考虑电压支撑强度约束的区域新能源出力分布优化方法

建设大规模新能源基地,并经特高压直流送出已成为新能源开发利用的重要形式,但随着新能源接入占比的抬升,系统电压支撑强度不足并引发暂态过电压问题凸显,已严重制约直流送电能力及新能源接纳能力。新能源多场站短路比是衡量系统电压支撑强度的有效手段,通过揭示新能源出力对短路比的影响规律,明确了新能源出力分布优化的可行性,进而构建基于新能源多场站短路比约束的区域新能源出力分布优化问题的实施框架,提出基于模拟退火算法的出力优化方法。以国内某省级电网为例,仿真验证了算法对提升区域新能源消纳能力的效果。仿真表明,所提出的出力优化方法可以提升新能源消纳能力70%以上。     

Power system stability enhancement in the presence of renewable energy resources and HVDC lines based on predictive control strategy

The renewable energy resources are increasingly employed as new electric power sources. However, their stochastic and uncertain behavior negatively influences the power system stability. In this paper, a hybrid system composed of PMSG-based wind farm, marine-current farm, and PV has been used to supply the network’s load. These resources have been connected to a nine-bus power system through a line-commutated HVDC link. A new control method has been proposed to enhance the damping characteristics of power system. This method is based on Generalized Predictive Control (GPC) for design of inverter current regulator (ICR) of HVDC link. In this regard, the BAT search algorithm has been employed for obtaining the best solution for the GPC’s objective function. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed GPC-BAT method, the simulations using eigenvalue analysis and root-loci technique are presented. For further investigating the efficiency of conducted approach, a PID controller has been designed for controlling the ICR of HVDC link, and the results have been compared with those of GPC-BAT method. The comparisons have been made through a three-phase short circuit fault on the multi-machine power system in MATLAB software. The evaluations clearly show the effectiveness and superiority of the proposed approach.     

新能源并网功率智能控制系统的设计与应用

分析了当前新能源并网功率控制中仍存在的问题,介绍了新能源并网功率智能控制系统的功能设计与控制策略。提出新能源电站灵敏度在线计算方法。首先,根据新能源电站并网网络确定状态估计等效设备,再基于电网实时运行方式计算等效设备的灵敏度并转换为新能源电站灵敏度,据此确定参与断面控制的场站/机组及其功率调整量,解决了复杂断面结构下的风火协调控制问题。新能源参与调峰控制时,跟踪火电机组负备用并考虑机组调节速率,同时实时监视区域控制偏差,一旦出现异常则及时调整正在执行的指令,保障自动发电控制考核指标满足要求;综合新能源电站的发电能力、装机容量及电网接纳空间确定控制序列并动态更新,在最大化利用接纳空间的同时实现资源优先与兼顾公平的站间控制。结合山西电网实例,证明了系统在保障电网安全稳定运行、提升新能源消纳及促进新能源电站公平调度方面的有效性。     

Optimal design of hybrid power generation system and its integration in the distribution network

The inability of conventional energy sources to fully meet the rapidly increasing energy demands in today’s world has led to the growing importance of hybrid power generation systems that incorporate renewable energy sources. This work proposes an optimally designed multi-source standalone hybrid generation system comprising of photovoltaic panels, wind turbine generators, batteries and diesel generator. This design aims at minimizing emissions and cost, expressed in the form of the Net Present Value (NPV) of the system, while simultaneously maximizing its Energy Index of Reliability (EIR). The designed hybrid power generation system is further integrated into the distribution system as a Distributed Generation (DG); this is to optimally improve the performance of the distribution system by minimizing the total losses and the total voltage deviation of the distribution system. The combined cost and emissions incurred due to the energy purchased from the grid and the energy generated by DG are also reduced. For this purpose an improvised Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) algorithm is developed taking care of contradicting objectives. The proposed optimization algorithms are implemented using MATLAB for a standard IEEE 69-bus distribution system, using an hour-wise annual data of Spain. The location and size of DGs and the type and number of each generating source of the hybrid system are considered as decision variables. The effectiveness of the proposed optimal design using the improvised MOPSO algorithm is established in comparison with Improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithm (i-HOGA) results.     

