风电-储能参与调频的高比例风电电力系统运行经济性分析

随着风电在电力系统中占比的提高,风电出力的不确定性使得电力系统的频率稳定问题日趋严峻,传统机组需要预留调频备用容量以应对负荷和风电不确定性所带来的频率波动,造成在负荷低谷时期弃风情况严峻的现象。变速风电机组通过减载的运行方式参与电网调频能够有效地缓解传统机组的调频压力。为此,首先基于可变速风电机组的超速控制以及桨距角控制方式,提出了风电机组在全风况下减载运行的控制策略。其次,构建了考虑风电-储能参与调频的风-火-储联合系统优化调度模型,基于机会约束条件设置系统调频备用约束,考虑风电动态减载参与调频的运行方式,对风电的减载率进行优化。最后,通过算例验证了所提方法能够有效促进风电的消纳,提升系统运行的经济性。     

基于储能SOC和风光功率裕度调节的风光储联合调频策略

利用储能主动参与风光储场站内部调频控制方法,及风电机组和光伏机组配合储能参与风光储场站内部联合控制,以解决风电机组和光伏机组单独控制时带来的电压和频率稳定问题。对风光储各单元采用虚拟同步机（virtual synchronous generator, VSG）控制技术,基于储能的荷电状态（state of charge, SOC）实时调整储能的p-f下垂系数,同时根据风/光机组的功率裕度配合储能调整各自的p-f下垂系数,通过风/光/储联合控制实现系统频率调整。此外,为实现风光储场站系统的二次调频,对VSG技术中的频率-有功控制部分进行了修正,通过实时检测系统频率,对有功功率参考值进行自适应调整;最后,通过阶跃负荷扰动下对比储能单一调频、光储联合调频、风储联合调频及风光储联合调频4种场景来验证所提控制方法的有效性。     

计及可再生能源与负荷互补特性的储能随机调度

在“风光储”并网系统中,需要考虑间歇性新能源的不确定性对电力系统的影响,基于此,构建了计及风电、光伏发电系统出力不确定性和负荷随机性的常规电源和储能装置随机优化日前调度模型。模型考虑了储能装置充放电限制的约束条件,在假设风速服从Weibull分布,光照服从Beta分布的条件下,推导出“风光储”并网系统等效负荷的平均方差表达式,并以此为目标函数建立储能装置随机优化调度模型,衡量平抑常规机组波动的能力。应用双链量子遗传算法进行求解,最后以IEEE30节点系统为例验证了所提出模型的可行性和有效性。     

含CAES和多类型柔性负荷的电力系统多时间尺度电能-备用联合优化调度

为了应对大规模风电接入,压缩空气储能(CAES)技术和柔性负荷主动响应技术在近年来发展迅速。以含CAES电站、可转移负荷、可中断负荷、可直接负荷控制(DLC)负荷、风电场、常规机组的电力系统为研究对象,综合考虑CAES电站和多类型柔性负荷在日前、日内、实时时间尺度下的调度特性及其在备用与调频方面的应用潜能,建立考虑源-荷-储协调互动的电力系统多时间尺度电能-备用联合调度模型。该模型以最小化电网运营商的总支出成本为优化目标,能够同时制定系统的发电计划、旋转备用购置与调用计划和自动发电控制(AGC)参与因子配置计划。基于修改版PJM-5Bus系统的仿真结果验证了所建调度模型的有效性。     

考虑可再生能源消纳效益的电力系统“源—荷—储”协调互动优化调度策略

为了提升可再生能源消纳率,降低电力系统运行成本,考虑以“源—荷—储”协调互动作为提升系统运行经济性与消纳可再生能源的手段。将常规机组、储能装置与负荷侧调度资源同时进行优化调度,综合考虑系统常规机组运行成本、负荷侧调度成本和可再生能源消纳效益,建立了基于“源—荷—储”协调互动的电力系统优化调度模型。根据决策变量的不同特性,提出了一种两级优化方法。第一阶段采用离散粒子群算法优化常规机组启停成本、弃风弃光成本和负荷调度成本;第二阶段采用双层连续粒子群算法优化常规机组燃料成本。通过算例仿真验证了该优化调度模型的有效性。     

