面向风光综合消纳的电力系统广域储能容量优化配置研究

针对含大规模风光接入的电力系统中广域储能优化配置问题,提出采用K-means聚类方法,对风电出力、光伏出力与负荷间的时序数据进行典型日场景集抽取;以年弃风成本、弃光成本与储能等效年投资成本3者之和最小为优化目标,建立面向风光综合消纳的广域储能优化配置混合整数线性规划模型,并采用智能优化算法进行求解,实现储能投资最小化和风光消纳最大化的综合最优。以宁夏电网实际运行数据为例,验证了所提模型的合理性与有效性。     

基于随机动态规划的多能联供系统冷热电经济分配模型

建立了风力发电机组与燃气轮机联合驱动下含压缩空气储能装置的多能联供系统冷热电经济分配模型。该模型考虑风电输出功率和冷、热、电负荷的波动特性,利用概率密度函数对系统的随机变量进行拟合。以投资成本和运行成本作为目标函数,以冷、热、电负荷平衡及各设备出力特性作为约束条件,采用随机动态规划对系统能源进行合理的调度和分配以达到最优经济效益,并通过控制系统的制冷比和风电输出功率平抑系数,实时调整系统各设备的容量及运行状态。实例的计算结果表明,压缩空气储能能够有效地平抑风电输出功率的波动,减少弃风经济损失;相比于固定能量分配,采用动态规划对系统的能量进行分配具有更多的价值和优势。     

A nonlinear fractional programming approach for environmental–economic power dispatch

A nonlinear fractional programming approach is provided for addressing the environmental–economic power dispatch problems in the thermal power dispatch systems. The objective of this study is to simultaneously minimize the total fuel cost and total emissions of the power dispatch systems, which is realized by two simultaneous models with nonlinear constraints. The first model is to minimize the quotient of two competing and conflicting functions (i.e. [total emission function]/[total fuel cost function]), and the second one is to minimize the total fuel cost expressed by a quadratic objective function. In particular, the process of solving the first model uses Dinkelbach’s algorithm to convert the minimization problem with the nonlinear fractional objective function into a sequence of non-fractional minimization problems. The effectiveness of this approach is demonstrated through applying to the standard IEEE 30-bus test system. Comparison between the present approach and other existing approaches shows that the proposed approach can generate superior decision alternatives from the view point of realizing a more environmentally friendly and cost-effective scheme and/or considering the power transmission loss rate in the power dispatch systems.     

计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度

能量枢纽(Energy Hub, EH)是实现多种能源互补利用的载体,而园区级能量枢纽中存在着大量的不确定性因素,包含可再生能源出力波动、负荷预测偏差、机组故障、外界环境及用户用能规律等。构建了一个包含冷热电联产系统、蓄热设备、电动公交车换电站的商业园区能量枢纽模型,研究了在不确定性因素下园区能量枢纽经济运行问题。以最小综合运行成本为目标函数,提出了一种计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度模型,将燃气轮机热电备用出力、后备电力市场购电设置为能量枢纽机会约束。所建模型为典型的0-1混合整数线性规划问题,基于Matlab/Yalmip/Cplex解算器进行求解。算例分析了不同运行场景、置信水平对园区能量枢纽经济调度的影响,结果表明:所建立的模型能够协调多种能源的运行,可以为方案决策者在风险与经济之间提供参考。     

基于风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度

针对风电、光伏出力的随机性、间歇性和波动性而导致其在大规模接入电网时对电网发电计划制定和调度产生的影响,提出了含风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度模型。利用抽水蓄能的抽蓄特性,将风电和光伏出力进行时空平移,使风-光-蓄联合出力转变为稳定可调度电源,具备削峰填谷的功能,与火电机组共同参与系统优化调度。以风-光-蓄联合出力最大、广义负荷波动最小和火电机组运行成本最小作为目标函数,建立多目标优化调度模型,通过多目标处理策略,使目标函数简化为2个,以降低问题维数;在求解阶段,利用分层求解思想,将模型划分为两层,分别采用混合整数规划方法和机组组合优化方法进行求解。10机测试系统仿真结果表明:所建模型可以提高风能和太阳能的利用率,缓解火电机组的调峰压力,大幅降低风电反调峰特性对电网的影响,从而保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

基于负荷预测的园区供热系统运行优化技术

随着电能替代的不断深化,由"电采暖"引起的用电高峰时段电网负荷过高的问题逐步突显出来,能源系统用电负荷的预测显得尤为重要。同时,为了解决采用多阶段规划方法求解能源系统运行策略时耗时较多的问题,提出了基于负荷预测的园区供热系统运行优化技术。首先采用太阳辐射、室外温度与历史负荷作为输入参数的人工神经网络构建了热负荷预测模型;然后,通过将多阶段动态规划问题转化为线性规划问题,开发了供热系统运行优化方案快速求解方法;最后,使用该方法对北方某园区进行仿真验证,得到最优运行方案。结果显示,预测期内电采暖日运行费用可节约1.15万元,用电峰谷负荷差减小5 489 k W,所提出的优化方法可在短时间、较少的监测参数下得到可行的运行方案,适用于工程实际。     

