市场环境下区域电网调峰的直调机组网际出力优化配置研究

在中国特高压建设、西电东送的大背景下,低谷调峰已经成为诸多区域电网内多个省(市)电网运行的困难之一。为有效缓解区域电网内多个省级电网的调峰难题,引入竞争的电力市场环境,对网内优质的调峰资源进行优化调用。以区域电网为背景,构建分省低谷调峰交易市场,对市场框架进行设计。在此市场环境中提出了以电网负荷过程平稳性和区域直调机组收益最大化为优化目标的网际出力优化配置模型,探索了价格迭代分层优化方案。并针对多种耦合多电网调峰需求方案及统调比例设置方案进行了分析与研究。通过华东直调系统简化算例模拟,可见提出的网际出力优化模型均能够切实高效地解决市场环境下区域电网调峰问题。     

区外来电对高受电比例受端电网辅助服务的影响

近年来,特高压工程大量建成投运,使得受端电网受电比例大幅增长。为了保证大电网运行的可靠性和调峰性,辅助服务在高受电比例的受端电网显得尤为重要。针对受端电网的辅助服务,分析探讨区外来电特性对受端电网调峰、备用的影响。在优化后调峰需求、备用需求中,将区外来电等效成三段式出力,利用多特性机组组合模型,仿真区外来电对本地机组的影响。经过仿真可以得出,相同来电容量的区外来电,火电对受端电网调峰能力影响较大、备用较小,水电由于其丰水期满发出力对低谷期备用需求影响最大,风电由于其反调峰特性对调峰影响最大,其不确定性和低谷高出力对低谷备用影响很大。     

多端柔性直流输电解决含高比例可再生源电网消纳送出方案

风电、光伏等可再生能源大规模接入消纳是我国电网发展过程中亟待解决的问题。可再生能源出力的不确定性和波动性是影响高比例可再生能源区域电力送出和稳定运行的主要因素。尤其对于电网比较复杂的区域,可再生能源占比高会给电网规划和运行带来很大问题。为抑制高比例可再生能源波动性及出力不确定性对电网稳定性和送出能力的影响,可通过柔性输电技术灵活控制潮流和动态无功控制支撑电压稳定。以云南电网为背景,设计了楚雄大理地区的柔性多端直流联网方案,并给出了控制策略。仿真结果表明,柔性多端输电技术可增强地区电网的稳定性,并大大提高地区电网的送出能力。     

多电网调峰的水火核电力系统网间出力分配方法

在大电网平台下,利用优质电源对多个电网进行资源优化配置是缓解中国电网调峰压力的一种重要途径。由于单一电站甚至机组通常担负向多个省网送电任务,且受制于差异极大的不同省(市)级电网负荷、受电量等因素,给电站同时响应多电网负荷调节需求造成很大困难。以华东电网为背景,提出3种以调峰为控制目标的电站网间出力分配方法。前两种方法基于对电网余荷的全时段统一评价和峰谷分段评价策略,建立了不同的二次规划模型;方法三引入负荷相对排序策略,以各电网面临时段负荷在其负荷序列中的高低作为启发信息,进行出力分配。通过华东电网直调电站群模拟调度表明,3种方法都能切实解决电力系统网间出力分配问题,给出满意的多电网调峰结果。     

基于虚拟煤质分析的火电机组最大出力在线评估研究

在碳达峰碳中和目标和构建新型电力系统需求的驱动下，我国可再生能源发电迅速发展，可再生能源大规模并网发电的波动性和随机性导致电力系统调峰能力日益紧张。火力发电机组作为电力系统中主力调峰电源，充分发挥其调峰能力对光伏、风力发电的消纳具有重要意义。通过山东省网源监督服务技术平台采集直调公用火电机组有功功率、给煤量等数据，采用数据挖掘等方法求取虚拟煤质数据库；利用虚拟煤质数据库获得单台机组的最大出力能力，进而获得全网火电机组的调峰能力；以山东省典型火电机组的仿真算例验证研究方法的可行性和有效性，研究结果可为电网调控部门分析并网火电机组调峰能力提供参考，支撑电网调度安全可靠运行。     

应对大功率缺失的分-省协调实时调度模型

针对大功率交直流联络线故障将导致受端电网大规模功率缺失,而省域电网内部分机组由省级电网调度,另一部分由区域分中心调度等问题,研究分-省两级电网调度中心实时发电计划协调调整策略。首先建立了省调机组/直调机组有功调整量分配模型和出力跟踪校验模型。针对省调机组/直调机组可能无法完全跟踪分配到的有功调整量的情况,进一步提出了省调机组/直调机组有功协调策略及出力校正模型,形成了一套适用于省域电网大功率缺失场景的省调机组/直调机组实时发电计划协调编制方法。仿真结果表明,与常规实时调度方法相比,该方法有助于快速恢复省域电网大功率缺失后的有功平衡。     