基于源-荷-储互动的储能对风电消纳能力影响分析

源-荷-储互动是高比例可再生能源电力系统应对灵活性不足的重要技术手段,定量分析储能对源-荷-储互动提升系统调节能力的影响有利于实现储能资源精益化配置。基于含储能和柔性负荷系统的经济调度优化模型,计及风电出力随机变化特性,采用对偶理论生成排除不可行点的割平面约束,计算储、荷调节区间与消纳风电波动范围三维域区间,量化分析配置储能资源对提升系统风电消纳能力的影响。针对IEEE 30节点算例系统,通过三维域区间直观刻画协同多类型灵活性资源调节能力的系统消纳的风电波动区间。算例表明,采用所提模型仿真储能与风电、柔性负荷间的空间分布以及容量配比关系对系统源-荷-储互动应对风电出力随机变化能力的影响,有利于提升储能配置规划经济性。     

储能电站参与能量-调频市场联合调度模式研究

随着电力市场改革的稳步开展以及储能技术的重大突破,储能电站作为交易主体参与电力市场交易机制的研究提上日程,成为进一步深化储能商业化运营亟待解决的重要问题。以美国加州调频补偿机制为应用背景,基于电力系统源-网-荷-储的协同特性以及储能电站的运行和调节特性,考虑储能电站调频容量与调频里程的耦合,构建了储能电站作为交易主体参加能量市场与调频辅助服务市场的联合调度模型。基于改进IEEE 39节点系统的算例对所提模型进行了验证,并对加州模式下,储能电站本身的运行特点及其对系统运行的影响以及储能电站参与能量市场和调频辅助服务市场的利益分配特点等进行了详细分析,对国外储能电站参与电力市场的成熟应用模式的国产化具有较好的启示作用。     

计及负荷频率特性的风水电系统频率特性分析

随着新能源占比的升高,在水电资源丰富的云南电网中,依赖传统机组一次调频已不能满足云南异步联网系统频率稳定性的要求。针对大型水电水锤效应引起的功率反调问题,提出了一种计及负荷频率特性的风储联合调频控制策略。首先建立了传统电源(水轮机)、双馈风机、储能系统、综合负荷的频域模型传递函数;然后采用直流潮流法简化电网,得到了负荷扰动下风储节点频率响应解析式。在电力系统仿真程序PSD-BPA中搭建含风储、水机、负荷的四机系统。通过对解析式的理论分析和四机系统的仿真验证,分析了静态负荷模型比例、频率特征参数以及储能占比等因素对系统频率的影响。结果表明,计及负荷频率特性的风储联合调频能有效减小系统频率偏差。     

考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略

为了提高停电后电力系统负荷恢复效率,具有调控优势且响应速度快的储能参与系统恢复已经成为必然趋势。现有研究中,储能主要是作为可再生能源的辅助电源,平抑可再生能源出力波动;大规模储能也可作为黑启动电源,为待恢复机组提供启动功率。但上述研究都侧重于利用储能的输出功率,而忽略了储能调频能力在提高系统安全性方面的作用,未能更大程度地提高系统的恢复效率。为此,文中提出了考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略。以恢复尽可能多的重要负荷为目标,考虑储能的功率特性、频率响应特性和其他安全约束,构建电力系统负荷恢复模糊机会约束模型;进一步通过清晰等价类将其转化为确定性0-1规划问题,并采用人工蜂群算法进行求解;以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析,仿真结果表明文中所提策略能够提高负荷恢复效率。     

