能源和需求侧灵活性资源进行调节,并以最小化运行成本为目标得到MEVPP优化调度策略集。算例结果证明了DRL在MEVPP优化调度中的可行性与策略集的可拓展性。

多直流外送通道下水风光一体化日前风险调度

随着包含多直流外送通道的水风光一体化系统的开发,兼顾风、光出力不确定性与复杂的水力、电力联系,制定系统日前发电计划,是当前水风光互补调度的难点。对此,通过建立适用于多直流外送消纳的水风光一体化日前风险调度模型,并针对模型的约束特征,提出了复杂模型降维求解方法。以金沙江下游清洁能源基地为实例,研究结果表明,降维求解方法能够大幅缩减模型决策变量个数,提高模型求解效率;制定的发电计划能够有效保证输电平稳性,发挥系统调峰性能;对比确定性模型,系统运行风险降低了52.7%,提高了系统运行的可靠性。

风光储多能互补能源系统容量配置优化

风光储多能互补能源系统可充分利用可再生能源提高供能的经济性和环保性。本文提出了一种风光储多能互补能源系统,建立了系统的能量模型;综合考虑系统运行的经济性和环保性,提出了系统综合成本和碳排放量最低的目标;开发了改进型非支配遗传算法求解仿真模型,得到了多目标问题的帕累托最优解集,并通过逼近理想解排序法获得了系统的最优容量配置运行方案;利用线性规划软件CPLEX求解器开展了系统的运行调度优化,验证了该系统框架和优化调度模型的有效性和正确性。研究结果表明,本文所提出的风光储多能互补能源系统容量配置优化方法有效提高了可再生能源利用率,实现了经济成本和碳排放量最低,提高了系统的经济性和环保性。本文为可再生能源系统实现持续稳定可靠的供能和园区的低碳化转型提供了参考。

基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略

为了充分发挥系统中可调节资源的自身优势,利用变速抽水蓄能机组配合小水电机组进行常规调节,并考虑变速抽水蓄能机组的快速响应特性,提出了兼顾系统小时级以及秒级安全性的风-光-水-储多主体互补发电系统的联合优化调度模型。为了降低合作博弈高效性算法线性增长的计算复杂度,基于改进Shapely值法提出了一种大规模利益主体的合作增量效益(增益)分配策略。通过资源聚合,对高维度问题进行降维处理,利用Shapley值法进行初始分配;构建合作增益贡献指标,采用非对称纳什谈判理论对同类型的不同主体进行细化分配。以某流域风-光-水-储10主体互补发电系统为仿真算例,结果表明:抽水蓄能机组与小水电机组互补运行可以提升系统的灵活性和安全性;基于改进Shapley值法的合作增益分配策略具有计算高效性以及应用可行性。

基于乐观行动-评判深度强化学习的含氢综合能源系统低碳经济调度

“双碳”背景下,以氢能为能源载体的含氢综合能源系统是中国能源行业低碳化转型的重要支撑。为保证含氢综合能源系统中的氢能供给并提高用氢效率,该文提出了一种电气混合制氢及氢能综合利用的综合能源系统运行模式;并基于碳捕集装置和综合需求响应建立了源荷互补降碳机制,以充分挖掘系统降碳潜能,进一步提升可再生能源消纳率及系统低碳化水平;此外,为了对含氢综合能源系统中的源荷随机波动实现快速响应,提出基于乐观行动-评判深度强化学习方法对系统优化调度模型进行离线训练和在线优化求解,可高效实现含氢综合能源系统的低碳经济在线优化调度。最后通过算例应用验证了所提方法的优越性。

并/离网风光互补制氢合成氨系统容量-调度优化分析

为降低可再生能源发电出力波动,提高可再生能源利用率,设计了一种并/离网风光互补制氢合成氨系统。以系统年收益最大作为目标函数,考虑系统电平衡、氢平衡以及电网交互等运行约束,建立了容量配置-调度优化模型,以内蒙古某地区风光真实出力作为输入,通过风光容量配比分析,探究风光容量配比对系统的技术经济影响。结果表明:经过容量配置与调度优化后,并/离网风光互补制氢合成氨系统能够在不同风光出力情况下合理切换工作状态,平抑风光波动,实现合成氨设备的稳定高效运行,并网型系统优于离网型系统;在案例区域内,随着风电容量的提高,系统需配置的电解槽与储氢罐容量呈现先减小后增大的趋势,当风力发电与光伏发电容量接近或相等时,系统经济效率较高。

