高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性评估

为建立一种新型的电力系统灵活性评估方法,实现高比例可再生能源电网的消纳及调峰灵活性的综合量化分析,在电力系统灵活性理论的基础上,将可再生能源的消纳情况纳入灵活性评估的范畴,提出以系统功率供需平衡为核心的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性理论和分析方法。结合不同的可再生能源出力曲线,分析可再生能源接入对系统调峰灵活性的影响机理;基于系统总体的功率过剩和灵活性资源实时的爬坡能力不足情况,从可再生能源消纳灵活性和系统调峰灵活性两个方面构建评估指标;基于某含高比例可再生能源区域电网的实际数据设置算例,对所评估系统的灵活性盈余以及灵活性不足情况进行定量计算,并以可再生能源和储能机组装机量为变量进行工况区分,分析不同影响因素下系统灵活性的变化。算例表明,随可再生能源机组容量的增大,系统的调峰和消纳灵活性均有所降低,但随着储能机组接入容量的增加,高比例可再生能源造成的功率波动与消纳问题得以有效解决,系统调峰及消纳灵活性均有所提高,验证了本研究所提出的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性综合评估体系的有效性。     

考虑可再生能源消纳的建筑综合能源系统日前经济调度模型

“双碳”战略目标下，随着以新能源为主体的新型电力系统与分布式智能电网建设的不断推进，具有随机性特点的可再生能源发电大规模并网消纳问题日益凸显。本文面向建筑综合能源系统提出一种日前经济调度模型，旨在利用其多元化负荷需求与灵活性调节的特点，在满足用能需求与电网交互的基础上最大程度实现可再生能源的就地消纳。首先，根据建筑能耗特性，通过配置地源热泵等具有高能效比的电制热设备来解耦热电联产“以热定电”的运行模式、并引入含有蓄电池和储热罐的混合储能装置来进一步增强系统调节能力。然后，考虑供需平衡、设备出力、储能运行、联络线交换功率等约束条件，以含有机组启停、弃风弃光损失等费用在内的总运行成本最小为目标函数，建立日前经济调度模型，并调用CPLEX求解该混合整数线性规划问题。最后，根据设置的不同场景，以系统运行成本、能源利用率和可再生能源消纳能力为评价指标进行算例仿真。仿真结果表明：相较于传统的热电分供模式，设置地源热泵和混合储能系统的综合能源系统可以降低约50%的运行成本，能够提高近50%的能源利用率，且可以完全消纳可再生能源，并随着能量转换装置能效比的提升能够进一步的降低运行成本，具有较好的可操作性与社会经济效益。     

大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展

新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程的平稳性要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先对可再生能源电解水制氢合成氨的工艺组成及过程进行介绍，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而提出该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨工艺流程优化和柔性调控技术、考虑“电-热-质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源-网-氢-氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统开发了合成氨高保真代理模型；研究了可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电制水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究了集群系统多时间尺度时域仿真方法，建立了电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑了模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建了集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网的全系统协同控制技术，研究了水光互补发电、电制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；综合采用了静态等值和参数聚合等方法降维和等值电制氢合成氨系统仿真模型，研究了源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究了电制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。     

城市燃气管网系统脆弱性分析与评估

脆弱性评价是一种指标全面、理论成熟、结果贴切的系统风险评估新方法。在对燃气管网系统脆弱性研究的基础上,建立适合城市的燃气管网系统脆弱性评价指标体系。运用层次分析法,计算评价指标的权重。根据模糊数学理论,建立城市燃气管网系统脆弱性评估数学模型,计算系统脆弱度和确定系统脆弱等级。将某城市一段实际燃气管网带入该模型进行脆弱性评估,实现对模型的实例应用和效果检验。     

