基于多场景的风电场接入与输电网协调规划

结合大规模风电并网的需求,在建立风电场出力多场景概率模型的基础上,提出了两步的风电场建设与输电网扩展协调规划综合模型。模型联合考虑了风电场接入和输电网建设情况,同时兼顾了对规划方案技术性、经济性、协调性及适应性这4个方面的要求,实现了规划方案的综合效益最优化。最后以考虑风电接入的测试算例验证了所提出模型的有效性。     

考虑风储联合系统影响的输电网规划及效益分析

化石能源的短缺,风力发电及储能设备的快速发展使未来电网中大规模储能设备的应用成为必然趋势.将风储联合系统看作一个整体,其出力方式的变化必然对输电网规划造成影响.建立考虑风储联合系统影响的输电网规划模型,利用蒙东地区的风电场数据,根据峰谷电价,以能量转化效益最大化为目标,得到风储联合系统最优运行方式.利用人工鱼群算法(ASFA),通过改进Garver 6节点系统验证考虑风储联合系统影响的输电规划模型,得到储能设备单价确定时,不同容量系数相对应的最优规划方案和储能设备单价不确定时,不同单价对应的最优容量系数及规划方案.算例验证了在一定价格范围内,加入储能设备能够有效提高输电网规划的经济性,具有可行性.     

考虑风电场影响的发输电系统可靠性评估

风能具有随机波动性,相应的风力发电机出力具有不确定性.对含有风电场的发输电系统可靠性展开研究,在考虑风速的时序性和自相关性、风力发电机输出功率特性以及强迫停运影响的基础上,把风力发电机可靠性模型与输电网可靠性模型相结合,在满足电力系统安全性约束条件下,建立以电网最大负荷供应能力为目标的发输电系统可靠性评估模型,用于评估风电场并网后对输电网可靠性的影响,以IEEE-RTS79测试系统为算例,对反映风电场影响的相关可靠性指标进行分析计算,研究结果可为风电场接入电网方案的合理制定提供科学决策依据.     

大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台研发

为满足大规模风电集中接入对输电网扩展规划提出的安全性与经济性需求,提出了建设含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台的总体方案。应用综合考虑风险及经济性的输电网优化规划理论,开发了以风电场群功率波动分析、输电容量优化为核心,集运行中风电场出力的历史数据采集与管理、待建风电场信息处理以及最优规划方案综合评价一体化的信息管理和输电网扩展规划系统。构建了基于历史出力数据的风电场群出力汇聚演变模型、提出了利用在役风电场群历史出力规律性预测规划目标年风电场群出力的实用方法、建立了面对输电网的综合评价指标体系,为进行详尽的数据挖掘分析、高精度的出力预测、准确的方案评估和全局化的输电网扩展规划管理,提供了有力的技术支持。     

电力市场环境下含大规模风电场的输电网规划

对传统的启发式的电网规划算法进行了改进,使其能适应电力市场化改革和大规模风电场给电网规划带来的挑战。利用蒙特卡洛模拟法分析了风电场出力的概率密度函数,根据市场交易体制研究了其他机组出力的概率密度函数,利用直流潮流模型分析了网络中各支路有功潮流的概率密度函数和过负荷概率。综合考虑建设成本和盈利预期提出了衡量线路重要性的效应指标,以此指标为依据得出电网规划方案。以Garver 6节点系统为仿真算例证明了该方法的可行性。仿真结果还表明:电力市场化改革和并网风电场出力的随机性会显著改变网架结构,并有可能增加网络投资。     

电网规划中考虑风电场影响的最小切负荷量研究

提出应用鲁棒线性优化理论来研究电网规划中含多个风电场的最小切负荷量计算问题,为含多个风电场的系统安全性研究提供了一条新的思路。根据Seng-Cheol Kang提出的鲁棒线性优化理论,建立电网规划中考虑风电场影响的最小切负荷量模型。该模型以出力上下限和出力期望值来描述风电场的出力,最终转化为一确定性的线性规划问题并进行求解。在计及或不计及发电机调整的情况下,该模型均能够给出最安全的切负荷方案,除此以外还能给出更多介于最可靠与最经济之间的切负荷方案,实现灵活决策;在计及发电机出力可调的情况下,该模型能够给出相应的发电机出力方案;该模型能够初步给出各种切负荷方案下电网规划方案的可靠程度。基于修正的Garver’s 6节点系统和修正的巴西南部46节点系统算例测试结果验证了该方法的有效性。     

