面向灵活爬坡服务的高比例新能源电力系统可调节资源优化调度模型

随着高比例新能源接入电网,新能源出力和负荷的波动性及不确定性对系统的灵活爬坡能力提出更高的要求。提出了一种面向灵活爬坡服务的针对高比例新能源电力系统中常规发电机组、储能、柔性负荷等可调节资源的优化调度模型。首先,提出一种考虑日前预测净负荷不确定性的灵活爬坡需求估计方法,根据爬坡起始和结束时刻净负荷及其安全裕度,量化估计电力系统灵活爬坡需求。其次,基于生成的净负荷不确定性场景,提出了考虑系统灵活爬坡需求的基于两阶段混合整数线性规划的可调节资源优化调度模型,从日前-实时两个阶段实现可调节资源的优化调度。最后,基于IEEE-RTS-24节点系统,在4种典型方案场景下对比验证所提优化调度模型。结果表明所提模型能有效提升系统灵活性,降低系统运行成本。     

考虑需求不确定性的高比例新能源电力系统灵活性优化

灵活爬坡服务FRP(flexible ramping product)参与市场是高比例新能源电力系统应对灵活调节能力不足的关键。基于非参数核密度估计理论提出了FR需求量不确定性区间动态生成方法，并针对发电侧资源在FR需求量最恶劣场景下灵活调节能力不足的问题构建了一种火电机组、储能参与的两阶段优化模型。日前阶段以购电成本最小为目标，通过求解模型得出系统在各时段所拥有的灵活调节能力。实时阶段以考虑FRP服务后的系统总运营成本最小为目标，解决系统在最恶劣FR需求场景下灵活调节能力不足的问题，并求出经济性最优的优化方案。结果表明，所提模型有利于提高风电的消纳能力，并降低系统的运行成本。     

基于综合能源储能渗透率的碳排放调频辅助研究

“十四五”规划中强调未来我国的能源结构将发生变化,为降低碳排放量,风电、光伏等新能源装机容量将迎来大幅增长,系统的调频需求将进一步增加。调频辅助服务市场的定价及出清机制对电网调度和安全运行有着重大影响,合理的调频市场设计及定价机制有利于促进调频资源的优化配置,减少碳排放。考虑到储能资源具有良好的调频性能,文中主要探讨了联合出清模式下不同储能渗透率调频辅助服务机制。首先,提出了含储能渗透率因子的调频市场的价格机制。其次,以现有调频辅助服务市场为参考,提出了基于层次分析法(APH)的调频性能指标计算方法。最后,给出了主能量市场与调频辅助服务市场的联合出清模型,进行算例仿真,并与传统出清模型进行对比分析,验证了方法的有效性。     

面向多服务目标需求的集中式电池储能优化配置方法研究

面对新能源消纳、电网服务以及用户供电保障多类服务目标需求，合理规划电池储能系统已经成为促进其深度应用的关键。文中提出一种结合评分系统的双层规划结构，拟解决多目标优化下电池储能系统优化配置问题。首先，建立计及发电机、新能源及电网运行特性的储能电池多目标、多复杂约束混合整数优化模型；然后，基于规划—运行的双层模式，优化计算出各目标函数值，通过引入评分系统形成多目标指标综合得分，进而指引迭代优化，完成电池储能规划；最后，以加入高比例新能源的IEEE33节点系统仿真分析，并讨论不同位置和电池储能类型的影响，相关结果表明，所提优化架构有效地兼顾了新能源消纳、电网电压质量以及储能经济性等多目标要求。     

基于STIRPAT评估模型的东北地区碳排放与电力消费相互关系分析

随着“双碳”目标的提出，我国能源需求刚性增长与资源、环境约束的矛盾更加突出，减排强度与经济高质量发展压力巨大，构建以新能源为主体的新型电力系统需求迫切。通过对东北地区经济、能源消费、电力消费、碳排放等多个方面数据的整理分析，搭建基于STIRPAT的评估模型，研究论证东北地区二氧化碳排放量(以下简称碳排放量)与电力消费相互关系，得出东北地区能源消费电气化程度与地区碳排放量的系数为-0.283,结果表明东北地区能源消费电气化程度的提高，可降低地区碳排放压力。     

基于电动汽车参与调峰定价策略的区域电网两阶段优化调度

针对电动汽车(EV)和风电、光伏等新能源发电大规模入网造成的功率波动、调度成本过高以及运行稳定性差等问题,该文提出一种基于电动汽车参与调峰定价策略的区域电网两阶段优化调度方案。首先,根据EV负荷运行特性进行分类,分别建立刚性、可调度、灵活型和智能换电四种EV负荷模型;其次,考虑EV参与调峰的各项成本,基于模糊层次分析法(FAHP),给出EV调峰定价策略;然后基于该策略对区域电网进行两阶段优化调度。在第一阶段以负荷峰谷差最小为目标,并在此目标下对EV调峰定价进行决策,以降低电力系统调峰容量调整区域电网负荷分布;在第二阶段依托第一阶段得到的调峰定价曲线,以EV用户充电费用最小为目标安排EV负荷。最后利用算例仿真验证了EV参与调峰的有效性、合理性以及该定价策略的经济性。     