可再生能源消纳责任权重制下风电多阶段消纳策略

风电等可再生能源的迅速发展使其成为了电网的重要组成部分，但其出力的不确定性为消纳带来了一定的困难。基于不同时间尺度下风电不确定性强弱，考虑不同电力市场间的联动，结合可再生能源消纳责任权重的实施背景，提出一种可再生能源消纳责任权重制下的风电多阶段消纳优化策略。中长期市场中，建立交割日前顺负荷电量出清模型，优先消纳风电稳定出力段；日前市场中，建立火电参与调峰的市场出清模型，最大化风电消纳；实时平衡市场中，建立单侧挂牌交易市场出清模型，完成过剩风电的实时消纳；绿证市场中，基于古诺模型模拟的绿证市场，最大化发电商收益。模型间通过风电出力的变化进行数据传递与交易控制。仿真结果表明，该多级消纳策略在促进风电消纳的同时降低了社会发电成本。     

区域电网黑启动的多断面动态可靠性评估

随着电网规模的不断增大,发生大面积停电的风险也在增加,黑启动方案对于应对大面积停电具有重要意义。为了成功实施黑启动方案,需要保证黑启动全过程中区域电网多断面的较高动态可靠性水平,避免出现局部时段的脆弱性而导致黑启动失败。但是目前缺乏对区域电网多断面的可靠性评估模型和基于可靠性的综合评价方法。在传统可靠性评估的基础上,考虑区域电网动态过程中多断面的状态耦合关系及对可靠性参数的映射,建立区域电网多断面的动态可靠性评估模型,并基于主成分分析法建立综合评价模型;最后以冀北唐山电网3个黑启动方案作为算例,分别对其黑启动过程中不同阶段的可靠性进行评估,分析指标结果,给出最佳黑启动方案。     

基于超图理论的线路脆弱性评估

基于节点和线路之间的联系,利用超图理论构建了一个适用于电网的超图模型。利用数据场理论对线路的脆弱性进行了评估。定义了线路的多属性综合指标作为衡量线路质量的指标,包括线路度乘积、电气介数和潮流转移熵;采用基于超图的最短路径求解线路的辐射半径;将熵作为判断影响因子不确定性的度量,把求解最优影响因子问题转化为求最小熵值问题,并采用简单试探性算法求解;将线路对整个网络的影响程度定义为线路影响率,并将其作为线路的脆弱性评估指标。最后,通过IEEE-39节点系统进行仿真计算。结果表明：线路影响率较高的线路在电网中为脆弱线路;若这些线路发生故障或者受到恶意攻击,会对整个电网产生较大影响。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。     

面向新能源消纳的电网规划方法初探

在能源紧缺的情况下,新能源的开发得到了各行各业的重视。对于电力企业来讲,主要需要建立适应大规模新能源发电并网的电网规划方法,以便较好的进行新能源的利用。而想要达成这一目的,首先则需要建立面向新能源消纳需求的电网规划方法,以便对电力系统的新能源消纳能力进行评估。因此,基于这种认识,本文对面向新能源消纳的电网规划方法进行了研究,以便获取可以满足新能源消纳需求的规划方案,继而促进电力企业的发展。     

计及电动汽车充电与可再生能源协同调度的负荷特性分析

电动汽车与可再生能源的协同调度是促进可再生能源消纳、平抑可再生能源并网带来的波动、减少电动汽车无序充电对电网影响的有效手段。本文以降低光伏发电入网后电网的净负荷波动为目标,建立电动汽车与光伏发电协同调度的数学模型。同时,针对现有的研究缺乏对电动汽车有序充电后的电网和电动汽车负荷特性进行定量分析的问题,提出特性评价指标,用于定量分析电动汽车响应调度后电网的负荷特性,并评估协同调度的效果和影响。最后,采用天津市某区域的数据进行仿真分析,结果表明,本文所提出的协同调度模型在不同光伏渗透率下均能有效地平抑可再生能源波动,减少负荷峰谷差。     

计及消纳责任权重的区域综合能源系统运行优化研究北大核心

在“2030碳达峰、2060碳中和”双碳目标的政策背景下,社会进一步推动可再生能源电力消纳责任权重的实行。作为可以有效支撑清洁低碳能源体系的区域综合系统,需要在考虑可再生能源电力消纳责任权重情况下保证系统经济低碳运行。结合绿色证书交易机制,提出了一种计及可再生能源电力消纳责任权重的区域综合能源系统运行优化模型。以系统总收益最大化为目标,综合考虑可再生能源消纳责任权重、绿色证书交易、碳排放等因素,构建了包含电、热、冷负荷的区域综合能源系统运行优化模型。通过设置不同场景进行算例分析,结果表明考虑了可再生能源电力消纳责任权重和绿证交易的区域综合能源系统优化模型可有效提高系统总收益且兼顾了环境效益,为系统的经济低碳运行提供了有效借鉴。     