基于生产模拟的新型输电网规划方案效率效益评价方法

常规基于典型日的输电网规划方案评价方法不仅缺乏综合的效率效益评价指标体系,而且对新能源随机性与波动性的考虑不足。针对新型输电网规划方案效率效益评价需求,从多个时间尺度提出了综合效率效益评价指标体系,建立了考虑了风电、光伏出力随机波动性的新型输电网时序生产模拟模型,实现对规划方案全年8 760 h的生产模拟,得到一系列基于生产模拟结果的评价指标值。在此基础上,提出了一种基于主客观赋权与模糊综合评价结合的输电网规划方案效率效益综合评价方法,避免了评价过程中的主观与客观方面的不足,为新型输电网规划方案多时间尺度的效率效益评价提供了有效的方法。基于西南某实际电网规划方案的效率效益评价算例,证明了所提方法的有效性。     

风电并网时考虑紧急需求侧响应及鲁棒优化的输电网规划

风电场输出的功率具有波动性和随机性,风电场并网后其出力的不确定性会导致电网供电量不足,影响电网的安全稳定运行,且由多场景方法得到的一系列规划方案并不都是综合最优方案。针对上述情况在输电网规划中引入紧急需求侧响应策略,并根据鲁棒优化思想引入权衡方案鲁棒性与可行性的惩罚模型以及评判方案风险性的平均变量模型来确定综合最优方案。算例分析证明,引入紧急需求侧响应法在风电出力少时虽需削减负荷,并额外支付用户部分补偿费用,但却可以有效减少电网投资费用及线路过负荷量,且所得综合最优方案对各个场景具有概率意义上的综合适应性。     

考虑电解水制氢消纳弃风电量的制氢容量规划

为充分利用风电场弃风电量,提高风电场效益,提出风电场配套规划建设一定容量电解水制氢以消纳弃风。首先根据同一地区往年风电出力数据,模拟新建风电场出力时序曲线,然后根据电网中机组最小出力计算风电场弃风电量,最后建立电解水制氢消纳弃风电量模型,以经济效益最大为目标,利用粒子群算法求解得到最优制氢容量配置方案。以修改后的IEEE14节点电力系统为例,利用2021年比利时风电场实际出力数据进行模拟,验证了算法的有效性。     

考虑相关性的大规模风光互补电网扩展规划

大规模新能源接入电网对电网规划提出了新的挑战,当前有关新能源并网的研究主要集中在考虑风电场接入电网以及处于不同地理位置风电场之间的相关性等方面,电网规划中考虑风光2种新能源之间相关性的研究尚不多见。随着张家口可再生能源示范区的规划建设,大规模可再生能源的可靠汇集和高效外送将成为研究的重点。在考虑风光出力相关性的基础上,提出了大规模风光互补的多目标电网扩展规划方法,综合考虑电网规划的经济性、弃风弃光带来的经济损失和对生态环境的影响,采用NSGA-Ⅱ算法求解规划模型,并用IEEE-6节点系统和巴西南部46节点系统验证规划模型。算例结果表明,考虑风电场和光伏电站之间出力的相关性能统筹兼顾电网规划的经济性和环境效益,能够对未来高比例可再生能源电力系统规划提供借鉴和参考。     

协调大规模风电汇聚外送的储能配置优化规划

可再生能源富集中心与负荷中心分布上的不均衡,以及风电出力的反调峰特性,导致网络潮流对可再生能源高渗透率地区的大规模风电汇聚外送的约束日益凸显。结合风电汇集区及外送通道的布局特征,计及配置储能前后外送电通道利用率提升的影响,以储能系统配置净收益最大化为目标,建立协调大规模风电汇聚外送的电网侧储能优化配置混合整数线性规划模型,优化决策电网侧储能的选址定容及运行策略。算例分析表明,协调风电汇集区和外送通道空间分布优化规划电网侧储能,可提升外送通道的利用率,促进可再生能源消纳。     

飞轮储能系统改善并网风电场稳定性的研究

采用飞轮储能单元作为并网风电场的能量缓冲装置以稳定并网风电场的功率输出。建立了基于等效电路的飞轮储能系统的数学模型,并设计了以风力发电机输出有功功率和无功功率作为控制信号时的控制策略。最后以随机风波动为例,对采用飞轮储能系统的并网风电场进行了仿真研究。结果表明,此方案能实现风电机组输出有功功率和无功功率的综合快速补偿,有效地改善并网风电场的电能质量和稳定性。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

