基于电力市场背景的风-光-抽水蓄能联合优化运行

为提高可再生能源在电力市场的竞争力,基于风光互补特性构建了风光抽蓄联合运行系统,提出一种可再生能源参与电力市场竞争的策略,进而提出一种基于电力市场背景的风电-光伏-抽水蓄能联合运行优化方法。该方法以风光发电企业经济效益最大为优化目标,考虑抽水蓄能电站机组技术约束和联合系统运行约束,采用改进遗传算法优化计算得到抽水蓄能电站和联合系统的运行方案。基于该优化方法自主开发了一款优化软件作为仿真平台,利用该平台通过算例分析验证了所提出的风光抽水蓄能联合运行优化方法的可行性与有效性。     

考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究

流域梯级水风光综合能源基地配建抽水蓄能构建水风光蓄互补系统,是提高风光消纳能力、加速可再生能源一体化开发的重要途径。水风光蓄互补系统因地制宜既可配置混合式抽水蓄能,又可配置传统常规抽水蓄能。针对何种配置方式更优问题,从调度运行需求出发进行了研究。首先量化分析了水风光资源的季节互补性和日内互补性。然后分别考虑配置混蓄与纯蓄,基于精细化流域梯级水电模型,以负荷跟踪偏差率最小、弃能最小、水量利用率最大为目标构建了水风光蓄互补系统短期优化调度模型,从调度运行角度探究不同抽蓄形式对水风光蓄互补系统的影响。最后,通过某流域梯级水风光一体化基地算例表明,配置混蓄相较于配置纯蓄,不同运行场景下负荷跟踪偏差率均更小、弃能均降低、水量利用率均提高,综合运行效率也得到提升,表明配置混蓄对水风光蓄互补系统调度运行的提升优于纯蓄。研究可为流域清洁能源基地、抽水蓄能规划建设及调度运行提供决策支持。     

抽水蓄能助力风光稳定外送的最佳配置策略

跨区域、大规模的新能源电力输送是应对国内风光资源与负荷中心逆向分布特点与实现碳中和的必然要求,而风光出力固有的随机性、间歇性和波动性给新能源打捆稳定输送带来了挑战。水电具有的“电源+储能”的双重身份为平抑新能源波动、提升-风-光-水混合能源系统灵活性,以及促进新能源打捆外送提供了解决思路。以抽水蓄能为例,针对风-光-抽水蓄能混合能源系统,提出一种计及抽水蓄能电站运行功率约束、库容约束、进出水量约束的容量配置优化方法,旨在量化抽水蓄能对新能源打捆外送的助力效果,即确定单位抽水蓄能可支撑的新能源外送容量,构建并求解以最小化抽水蓄能投资成本为目标且满足各典型运行场景的容量规划模型。     

风光柴蓄互补发电系统的控制策略和优化设计研究

以风力发电机、光伏电池、柴油机组、抽水蓄能电站组成的风光柴蓄互补发电系统为研究对象,介绍了风光柴蓄互补发电系统的具体结构和工作原理,针对风光柴蓄互补发电系统的非线性优化问题,分析了抽水蓄能运行控制策略,风力发电最大功率控制策略和光伏电池最大功率控制策略,提出了通过用粒子群算法搜索确定系统的最优控制策略和最优配置方案.最后以某西部地区为例,提出了3种与优化配置方案最接近的方案,进行全年的仿真比较.算例结果表明,所采用的优化算法和控制策略正确,方案配置经济、合理.     

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。     

基于斑点鬣狗算法的风/光/抽水蓄能联合运行系统优化调度研究

针对分布式能源发电给配电网带来的冲击问题,提出了利用抽水蓄能电站与新能源发电联合运行优化调度的解决方案。综合考虑功率平衡、抽水蓄能机组启停与工况转换等约束条件,构建了含风电、太阳能和抽水蓄能电站的多目标优化调度模型,并采用斑点鬣狗算法进行求解。仿真结果表明,在风光并网系统中加入抽水蓄能电站后,能够实现对电力系统的削峰填谷作用,其经济效益显著;斑点鬣狗算法在收敛速度和全局寻优的能力上具有明显优势。     