基于态势感知的电网消纳可再生能源发电评估与扩展规划方法

随着风电等出力具有不确定性的可再生能源大规模接入电网,电网规划将面对新的挑战。基于态势感知技术,提出了含高占比可再生能源的水平年电网规划方法。首先,在态势觉察阶段对考虑不确定性的可再生能源出力进行建模和时序出力模拟,并利用序贯蒙特卡洛模拟出机组、线路工作状态时序。其次,在态势理解阶段,利用考虑爬坡约束的多时段直流最优潮流对电网态势进行运行模拟。然后,通过态势呈现和预测阶段所提出的定量指标对规划水平年的电网态势进行展示,并分析电网的缺陷。最后,利用态势利导给出电网规划方案。算例仿真显示,该方法能够有效考虑可再生能源出力的不确定性,并定量给出现有电网运行态势的经济性、可再生能源消纳、线路利用率等指标;利用态势利导提出的电网规划方案能够有效降低电网总成本,提高电网的可再生能源消纳水平。     

可再生能源跨区消纳的受端电网阻塞机理分析

随着区外来电馈入和可再生能源并网,受端电网开始出现电源负荷分布不均导致的区域输电通道裕度不足问题,由于送端与受端电网电源与负荷特性的差异,调峰需求不同,区域间调峰互济将引起裕度不足的输电断面阻塞。文章针对华东某省受端电网出现的过江断面输电阻塞问题,分析了区外来电和本地可再生能源对系统调峰的影响,建立了南北调峰互济引起过江通道阻塞机理分析模型。算例模拟了系统总备用和平均备用方式下受端电网可能出现的2种阻塞情景,借助GOPT仿真软件对该省2025年规划态进行全年时序仿真进一步论证阻塞现象。通过全文的机理分析,最后提出可通过分区差异化分配备用、分区差异化配置调峰电源的方式来缓解区域输电阻塞问题。     

考虑机组组合和网络结构优化的电网规划方法

随着风电等可再生能源发电接入规模的不断增加,电网面临的不确定性因素显著增加,对电力系统规划造成深远影响。针对目前研究中尚缺乏含可再生能源电网规划同时考虑机组组合和网络结构化的问题,以运行成本、弃可再生能源成本和切负荷成本之和最小为优化目标,综合考虑新建线路约束、网络结构优化约束和机组组合约束,并采用不同场景描述可再生能源出力和负荷需求的不同水平,建立了嵌入机组组合和网络结构优化的可再生能源接入系统电网规划模型,系统分析了电网规划方案的经济性及对可再生能源的消纳能力,为电网规划工作提供重要的辅助决策依据。通过IEEE RTS-24算例分析验证了所提方法的有效性。     

大规模可再生能源并网条件下天然气机组调峰空间估算

风能等可再生能源在系统中的占比逐步增大,对电力系统调峰提出了新的挑战。系统调峰容量的不足将严重影响系统安全稳定运行,同时也在很大程度上限制了可再生能源的消纳。鉴于天然气机组良好的调峰优势,主张燃机适合作为电网主要的调峰电源之一。建立燃气机组调峰空间估算模型,考虑风电等可再生能源发电和负荷的随机性对电力系统调峰需求的影响,引入条件风险价值(conditional value-at-risk,CVaR)理论对电力系统调峰容量的不确定性进行较好的风险控制。最后计及其他各类电源调峰能力,实现系统调峰容量的合理配置。通过对中国某地区系统实际情况进行算例分析,表明该模型能有效求出一定置信水平和调峰裕度下的燃气机组调峰空间,为电源规划提供参考。     

含高渗透可再生能源的配电网灵活性供需协同规划

高渗透率可再生能源并网加剧了配电网运行的波动性和不确定性。为提高配电网灵活性和抗干扰能力,提出了含高渗透率可再生能源的配电网灵活性供需协同规划方法。根据系统运行灵活性供需关系,定义灵活性评价指标。进而提出配电网灵活性供需协同规划策略,建立考虑季节特性的配电网灵活性资源双层优化配置模型。上层以投资成本和灵活性不足率最小为目标,制定灵活性资源配置方案。下层考虑需求侧对季节性电价激励的响应程度进行有功-无功联合优化,实现对配电网日内多场景时序运行的最优调度。为求解该双层混合整数非线性规划模型,采用二阶锥松弛对潮流方程进行凸优化,进而利用KKT条件将双层模型转化为单层混合整数二阶锥规划模型进行求解。算例仿真结果表明,该方法有效提升了配电网运行灵活性和稳定性,为分布式可再生能源规模化并网等相关工程提供决策参考。     

促进新能源消纳的省间、省内两级电力现货市场运行机制

随着中国新能源装机容量的快速增长,消纳任务愈发艰巨.电力市场建设也需要结合电网发展特点,寻找高比例新能源背景下的市场模式.文中在分析西北区域现行两级调峰辅助服务市场运行机制存在问题的基础上,提出了未来区域电网省间、省内两级电力市场协调运行中的关键问题及解决措施,建立了以最大化消纳新能源为目标的市场间优化协调机制,设计的机制可以推动省间、省内多个市场之间的有序衔接,促进电能的优化配置和调峰资源的有效利用.通过某省级电力市场实际运行数据,对所提出的两级市场协调机制进行了模拟计算和对比分析,结果验证了设计机制的有效性.     