抽水蓄能电站调节库容与经济效益关系的研究

本文应用数学规划和概率方法分别建立了抽水蓄能电站静态效益和动态效益计算数学模型，以电网年费用和停电损失费用最小为目标，采用等效替代法，研究了仙游抽水蓄能电站的静态效益和动态效益，及其与调节库容的关系，分析了水文年、火电机组最小出力及增荷速度、水电机组运行方式、抽水蓄能电站容量划分、燃气电站运行时间、负荷预测偏差等因素对仙游抽水蓄能电站调节库容和经济效益的影响。     

考虑消纳水平的新能源配套储能和输电通道容量协调优化配置

随着以风光为代表的可再生能源发电比例迅速提升,风电场、光伏电站出力的不确定性和波动性给电力实时平衡带来了极大的挑战,配置合理规模的储能可以保障经济性并提高新能源利用率。为此,针对容量已知的新能源电站,提出了一种配套储能和传输线路容量协调优化配置的机会约束规划模型,以储能和传输线路建设成本最小化为目标,以年新能源弃电率不超过规定的指标为机会约束。由于机会约束非凸且缺乏显式表达,基于条件风险价值将机会约束对应的可行域保守转换为线性约束,得到易于求解的线性规划问题,并量化分析了规划方案对新能源场景概率分布的鲁棒性。算例分析结果表明,所提规划模型可以有效地解决考虑新能源消纳能力的储能和传输线路容量配置问题,通过合理配置储能可以降低传输线路的容量从而节约总投资成本。     

含抽蓄电站与新能源发电的柔性直流系统日前优化调度方法

多端柔性高压直流输电技术可实现大规模可再生能源发电的多点汇集送出,通过接入和调控抽水蓄能(以下简称"抽蓄")电站可进一步平抑可再生能源出力波动、匹配负荷侧需求.针对含新能源发电和抽蓄电站的多端柔性直流系统,采用生成场景集方法建立了考虑新能源发电出力不确定性的日前随机优化调度模型.该模型详细考虑了定速与可变速抽蓄机组运行约束和抽蓄电站库容约束,同时包含了计及柔性直流电网有功损耗的潮流约束.通过对柔性直流电网潮流约束二阶锥松弛,将所建立模型转换为以期望运行费用最小为目标的混合整数二阶锥规划问题,可求解获得日前优化调度方案.以中国张北柔性直流示范工程为例进行仿真分析,验证了所提方法的有效性.     

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果,使用机会约束规划将风电并网输出功率波动量满足并网要求的概率作为柔性约束引入目标模型中,并根据当前时刻并网功率修正未来时刻平抑目标.最后采用遗传算法进行仿真实验完成最优储能容量配置,结果显示,所提出的储能容量配置方法在大幅度降低储能系统经济成本的同时,可以使风电并网功率波动满足并网要求的置信度处于较高的水平.     

动态规划算法在光伏储能协调运行系统中的应用

天气的多变性导致光伏出力具有一定的波动性和间歇性,为光伏系统配置合理的储能装置是一种常用的平抑波动、平衡负荷的方法.为此,提出一种光伏储能协调运行系统模型的动态规划算法,并以平衡负荷为目标,建立光伏储能协调运行系统的动态数学模型.该模型充分考虑蓄电池的充放电速度、充放电效率、单位控制时间长短以及剩余电量等蓄电池自身运行约束.以一组光伏发电和负荷需求数据为算例进行分析,证明该动态模型有效以及将动态规划算法应用于光伏储能协调运行系统的可行性及优越性.     

计及多元不确定性的氢电耦合微电网多阶段动态规划方法

针对传统单阶段规划设计方法存在的初始投资成本高、源荷匹配性弱、经济性不足的缺点,提出了一种氢电耦合微电网多阶段动态规划方法,可确定各设备的最优配置容量和投资时机,并基于混合优化架构增强模型对多元不确定性的适应能力。其中,设备在规划周期内投资成本的波动不确定性特征以随机概率场景描述,可再生分布式电源出力和负荷需求不确定性则以不确定场景集合处理。在此基础上,进一步考虑微电网规划周期内的负荷增长率、设备性能衰退等动态因素,提升规划方案对未来动态信息变化的适用性,并最终构建随机-鲁棒混合整数线性规划模型描述微电网的多阶段动态规划问题。仿真结果表明,与传统的单阶段规划模型相比,所提方法的总成本降低近5.0%,初始投资成本降低近13.9 %,投资回收期缩短近32.9 %,有利于提升微电网规划方案的经济性。     