交流励磁抽水蓄能机组暂态特性仿真分析

不同于常规抽水蓄能机组,基于交流励磁电机的抽水蓄能机组可实现变速,具有提高机组工况运行效率和增强系统暂态运行稳定性的优点。本文通过建立其仿真模型,重点对其负荷扰动特性及电网侧故障的暂态特性进行仿真分析,为该机组的实际应用提供理论支撑。首先,结合交流励磁抽水蓄能机组运行特点,根据可逆水泵水轮机运行模式;分别建立了水轮机模式和水泵模式下的数学模型;结合交流励磁电机的数学模型,建立交流励磁抽水蓄能机组的联合仿真模型。其次,结合可逆水泵水轮机和交流励磁控制策略,给出了交流励磁抽水蓄能机组发电工况采用功率励磁、电动工况采用转速+功率励磁的系统控制框图。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型,并对交流励磁抽水蓄能机组发电、电动工况下负荷扰动特性以及电网侧故障的暂态运行性能进行仿真分析。     

含分布式变速抽水蓄能的新能源发电系统灵活性资源规划

针对含分布式变速抽水蓄能和多灵活性资源的新能源发电系统,在分析定、变速抽水蓄能运行特性差异的基础上,提出含分布式变速抽水蓄能的灵活性资源规划模型。该模型详细考虑了定、变速抽水蓄能的运行约束和库容约束,以及电池储能、需求响应、火电机组资源配置。通过松弛变速抽水蓄能的双线性约束,将所建立模型转化为以期望成本最小为目标的混合整数线性规划问题,通过两阶段随机优化方法求解得到最优的规划方案。通过与定速抽水蓄能规划方案对比,分析验证了所提分布式变速抽水蓄能规划方案的可行性以及在经济性和灵活性方面的优越性。     

风电场中抽水蓄能系统容量的优化选择

为了改善风电场的功率输出特性,在有水资源的地区可采取风 - 水电联合供电模式.本文将风电场中抽水蓄能系统分为抽水系统和发电系统,并以获得风电场最大经济效益为目标建立了风-水电联合优化运行模型,考虑在一定的电网约束条件下,对于风电场中抽水蓄能系统配置不同抽水容量和发电容量的情况,采用改进遗传算法分别进行了优化仿真分析,仿真的结果表明风电场中配置抽水蓄能系统可以增加风电场的综合效益.文章给出的确定风电场中抽水蓄能系统最优容量的方法;具有一定的实践意义.     

风电-光伏-抽水蓄能联合优化运行模型建立与应用

风电、光伏发电出力具有随机波动性,与电力系统用电负荷特性呈现较大差异,对电网调峰能力提出较高要求。抽水蓄能电站运行灵活,启停速度快,配合风电、光伏采取合理的运行方式可以有效缓解系统调峰压力,提高系统对风电、光伏的消纳能力。以风电-光伏-抽水蓄能联合出力曲线跟随系统负荷特性曲线为目标,以抽水蓄能机组发电与抽水工况下的出力特性、上下水库库容、电力电量平衡为约束条件,建立了风电-光伏-抽水蓄能电站联合优化运行模型。对河北省丰宁抽蓄电站调节风光出力的案例进行分析,对风光出力在常规情景与极端情景分别进行了模拟,验证了模型的有效性。     

考虑峰谷电价的风电－抽水蓄能联合系统能量转化效益研究

建立了考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统和能量转化效益的定量评估模型,研究了风蓄联合系统中抽水蓄能电站对风电移峰填谷的影响,仿真算例验证了所建立模型的有效性。结果表明：在峰谷电价政策下,风蓄联合系统可将低谷时段的廉价电能转化为高峰时段的珍贵电能,取得良好的经济效益;同时还能有效地平滑风电场输出功率,降低并网风电的波动性。     

Design and evaluation of PV-wind hybrid system with hydroelectric pumped storage on the National Power System of Egypt

National and international policies encourage increased penetration of solar and wind energy into electrical networks in order to reduce greenhouse gas emission. Solar radiation and wind speed variations complicate the integration of wind and solar generation into power systems and delay the transition of these sources from centralized to distributed energy sources. The increased penetration of nontraditional energy sources into the electric grid stimulates the demand for large capacities in the field of energy storage. A mathematical model, which describes the operation of a proposed hybrid system, including solar PV, wind energy, and a pumped storage hydroelectric power plant is developed in this paper. This hydropower plant utilizes seawater as a lower reservoir, and only a tank has to be built in order to reduce the installation cost of the storing system. The pumped storage power plant used for compensation of the variation of the output energy from the PV and wind power plants by discharging water from the upper reservoir, which is previously pumped in the case of surplus energy from PV and wind turbine power plants. The impact of the proposed system on the grid utility is investigated in accordance with the values of energy exchange(deficits and surpluses of energy) between the considered hybrid system and the grid. The optimum design is determined by the pump and turbine capacities, upper reservoir volume, and the volume of water left in the tank for emergencies. Different scenarios of the optimum operations are presented for analysis. The results obtained from the examined scenarios indicate the ability of such a hybrid energy system to reduce the exchange of energy with the grid. This paper indicates the technical feasibility of seawater pumpedstorage hydropower plant for increasing the Egyptian national grid's ability to accept high integration of renewable energy sources.     