基于目标机会约束规划的储能容量优化配置模型

针对高比例可再生能源的不确定性给主动配电网的电力平衡与灵活性运行带来的影响,提出了一种基于目标机会约束规划的储能容量配置方法。首先分析了含高比例可再生能源的主动配电网中典型"鸭型净负荷曲线"场景下的电力需求与灵活性需求问题,由此引入目标机会约束规划方法,建立了考虑电力需求裕度、灵活性需求裕度的目标机会约束规划模型以配置储能资源。最后,通过算例验证所提模型的有效性,仿真结果表明,所提储能容量优化配置模型及其协同运行方案能有效解决高比例可再生能源接入下典型"鸭型净负荷曲线"场景中的电力需求以及灵活性需求不足问题。     

基于博弈论的区域小水电虚拟电交易研究

区域间能源资源分布不均衡和经济发展及电力消费水平的不均衡,导致小水电生产的大量优质低价电能需要通过大网外售;而地方电网公司和省级电网公司的利益冲突,导致电力外送困难,未达到资源的优化配置。在虚拟电概念基础上,通过博弈建模,分析省级电网公司、大用电工业企业和代表小水电的地方电网公司三方的利益关系;通过模型求解得出,当小水电销售价格低于国网电价一定程度,且电力可靠性相差不大时,通过虚拟电交易不仅能引入竞争解决低价电售电难的问题,而且能促进地方电网提高其电力可靠性及安全性,并提高电力资源利用效率和优化电力资源配置。算例结果表明:虚拟电交易是解决当前电力资源优化配置和合理利用的有效途径。     

基于需求响应的电网能源调度模型研究与设计

由于电力高峰负荷持续时间短,导致采用传统的增加调峰发电装机容量来满足电网高峰负荷需求的方法经济效益极低,同时由于大量间歇式新能源的接入,其自身随机性、间歇性的特点也给电力系统能源调度带来了新的挑战。基于此,针对用户激励响应行为进行建模分析,对供应侧和需求侧的资源进行协调和优化,建立了可以综合考虑供应侧和需求侧的作用激励的含风电新能源发电网双层电能优化调度模型,该模型集成了需求侧直接复合控制策略,有效地补充和丰富了需求响应理论在风电并网优化调度中的应用。最后基于该模型以某地区风力发电预测功率和夏季典型日负荷数据进行实验分析。结果表明构建的模型具有较强的经济性,实现了平缓负荷曲线,在保证用户满意度的情况下,可以有效降低电网运行成本。     

第三方独立主体参与华北电力调峰市场规则设计与实践

华北地区火电机组因供热调峰能力受限,且利于调峰的水电机组占比小,随着新能源装机不断增长,电网调峰问题日益突出。负荷侧资源中电动汽车、分布式储能、电采暖等设备具有充用电功率和时间可调节的特性,参与电网优化控制的空间大。结合华北电网结构特点和负荷特性,设计了第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务市场规则,提出了负荷侧资源参与省网调峰市场申报、出清、结算和分摊的原则与方法,对负荷侧资源参与省间调峰市场进行了有益思考。第三方独立主体参与京津唐电网调峰市场试点运行表明,负荷侧资源在市场机制引导下初步改变了"反调峰"特性,有效提高了电网调峰能力,促进了新能源消纳。     

A Determination Method for the Optimal Operation of Controllable Generators in Micro Grids That Copes with Unstable Outputs of Renewable Energy Generation

Micro grids are expected to be one of the most realistic energy systems for efficient use of renewable energy sources with few adverse effects on the main electric power grids. However, it is difficult to maintain the supply‐and‐demand balance because distributed renewable energy generation units (DREGs), such as photovoltaic generation systems and wind turbine generation systems, generate a significant portion of electrical energy in the micro grids. Therefore, an operation planning method is needed considering the uncertainty in weather prediction in order to ensure stable micro grid operations. This paper presents an optimization method for operation plans of controllable generators in micro grids that copes with the uncertainty of DREG outputs. In the proposed method, the optimal operation plans are determined by, depending on the problem conditions, either an enumeration method or Tabu Search with preprocessing. Numerical simulations were carried out for a micro grid model in order to verify the usefulness of the proposed method. In the simulations, the daily operation plan and the modified half‐hourly one were determined by the proposed method. As a result, we could obtain the optimal plans which had enough reserve margins for coping with the fluctuations caused by DREGs and demand.     

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。     

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。