双输入Buck变换器的单周期控制

在可再生能源联合发电系统中,采用单个多输入直流变换器(MIC)代替原有的多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本。MIC通常需要进行能量管理以实现可再生能源的优先利用,因此采用MIC构成的可再生能源联合发电系统是一个典型的多输入-多输出的耦合系统,其闭环设计复杂。因此本文针对双输入Buck变换器,提出单周期控制方式来消除环路之间的耦合。同时本文还提出了模式切换电路以实现各个模式之间的平滑切换,并推导了双输入Buck变换器在不同工作模式下的单周期控制小信号模型。由该小信号模型可知,采用单周期控制无需电流调节器,而且电压调节器在不同工作模式下的设计条件相同,因此调节器的设计大大简化。最后本文设计制作了一台800W的实验样机,实验结果验证了所提出单周期控制方法的有效性。     

Transmission network expansion planning considering renewable energy target with Taguchi's orthogonal array testing

Nowadays, renewable energy resources are becoming more and more popular. The intermittent nature of renewable energy sources will affect transmission network expansion planning (TNEP). Consequently, this paper presents a new problem formulation and solution procedure for TNEP which can cope with the intermittent characteristics. Taguchi's orthogonal array testing (TOAT) is used to select the scenarios that represent the loads and renewable energy resource uncertainties. In this paper, a new index called the ‘renewable energy leak’ (REL) is proposed to evaluate the ‘unutilized or leaked’ renewable energy in the TNEP. For minimizing the investment cost of transmission network expansion, annual generator operation cost, and annual transmission line loss cost, the meta‐heuristic adaptive Tabu search (ATS) algorithm is used, while the system operating limits including the REL index are taken into account as the optimization constraints. The proposed procedure is tested in a modified IEEE Reliability Test System 79. The results show that the proposed method is efficient and promising. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

跨区直流外送模式对新能源消纳的影响分析及应用

随着新能源并网容量的不断增加,新能源消纳矛盾日渐突出,跨区直流的应用有利于在更大范围内消纳新能源。目前,直流外送交易模式分为中长期外送交易和富余可再生能源跨区现货交易2种,为了研究这2种不同外送模式对新能源消纳的影响,在新能源消纳时序仿真模型基础上,建立了考虑中长期外送交易和可再生能源跨区现货交易2种交易模式的新能源消纳模型,利用该模型分析了不同交易模式对新能源弃电率、外送中的新能源成分、新能源发电量占总发电量比例、直流利用时长等指标的影响。基于西北某省的实际数据开展仿真计算,验证了所提模型的有效性,并应用模型和研究结论对该省的直流计划进行了优化安排,在保证直流利用时长的前提下有效降低了新能源弃电率。     

应用于智能微网的SVPWM固态变压器研究

固态变压器(SST)是美国北卡大学所兴建的新型智能微网示范工程FREEDM的核心设备。本文以FREEDM的先进理念为背景,对SST的工作原理、主要创新功能和拓扑结构进行了分析,建立一个基于我国电力系统参数的三相交-直-交型SST模型,探讨该模型输入AC-DC整流单元、中间DC-DC变换单元和输出DC-AC逆变单元各部分的实现方式和控制策略,并引入空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术,提高SST的性能。通过Matlab/Simulink仿真分析表明,该SST模型能够实现单位输入功率因数和电能双向流动,输出三相工频正弦交流电压,具有良好的抗干扰性能,对FREEDM中国化具有重要意义。     

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。     

储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析

储能可以缓解高比例可再生能源接入电网对电力系统规划、运行等带来的一系列影响。针对高比例可再生能源接入条件下大电网的频率控制问题,分别对储能在改善系统暂态频率稳定性以及改善系统一次和二次调频方面的价值,提出储能需求判据和容量配比分析方法。储能配置的大小与可再生能源接入比例、在线常规电源提供的转动惯量大小、系统暂态频率最低值等因素有关,针对高比例可再生能源引起的系统波动性问题,可以通过配置一定的储能跟踪系统净负荷1 min、10 min波动幅度,改善系统频率控制性能。     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

CPS互动架构下的聚合电热水器消纳风能策略

调控聚合温控负荷可高效地消纳可再生能源。针对聚合智能温控负荷群消纳可再生能源场景中的用户使用舒适度及能源消纳效率问题,在基于信息物理系统的可再生能源消纳互动架构下,提出典型温控负荷——电热水器的映射模型。在考虑用户行为信息感知的前提下,提出基于加热-剩余时间比(HRTR)的电热水器群分区方法,以及考虑分区差异性的可再生能源消纳控制策略。不同控制策略的仿真对比表明所提策略能更好地消纳可再生能源且能保证用户的高使用舒适度。     