大规模水能富集电网短期多目标嵌套多能互补运行方式研究

在“双碳”的背景下,亟需深入研究如何促进多能互补系统内不同能源之间的协同作用,促进能源深度融合。针对这一问题,在考虑水能富集地区大规模电网不同断面输送电任务的情况下,提出一种区分内外层,逐层递进优化并尽可能消纳风光清洁能源,且兼顾全网源荷匹配程度的多目标嵌套多能互补模型,两层均采用混合整数线性规划算法(MILP)进行求解。内层立足于断面角度,以通道利用率最大化为目标,将水风光打捆进行互补优化,使其出力最大化,尽可能占满通道。外层立足于全网角度,以源荷匹配最大化为目标,采用全网水风光电源联合调节后的剩余负荷波动最小来表达源荷匹配目标,使剩余负荷平稳。本文以西南某水能富集地区大规模电网为研究对象,包含304座水电站,12个断面,选取夏秋丰水期和冬春枯水期风光峰谷差最大日、风光平均发电日共4个典型日进行模拟计算,得到电网丰水期平均通道利用率约为80%,枯水期平均通道利用率约为40%,丰枯期内全网剩余负荷波动率均小于5%。得出以下结论:在夏秋丰水期,水风光系统可为电网提供更多电能,在冬春枯水期,水风光系统出力过程更为稳定。在风光出力平稳时期可为电网提供更多电能,同时使得电网运行更为稳定。本次研究成果对大规模水能富集地区电网多能互补优化调度运行提供参考。

基于ADWOA算法的风光水互补系统优化调度研究

为了有效应对大规模风能和光伏并网带来的波动问题,保障电网的安全稳定运行,本研究通过深入分析风力发电、光伏发电、水利发电以及抽水蓄能之间的互补特性,构建了一个综合的互补发电系统。在此基础上,针对系统中存在的多种功率约束,本文提出了两种优化调度模型:一种旨在最小化互补系统的波动,另一种则是最小化火电机组等效负荷波动。为求解这两个优化模型,采用了改进的自适应权重优化算法(adaptive weight optimization algorithm,ADWOA)。通过仿真实验验证了该算法在两种模型中的有效性,结果表明这两种最优调度模型均能有效追踪优化目标,并显著减小由于风力和光伏发电并网引起的影响,从而增强电网的运行稳定性。

水风光多能互补运行关键技术研究现状及展望

在全球能源结构转型背景下,水风光多能互补系统作为现代能源体系关键组成部分,正日益受到重视。探讨了我国水风光资源分布情况,并分析了互补基地建设规划。剖析了水风光多能互补系统在规划期资源评估与系统集成、运行期预报调度与高效运行、消纳期电力交易与市场营销等关键阶段技术挑战。总结了当前在资源评估方法创新、系统集成优化、智能调度系统开发以及储能技术应用等方面最新研究进展,并对未来研究趋势进行了前瞻性展望,研究成果可为相关领域研究和实践提供参考和借鉴。

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。

雅砻江流域水风光一体化示范基地抽水蓄能电站建设中关键技术与研究

在“双碳”战略发展目标驱动下,抽水蓄能电站开发进程加快。本文介绍了雅砻江流域水风光一体化示范基地抽水蓄能电站概况,开发建设过程中的高岩坎拆除、宽变幅水泵水轮机、下水库抽水可靠性、水-风-光-蓄多能互补一体化运行调度、高寒高海拔下电气设备绝缘电晕、水库防渗、高寒高海拔地区TBM及电动施工设备等关键技术的研究与应用情况,为高寒高海拔地区抽水蓄能电站的关键技术问题提供参考。

基于改进粒子群算法的风光储多能互补微网调度优化研究

多能互补微网系统为电力系统的调度运行提供了较大的安全空间,但其存在系统组成复杂、目标多元和约束多重等问题,导致了系统的运行成本提高和系统的模型求解计算困难。为此,本文提出了一种由风力电机、光伏电机、储能电池、柴油发电机以及供电网络等设备共同组成的多能互补微网系统模型,建立了其相应的优化目标函数和约束条件,并通过改进传统粒子群算法IPSO对调度模型进行优化计算。同时,选取中国北方某一产业园区多能互补微网系统,并考虑单一经济成本、单一环境成本和综合成本3种优化运行场景,分别应用IPSO及其他算法进行优化求解。结果表明,IPSO算法不仅获得了各设备的出力调度负荷,实现系统功率平衡,而且能够在各自优化目标下系统运行并取得最优方案,验证了所建模型的合理性和求解算法的先进性。