风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型

高比例新能源并网带来的波动性影响和新能源消纳水平不足已成为新型电力系统中亟须解决的问题。为此,基于风、光、负荷预测精度随时间尺度缩短而逐级提高的特点和抽蓄机组日内灵活调节特性,建立风-光-抽蓄零碳电力系统多时间尺度协调调度模型。以运行成本最小为目标,建立日前24 h发电计划、日内1 h发电计划和实时15 min发电计划。通过多时间尺度的协调配合,保证风、光、抽蓄出力良好跟踪负荷,逐级修正发电计划。以含6台抽蓄机组的风-光-抽蓄零碳电力系统为例开展仿真分析,结果表明所提多时间尺度协调调度模型有利于减少系统弃风、弃光量,且系统消纳风光的能力与抽蓄电站装机容量有关。     

利用小抽蓄提高微电网风电消纳能力的可行性研究

针对新能源微网系统中风电消纳能力不足,文章将小抽蓄作为储能系统与新能源微网系统组成风抽蓄联合发电系统,有效促进风电的充分消纳、提高微电网的电能质量和提升微电网运行的经济性.构建了风电-小抽蓄联合系统,然后建立了包括各项成本和效益的综合经济效益计算模型,以最大年综合效益选择最优小抽蓄配置方案,优化调度风电和小抽蓄资源,计算不同单位容量成本下的综合效益和投资回收年限.算例表明,小抽蓄单位容量成本不大于6倍传统大抽蓄时,具有经济合理性,初步说明小抽蓄有望解决中国风电消纳问题.     

A Joint Smart Generation Scheduling Approach for Wind Thermal Pumped Storage Systems

Abstract

Energy storage plays a crucial role in the development of smart grids with high wind power penetration. Pumped storage is an effective solution for smoothing wind power fluctuation and reducing the operating cost for a wind thermal power system. The joint generation scheduling of power systems with mixed wind power, pumped storage, and thermal power is a challenging problem. This article proposes a novel two-stage generation scheduling approach for this problem in the contexts of smart grids. Through optimization, a day-ahead thermal unit commitment and pumped storage schedule are provided; then, in real time, the pumped storage schedule is updated to mitigate the wind power forecasting error and hence avoid the curtailment of wind power generation. The proposed model aims to reduce the total operating cost, accommodate uncertain wind power as much as possible, and smooth the output fluctuation faced by thermal units, while making the system operate in a relatively reliable way. A binary particle swarm optimization algorithm for solving the proposed model and the pumped storage schedule update algorithm are also presented. The model and algorithm are tested on a ten-generator test system.     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

含高渗透率风电的电力系统复合储能协调优化运行

风电的随机性、可调度性差等特点对电力系统的安全稳定运行带来了挑战。为了增强系统对风电的接纳能力并提高风电利用率,文中研究采用抽水蓄能电池储能组成的复合储能在含高渗透率风电的电力系统中的协调优化运行。基于离散傅里叶变换(DFT)对风电出力进行频谱分析,将风电出力分解成短时间尺度的高频分量和长时间尺度的低频分量。利用电池储能响应速度快、容量小的特点,补偿风电高频波动部分以改善上网风电的波动性;根据抽水蓄能存储容量大的特点,参与系统调峰运行以解决接入风电后系统的调峰问题。以改进的IEEE RTS-96系统及实际风电场为例,对复合储能进行协调优化运行,算例结果验证了所述模型与方法的有效性。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

小水电与风光并网的经济效益与环境效益研究

建立了有蓄水库的小水电站与风光混合发电系统的结构模型。研究峰谷电价下,小水电与风光并网所带来的能量转化经济效益和开发清洁能源电力所带来的节能减排环境效益。仿真算例验证了所建模型的有效性。结果表明,有蓄水库的小水电站可以将风光混合发电系统低谷时段所发的廉价电能转化为高峰时段的稀缺电能,带来能量转化的经济效益,同时可以平抑输出功率的波动性,提高电网供电的稳定性与可靠性。经过对污染物减排量的计算,证明了小水电与新能源并网能够有效地节约煤炭等非可再生能源,对保护环境很有意义