基于区块链的绿证和碳交易市场联合激励机制

为了解决目前可再生能源交易中存在的交易制度不成熟,绿色证书制度在鼓励可再生能源并网、缓解财政补贴压力等方面的表现不佳,现行的碳市场对促进减排效果不明显等问题,提出基于区块链的绿证和碳交易市场联合激励机制,利用区块链具有的去中心化、公开透明等特性,与可再生能源交易市场结合,使可再生能源市场更加透明、方便、安全。为了激励对减排做出贡献的市场主体,对区块链中的共识算法进行了研究,提出了适用于联盟链的PoCT(proof of carbon token)共识算法,激励市场主体参与到可再生能源产品交易中,同时解决传统权益证明(proof of stake,PoS)共识机制中的N@S攻击问题以及奖励分配的公平性问题。仿真结果表明,PoCT可以有效地激励可再生能源交易,并且具有较高的效率。     

计及季节性氢储的新能源汽车供能站分布式规划模型

为了克服电力和交通系统的信息壁垒、改善新能源装置实际利用率低的困境,提出了一种计及季节性氢储的新能源汽车供能站分布式规划模型。首先,提出一种含冬-夏跨季节氢储的供能架构并对配电网、供能站、交通网的运行情况进行建模;接着,以经济性为目标建立电-交联合规划模型;然后,提出一种定制交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)实现供能系统和交通系统的分布式求解;最后,基于IEEE-33节点配电网和12节点典型交通网验证季节性氢储模型和分布式算法的有效性和先进性,并探讨了多种储能间的协同情况。     

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。     

数据驱动的区域电网新能源消纳受阻因素智能辨识方法

在构建新型电力系统背景下,我国新能源装机容量不断增长,新能源消纳问题愈加严峻。基于机器学习技术,提出一种区域电网新能源消纳受阻关键因素的智能辨识方法。首先基于实际量测数据与工程经验确定受阻因素的集合;然后基于神经网络挖掘受阻因素与新能源受阻量之间的函数关系,进而利用BP-MIV算法计算各个受阻因素对新能源受阻量的贡献度,以此确定导致新能源受阻的关键因素;最后,基于西北某省级电网实际运行数据进行案例分析,结果表明所提方法支持以数据驱动的方式定量分析影响新能源消纳的关键因素。     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

基于交直流混合微网构架的电能路由器

研究了一种基于交直流混合微网构架的电能路由器,分析了其工作模式,并设计了相应的控制策略。对集成了分布式电源和储能单元的电能路由器系统,在并网和孤岛两种工作模式下进行了仿真研究,验证了本方案的有效性和可靠性。此外,通过在逆变器和储能单元控制回路中引入功率前馈补偿验证了通信机制在电能路由系统中的重要性。研究结果表明,电能路由器可以有效整合各种分布式电源,是一种有前途的可再生能源利用方案。     

考虑分布式可再生能源的通证激励机制设计与分散式电力市场研究

可再生能源的大力发展对于优化我国的能源结构,促进能源的可持续发展有重大意义。为促进可再生能源的并网消纳,使可再生能源参与电力市场是一种有效途径。然而,可再生能源的发展依赖于有效的激励机制,现有可再生能源激励政策需要政府的管控,在市场化改革逐渐深入的情况下不能长久适用。针对上述问题,构建了适合可再生能源的分散式电力市场架构,提出了一种完全市场化的可再生能源激励机制,并分析了发电商的出力决策行为。仿真结果表明,所提市场架构和激励机制能有效促进可再生能源参与市场出清。     

多能源系统中长期协调运行模型与方法

中长期运行是电力能源系统运行的重要内容,能有效应对能源供应的季节性矛盾。针对电力、天然气等多种形式能源间耦合性不断增强的趋势,提出一种面向多能源系统的中长期运行模型和方法。考虑可再生能源的季节特性、天然气价格的波动情况,计及系统运行约束以周为时间单位构建多能源系统运行模型,对年度的发电机组检修计划、水电电量分配和天然气的购买及贮存计划进行统一优化。以修改的IEEERTS79系统为算例,分析验证所提模型与方法的正确性、有效性。算例结果表明,统筹安排多能源系统的中长期运行能发挥不同能源形式的互补效益,提升系统的运行经济性;引入储气装置能缓解冬季供气紧张现象,降低系统的运行成本。