生物质热电厂建设规划与优化

生物质热电厂的规划与优化,直接关系到热电厂的经济运行、生物质资源的高效利用和环境保护。在构建生物质热电厂选址评价指标体系的基础上,利用粗糙集信息熵和属性重要度方法获得完全信息驱动的指标权重,通过专家群决策将定量和定性信息相结合,得出选址的优先次序。建立生物质热电厂多目标混合整数优化模型,充分考虑建厂的经济性和平均综合效益,在满足现实热负荷需求的情况下,实现了建厂成本最少化和平均综合效益最大化,得出建厂规模和供热调度的优化方案。算例表明生物质热电厂规划优化模型具有一定的科学性和实用性。     

考虑光-荷不确定性和旋转备用约束的主动配电网经济优化调度策略

分布式光伏、储能装置等大量分布式电源接入主动配电网(active distribution networks,ADN)后,光伏出力、负荷和旋转备用容量的多重不确定性对主动配电网经济调度的可靠性提出新的挑战。考虑了光伏出力及负荷不确定性,对旋转备用容量进行概率约束,以调度过程中运行成本最小为目标函数提出了一种主动配电网经济优化调度模型。通过所提出的潮流约束线性化方法和离散步长变换方法,将机会约束规划(chance constrained programming,CCP)模型转化为易于求解的确定性混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)模型,并通过CPLEX求解器进行求解。基于IEEE-33节点配电网系统对所提方法进行验证。算例结果表明,所提策略的系统计算时间显著减少,优化效果更好,且可以通过适当设置旋转备用容量概率约束的置信水平实现主动配电网可靠性与经济性间平衡。     

Residential cool storage: peak load reduction alternatives

The authors investigate alternatives for achieving a peak load reduction in the residential airconditioning sector from a technical and economic point of view. Several thermal energy storage technologies are assessed, considering different types of houses and storage schemes. If the utility offered an incentive of $300-400/kW of deferred peak, residential thermal energy storage would have a short payback time for new installations. The payback time for retrofits is unacceptable. Two-stage evaporative coolers can reduce peak power by 60%, with an extra cost of about one-fifth that of new peaking facilities. They can totally replace conventional air conditioning in some climates without any loss of comfort. High efficiency air conditioners can also reduce peak power but their incremental cost over standard units is higher than that of new peaking facilities     

基于改进型动态规划算法的厂级负荷优化分配

在详细介绍了实行厂级负荷优化分配的重要性后,着重论述了用于火电厂厂级负荷优化分配的一般动态规划算法并指出其不足,提出了一种改进的动态规划算法,它根据经验所形成的策略来变换步长,再对不同步长下的所求解进行二次寻优,基本上克服了因步长选取不当而带来的非最优化问题.案例表明：改进型动态规划算法效果良好,具有不错的工程应用价值.     

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。     

满足电网调峰的化学储能最优容量敏感因素分析

近年来化学储能由于选址灵活、建设周期短、成本下降快的特点,逐渐在电网调峰中得到应用.然而化学储能用于电网调峰时的最优容量受哪些敏感因素影响以及如何影响,目前尚未得到充分研究.针对该内容,构建了用于调峰的化学储能最优容量配置模型,模型以系统总成本最小为目标,以目标规划年各类电源、负荷的规划或预测数据为边界,对各储能容量待...     

含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化

利用区域综合能源系统提高负荷侧运行灵活性是提升电力系统内高比例可再生能源消纳能力的重要技术手段,并且区域综合能源系统内的储能设备可以通过解耦热电联系来有效降低运行成本。用场景分析法对可再生电源出力随机性进行建模,以揭示可再生能源的随机波动性对含有冷热电联供的区域综合能源系统的运行优化所带来的影响。在考虑系统内设备特性后,建立了包含能源转换设备、能源储存设备在内的区域综合能源系统模型,并采用Yalmip工具箱和商业软件Cplex在MATLAB中进行了仿真分析,求得了系统内各个单元最佳出力、机组组合和不同调度模式下总运行成本。仿真算例表明,含有冷热电联供的区域综合能源系统可以通过储能设备有效解耦其热电运行约束,充分发挥区域综合能源系统依附能源互联网运行所带来的经济优势,提高能源利用效率。     

抽水蓄能-火电调峰优化对污染物处理成本影响分析

受经济下行影响,火电平均负荷率不断刷低,调峰能耗随之陡增。对抽水蓄能与火电机组联合调峰对污染物处理成本影响定性分析,建立了考虑污染物处理成本的抽水蓄能与火电机组联合调峰优化模型,依据混合整数规划原理,对仿真计算模型进行了求解。结果表明：一个日调峰周期内,抽水蓄能与火电机组两班制联合调峰运行可有效降低脱硝、脱硫、烟尘处理成本以及碳排放成本和发电总成本,与低负荷调峰方式相比,可有效解决因脱硝系统入口温度过低而退出运行的问题,故对其成本影响更加明显,证明了在充分考虑污染物处理成本的前提下,抽水蓄能与火电两班制联合调峰方式可有效解决当前火电机组调峰能耗较高的问题,验证了所建模型及方法的合理性和实用性以及区域系统调峰期污染物超低排放的可达性。