考虑暂态稳定性的网储多目标双层优化

随着风电和负荷的不断发展,输电阻塞、弃风和运行安全等问题对电网规划提出了新的挑战。储能系统具有响应速度快、配置方便灵活、适用范围广等优点,在风电消纳、缓解输电阻塞、系统安全运行中发挥着重要作用。为提高电网输电能力和抗扰动能力,结合系统故障后的暂态运行特性,在规划和运行层面综合考虑电网输电能力、弃风水平和暂态稳定性,以系统建设运行指标和系统稳定指标为多目标建立双层网储联合规划模型。外层模型为考虑储能系统选址定容规划的多目标模型,内层模型为考虑机组组合问题的输电网扩容模型。为提高求解效率,将扩容线路潮流约束、储能系统充放电模型、机组发电成本曲线等进行线性化处理。采用NSGA-Ⅱ算法和GUROBI求解器求解所提模型,并利用改进Garver-6 节点系统进行算例分析,在不同场景下验证了所建模型的有效性和合理性。     

基于小波变换与机会约束规划的风电储能容量配置

风电并网存在的功率波动大的问题,会对电力系统的经济、安全和可靠运行带来负面影响,通过对储能系统的控制能够实现对风电场输出功率的平抑.基于风电场历史风电出力数据,采用小波分解得到平抑目标信号,建立了储能系统充放电模型并且制定了储能系统的控制策略.以储能系统的经济性最优为目标进行储能容量配置,为兼顾储能系统的经济性与平抑效...     

用于提高风电场运行效益的电池储能配置优化模型

为风电场配置电池储能系统(BESS)可以有效提高风电接纳能力,增加风电场运行效益。首先,提出一种考虑网架结构的BESS配置双层优化模型。外层模型计及系统安全约束,以风储联合系统相较风电场单独运行的效益增加量最大化为目标,确定BESS最优配置节点、功率、容量;内层模型以风储联合运行效益最大化为目标,以发电机组、风电场、BESS出力为决策变量,考虑功率平衡、旋转备用以及储能系统功率、容量等约束。其次,提出基于改进帝国竞争算法(ICA)的数值优化算法求解该模型。最后,在改进IEEE 118节点系统中验证了所提模型的有效性。结果分析表明:该模型得到的BESS最佳配置方案可有效增加风电场运行效益,随着其投资成本降低或并网电价提高,风储联合运行效益增加量与弃风改善情况均呈增大趋势,且合理设定BESS初始荷电状态可以进一步提高风储联合运行效益;改进ICA相较ICA在保证收敛性的前提下可以有效提高计算速度。     

电池储能系统用于改善并网风电场电能质量和稳定性的研究

建立了基于等效电路的电池储能系统和基于异步发电机风力发电系统的整体动态数学模型,设计了相应的控制策略,并以随机风和电网大扰动为例,采用电池储能系统对并网风电场的电能质量和稳定性问题进行仿真。结果表明采用该控制策略的电池储能系统可很好地改善并网风电场的电能质量和稳定性。     

含高比例风光接入的输电网氢-电混合储能系统配置方法

目前高比例风光接入的输电网存在弃风弃光率普遍较高的问题,配置储能设备作为一种具有潜在效用的手段在当前的研究中备受青睐。针对输电网储能配置问题,为达到综合成本减小和弃风弃光率降低的目的,提出了一种基于双层规划模型的输电网氢-电混合储能系统配置方法。首先,对氢-电混合储能系统的特性进行建模,在此基础上建立输电网氢-电混合储能系统功率与容量配置双层规划模型。上层模型以配置储能后年综合成本最小为目标;下层模型以弃风弃光率最小为目标。其后基于蓄电池和氢储能的不同特性,提出一种氢-电混合储能系统配合策略。最后,针对该模型非线性多目标的特点,采用双层迭代粒子群算法与潮流计算相结合进行模型求解。在算例仿真部分,以某含有高比例风光接入地区输电网为例,进行氢-电混合储能系统容量和选址的优化配置,验证了所建模型和所提求解算法的可行性和有效性。提高了风电光伏出力在时序上的转移能力,减少了高碳化石能源的消耗量,降低了弃风弃光率。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。