基于变分模态分解的高比例新能源电网调频储能需求计算方法

高比例新能源并网将加剧电力系统调频压力,锂电池、超级电容器等新型混合储能参与电力系统调频可有效提高系统调节性能,有利于促进新能源消纳。从净负荷波动量以及预测偏差量等影响系统功率不平衡分量出发,考虑风光预测误差的互补特性,基于变分模态分解（variational modal decomposition, VMD）及蒙特卡洛模拟提出了系统调频容量及速率需求测算方法,采用概率分布统计模型和系统调频成本-效益模型进行混合储能需求评估,对比了不同新能源装机占比时电网调频容量及混合储能需求变化关系,以中国某省级电网为例验证了所提方法的可行性和有效性。     

电池储能技术在风电系统调峰优化中的应用

针对现有常规机组调峰容量难以满足系统调峰需求的问题,提出了一种基于电池储能的风电系统调峰优化模型。该模型通过对风电储能系统和常规火电机组的运行施加约束条件,使得电池储能系统的运行状况能够及时得到调整,从而实现电池储能参与风电系统调峰和优化调度的目标。通过实际算例对比了电池储能系统在参与风电系统调峰前后弃风现象、调峰容量和日负荷峰谷差的变化。仿真计算结果表明,该方法可以有效提高大规模风电并网后的系统调峰,使系统接纳更多的风电,避免弃风导致的资源浪费,提高了整个系统的经济性和稳定性。     

考虑储热改造与最优弃能的风光火储低碳经济调度

大规模可再生能源消纳以及电力系统的低碳发展对减少火电机组调峰调频时的碳排放提出了更高要求。为提高系统风光消纳的经济性与火电机调峰的低碳性，提出一种考虑火电机组储热改造与风光最优弃能的风光火储分层优化调度方法。考虑风光反调峰特性，建立最优弃能约束模型，构建以电网净负荷方差最小为目标的上层模型，对净负荷曲线进行一次“削峰填谷”。为扩大火电机组调峰深度，考虑储热机组改造，建立碳交易成本模型。基于此，建立以系统总成本和碳交易成本最小为目标的下层模型，对净负荷曲线二次“削峰填谷”的同时，实现对系统经济与低碳的协同优化。基于算例分析，验证了所提出模型的合理性与有效性。     

考虑火电深度调峰的风光火储系统日前优化调度

深入挖掘火电机组深度调峰能力、实现风光火储多能互补运行是应对规模化新能源并网消纳的重要手段。提出火电机组深度调峰和爬坡成本、污染物惩罚成本、储能系统运行成本及新能源弃电惩罚成本的计算方法,建立了考虑火电深度调峰的风光火储系统日前优化调度模型。分别以风光出力最大、净负荷波动最小和系统运行成本最低为优化目标,并设定火电机组的不同调峰深度,对含高比例新能源的风光火储系统在典型日的优化调度策略进行仿真计算。结果表明：所建立的模型能够满足不同优化目标下的风光火储优化调度策略计算;通过提升火电机组深度调峰能力,可有效降低新能源弃电率。     

储能电站安全参与电网一次调频的优化控制策略

为安全实现储能系统对电网准确快速调频,对于系统频率偏移引起的有功率需求,提出一种考虑荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)的储能辅助调频自适应优化控制策略,该策略依据储能单元实时状态决定多组储能单元参与电网一次调频的最优投切情况,在频率变化初期多组储能单元...     

考虑广义储能与火电联合调峰的日前-日内两阶段滚动优化调度

随着风电等新能源并网规模不断增大,其波动性与不确定性给系统调峰带来了巨大挑战。为提高电力系统调峰能力,构建了考虑广义储能与火电机组联合调峰的日前-日内两阶段滚动优化模型。首先,该模型将需求侧灵活性负荷与实际储能共同视为广义储能资源,充分利用其快速调峰能力,与火电机组配合共同参与到电力系统的调峰过程中,减小系统的峰谷差,提升系统的调峰灵活性,降低火电机组的调峰压力;其次,为应对系统不同调度阶段的不确定因素,构建了日前-日内两阶段滚动调峰模型,该模型充分挖掘了广义储能各类资源不同时间尺度的分布特性以及调峰潜力,使其与火电机组配合,实现各类资源的协调调度,提高系统新能源的消纳量,降低系统的运行成本;最后,以IEEE 39节点系统为例验证本文所提模型的有效性。     