考虑电网脆弱性的电网发电计划优化

国内外发生的一系列大停电事故充分暴露了大型互联电网的脆弱性。为综合评价当前电网的脆弱特性,评估电网抵御连锁故障的能力,提出一种能够考虑电网脆弱性的发电计划优化策略。首先,提出电网整体脆弱性综合评价指标,该指标包含电网平均脆弱性并兼顾了电网脆弱性分布均衡程度。然后,将该指标和经济性目标均达到最小作为发电计划优化目标,建立考虑电网脆弱性的电网发电计划的多目标优化模型。最后,提出一种将ε-约束算法和改进PSO算法相结合的多目标优化算法,对搭建的模型进行求解,可保证Pareto解集的均匀性和有效性。对某省级规模电网进行仿真分析,分析结果证明了所提方法的可行性和优越性     

基于两层优化的主动配电网储能优化配置

针对主动配电网储能系统优化配置问题,考虑运行控制策略对规划方案的影响,提出一种基于两层优化的配置方法。在短时间尺度的内层优化中,利用低通滤波算法提取上网功率高频分量,以高频分量变异系数和可再生能源浪费率最小为目标,基于标量化方法和粒子群算法优化主动配电网控制策略。在长时间尺度的外层优化中,构建多目标优化模型,最小化投资成本和可再生能源浪费率,采用NSGA-Ⅱ算法求取储能系统配置的Pareto最优解。由于运行控制和规划配置间存在相互影响,将不同时间尺度的内外层优化置于统一的框架内,以可再生能源浪费率、储能系统配置位置和容量为耦合变量交替迭代求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。算例分析表明:主动配电网中储能系统优化配置能够有效提高电网对可再生能源的消纳能力。     

基于两层优化的主动配电网储能优化配置

针对主动配电网储能系统优化配置问题,考虑运行控制策略对规划方案的影响,提出一种基于两层优化的配置方法。在短时间尺度的内层优化中,利用低通滤波算法提取上网功率高频分量,以高频分量变异系数和可再生能源浪费率最小为目标,基于标量化方法和粒子群算法优化主动配电网控制策略。在长时间尺度的外层优化中,构建多目标优化模型,最小化投资成本和可再生能源浪费率,采用NSGA-Ⅱ算法求取储能系统配置的Pareto最优解。由于运行控制和规划配置间存在相互影响,将不同时间尺度的内外层优化置于统一的框架内,以可再生能源浪费率、储能系统配置位置和容量为耦合变量交替迭代求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。算例分析表明:主动配电网中储能系统优化配置能够有效提高电网对可再生能源的消纳能力。     

高渗透率分布式电源接入对配电网电压稳定性的影响研究

针对分布式电源(DG)接入配电网容量的不断增大,传统配电网中节点电压越限、系统双向潮流、短路电流升高等问题不断凸显,为提升配电网对可再生能源的消纳能力,提出最优接入方案和最大程度利用并网逆变器剩余容量参与电压调控的方法。通过建立含DG多种接入方式的配电网压降计算模型,分析了单点和多点DG接入对配电网电压分布的影响;基于Matlab搭建了IEEE33节点系统模型,分别对DG的接入方式、接入位置、渗透率、功率因数四个方面对电压分布产生的影响进行了研究,并以三维可视化的方式呈现电压分布,更加直观对比不同方案的优劣。研究表明,DG多点均匀分布接入电网并充分利用并网逆变器剩余容量可有效改善配电网电压分布,为提高可再生能源消纳提供了参考依据。     