含荷电状态修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制

针对储能电站参与调频时与传统机组的协调问题及通信延迟产生的影响,设计了一种含荷电状态(SOC)修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制方法.首先,在储能电站参与频率控制过程设计SOC回归修正环节与传统机组进行协调而实现SOC裕度调节,同时考虑协调过程存在通信延迟问题,建立含储能电站SOC回归修正的区域电网延迟系统模型.其次,考虑通信延迟对于系统控制性能的影响,在负荷频率控制系统延迟边际计算的基础上,设计储能电站负荷频率控制的系统鲁棒控制器,对可再生能源功率扰动进行抑制并实现系统频率的快速恢复与偏差调节.最后,基于MATLAB/Simulink平台对负荷频率控制系统进行仿真验证,结果证明了所提方法的有效性.     

基于柔性负荷可控裕度的多时间尺度调峰优化

如何引导海量分散分布的负荷侧资源参与电网调控运行成为电力系统面临的新挑战,然而目前对于海量异构负荷的协同控制方法尚缺少深入研究。文章提出了一种基于柔性负荷可控裕度的异构负荷集群控制方法。首先,对空调负荷、电动汽车充电负荷、分布式储能建立广义储能的聚合模型。其次,在聚合商-负荷设备层面,针对多类型负荷的异构特性,提出了一种基于可控裕度指标的状态序列化控制策略;在调度中心-聚合商层面,建立了日前-日内的调峰优化模型。在日前阶段,考虑了常规机组的启停计划、电动汽车充电计划和空调的中断计划,建立了以日前系统运行经济性最优为目标的调度模型;在日内阶段,聚合商中的分布式储能进一步应对风电和负荷预测的不确定性。最后,进行了算例仿真,在实现了系统削峰填谷的同时降低了系统运行成本,验证了所提控制策略和调峰优化方法的可行性与有效性。     

西北地区源端基地综合能源系统的技术方案设计及优化研究

我国可再生能源电力的大规模发展,面临着风光资源和电力负荷逆向分布以及可再生能源电力输出不稳定等问题的挑战。为此,有学者提出"源端基地综合能源系统"的概念,提议通过多能互补、特高压直流输电、就地消纳等途径促进风光资源充分利用。该文基于该概念,结合西北地区实例开展建模优化研究,以明确系统的技术方案及揭示其优化规律。首先,通过政策解读和工程技术调研,明确建模的目的和边界。之后,以最大化风光电力占比和最小化系统总成本为目标函数,建立仅考虑特高压直流外送和进一步考虑需求响应的2类系统优化模型,分别得到帕累托最优前沿,并通过分析对比揭示风光电力占比提高过程中系统优化配置的变化规律。结果表明,为实现高风光电力占比的外送,应更加重视配套风电机组、天然气联合循环机组、锂电池储能机组的建设,以形成若干风光气储一体化基地。此外建议尽早引入需求响应机制来改善电力外送经济性、促进可再生能源就地消纳。     

计及负荷峰谷特性的储能调峰日前优化调度策略

为了使储能系统达到最优的削峰填谷效果,提出一种计及负荷峰谷特性的储能调峰日前优化调度策略。根据调度日内的负荷曲线,以储能系统的额定容量与额定功率为约束条件,分别计算在调峰过程中所能达到的最高填谷功率线、最低削峰功率线以及与之对应的充放电电量。根据所需的充放电电量差值,在储能系统未动作区间内,以储能系统经济性和负荷峰谷差改善量最优为目标,确定各时刻储能系统的充放电功率,实现充放电电量平衡。分别建立填谷调度模型、削峰调度模型及电量平衡调度模型,并制定相应的调度策略执行流程。构建调度策略评价指标,以某电网的负荷及风电数据为基础验证所提调度策略的有效性。