计及电转气技术的一种区域综合能源优化方法

随着可再生能源的大量开发,可再生能源的不稳定与电网建设的滞后等问题导致了严重的弃风弃光现象,造成了大量资源浪费,带来了较为严重的经济损失。能源互联网的提出可有效解决大规模可再生能源的消纳问题,提高新能源利用率。在此背景下,文章提出以日前24 h区域经济效益最优为目标的区域综合能源优化模型,该模型引入电转气技术,并考虑目标区域的风电与负荷特性,将在满足区域电负荷后的富余风电转化为易存储的天然气,再将天然气卖给区域用户,若在满足区域气负荷的情况下还有富余气量,则将富余天然气转卖给燃气公司通过燃气管道送给用户,进而实现日前24 h区域经济效益最优。最后,仿真实验验证了电转气技术的消纳风电潜力及其可以带来的可观经济效益。     

含电极式电锅炉的地区电网电源侧综合效益分析

为了研究提升地区电网风电消纳能力后的综合效益情况,兼顾现行的电力调峰辅助服务交易规则,建立基于熵权法的地区电网综合效益的综合评价指标。综合考虑风电功率的不确定性和有偿调峰辅助服务费用等因素,基于整体模型法建立地区电网综合效益的评估模型。采用算例试验对所提模型进行仿真验证,算例结果分析表明,电源侧配置电极式电锅炉方案相较于替代方案可以提高地区电网风电消纳能力,为系统提供充足的灵活性,能够有效提升地区电网电源侧综合效益。     

含电极式电锅炉的地区电网电源侧综合效益分析

为了研究提升地区电网风电消纳能力后的综合效益情况,兼顾现行的电力调峰辅助服务交易规则,建立基于熵权法的地区电网综合效益的综合评价指标。综合考虑风电功率的不确定性和有偿调峰辅助服务费用等因素,基于整体模型法建立地区电网综合效益的评估模型。采用算例试验对所提模型进行仿真验证,算例结果分析表明,电源侧配置电极式电锅炉方案相较于替代方案可以提高地区电网风电消纳能力,为系统提供充足的灵活性,能够有效提升地区电网电源侧综合效益。     

电网数据可信性度量模型研究

针对电力系统中不可信数据将导致电力系统状态估计结果的准确性降低,分析了电网中数据的可信性需求,研究了电力系统不良数据的辨识和数据可信分析理论,构建了层次化、动态化的电网数据可信分析模型。该模型引入时间因子、惩罚因子等权重参数,将电力数据的可信性分析问题归结为数据源、数据源之间及数据传播网络路径的组合问题,即通过计算数据源之间的可信度、数据源的可信度、数据的可信度,动态地构建了基于数据源依赖关系的可信虚拟网络,最后通过所构建的可信虚拟网络来评估出电力数据的可信度。仿真实验结果表明,该模型能较好地满足电网数据的可信性评估需求,为可信性评估方法进一步研究提供了解决思路。     

分布式蓄热电锅炉对弃风电量的消纳能力评估

合理利用用户侧蓄能环节可以提高电力系统的调峰能力,加强电力系统消纳间歇性可再生能源的能力.针对蓄热电锅炉在弃风电量消纳过程中的应用,围绕可消纳电量(总量),消纳功率(强度),消纳速度(速度)3个方面,涉及日前、日内小时级以及日内实时3个层面,建立了一套评估指标集.该评估指标集为蓄热电锅炉消纳指令的下发提供数据支撑,为运行控制人员实时掌握系统运行状态提供数据保障,是蓄热电锅炉消纳弃风电量的关键.通过介绍蓄热消纳系统的组成,对该评估体系的使用方法进行了说明,并使用案例仿真验证了该消纳能力评估指标集的有效性.     

含P2G和复合储能的高速公路服务区综合能源系统日前优化调度

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在充分消纳可再生能源的情况下,以系统运行总成本最小为目标函数,建立系统优化调度模型;针对同一负荷不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能最大程度使用风光发电,降低系统总运行成本;供给侧引入电气耦合与负荷侧引入复合储能的调度结果表明,所提模型能达到系统运行费用最优,同时可实现系统周期内运行费用的“削峰填谷”。