高比例风电系统的爬坡备用需求评估

在极端天气情况下,风电功率会在短时间尺度内发生大幅度的变化,出现风电功率高风险爬坡事件,严重威胁电力系统的安全稳定运行。开展爬坡备用的需求评估,有助于减小风电出力波动和预测误差对电网运行带来的不利影响。为保障高比例风电系统的备用充裕度,提出一种基于门控循环单元和非参数核密度估计法的组合区间爬坡备用需求预测方法。首先,将风电功率实际数据和日前预测数据构建成多变量时间序列,基于门控循环单元（gate recurrent unit,GRU）模型提高预测结果的准确度。进而,采用非参数核密度估计方法对风电功率预测误差进行置信区间估计,得出给定置信区间下的风电功率预测区间。最后,根据区间预测结果,预测爬坡事件并提取爬坡特征量,建立爬坡备用需求评估模型,评估得出爬坡备用容量需求。基于西北某省级电网的数据开展了算例测试,验证了所提方法的有效性。     

基于波动性分析的调频辅助服务需求计算与应用

调频辅助服务需求是电力系统调度运行中调频辅助服务调用的基础数据,更是调频辅助服务市场的交易标的,准确计算该需求是组织调频辅助服务市场交易的前提。提出了基于波动分布图的数据波动性分析方法和基于"二八原则"的数据波动性评价指标计算方法;根据调频辅助服务需求的物理概念,设计了基于波动性分析的调频辅助服务需求计算方法,实现了风电、光伏等新能源参与下电力市场调频辅助服务需求的规范化计算框架。以该计算方法在某省电网调频辅助服务管理系统中实际应用的效益为例,验证了该计算方法能够满足电网实际运行要求,为新能源参与消纳提供了良好条件,提升了调频辅助服务资源利用率。     

面向低碳目标的电力系统节能与经济运行评价系统

在复杂电源电网环境下对电力系统规划方案以及运行方式进行论证与优化,对于提高电力系统的节能经济性,降低系统的碳排放强度具有重要意义。提出了面向低碳目标的电力系统节能与经济运行分析评价技术并研发了软件系统。节能与经济运行评价系统以电力系统运行模拟技术为核心,基于时序负荷曲线,通过考虑多类型电源相协调的安全约束机组组合,实现对电网全年逐日的精细化运行模拟,在此基础上构建了系统运行成本、能耗、排放与电网效率等多维度评价指标,实现对电力系统节能与经济运行的多维度评估。设计了软件系统的构架、数据结构、功能子模块以及评价结果展示界面。根据南方电网的规划数据,对南方五省新能源并网前后系统经济性与节能性进行了实证分析。     

大规模新能源区域互联消纳能力分析及综合评价方法研究

随着新能源基地并网容量的急剧增加,基于长距离区域互联特高压直流电网输送电力的方式将极大地促进新能源在更大空间区域范围内的消纳。针对中国未来新能源大规模、大范围输送配置趋势,提出送受端新能源区域互联消纳能力分析模型,从满足送受端系统净负荷爬坡需求角度提出了送受端电网系统灵活性综合评价方法。以国内某两条跨区直流为对象,结合直流灵活调整运行方式,针对不同直流调整运行方式,进行了情景方案对比分析,并实证对比分析了直流通道采用跟随送端新能源出力特性送电曲线时具有较优的经济性和社会效益。实证结果表明,所提出的模型与方法可为大规模新能源区域互联电网综合评价与生产模拟提供一种有效的模式。     

分时电价下电动汽车参与虚拟电厂的经济优化调度方法

随着物联网以及智慧电网的迅速发展,供需平衡中需求侧资源的作用逐渐增大。然而,大量无序应用需求响应技术会对配电网的运行可靠性产生影响。针对此类问题,提出了电动汽车基线负荷预测与负荷削减、负荷转移两种激励型需求响应策略相结合的虚拟电厂经济优化调度方法。首先,根据历史数据采用三次指数平滑法完成风/光电站出力及电动汽车基线负荷的数据预测,观测电力用户的可调能力;然后,基于分时电价机制以虚拟电厂经济最优为目标,增加功率平衡、风/光新能源预测出力和储能系统运行成本等系统约束条件,建立虚拟电厂经济最优调度模型;最后,以河南郑州某地5个电动汽车充电站和风光电站等实际数据验证所提出方法的精准性和有效性。     

电热水器负荷参与一次调频下考虑机组最小调频容量约束的优化调度

大规模新能源发电机组并网替代了部分常规火电机组，致使当前确定的一次调频备用容量无法满足系统发生大扰动下的充分性要求。随着智能电网的发展，以电热水器为代表的需求侧响应资源是极佳的调频备用，利用补偿机制刺激其积极参与系统一次调频，并构造了计及系统惯性、调速器爬坡率、调频死区和电热水器负荷的一次调频动态响应模型，形成机组最小一次调频容量的约束条件。在考虑机组一次调频容量安全约束前提下，将一次调频辅助服务成本纳入系统运行成本中来，以运行成本最小构建目标函数并利用Matlab-Yalmip-Cplex进行优化求解。最后基于改进型的IEEE-30节点标准测试系统算例验证所提模型的有效性和安全性，也验证了电热水器负荷能在频率事故初期快速响应，有效降低频率偏差。     

考虑跨区直流调峰的日前发电计划优化方法及分析

阐述了中国跨区直流输电对促进西北地区新能源消纳的重要性,分析了目前跨区直流外送模式对新能源消纳的不利影响。综合考虑分析直流输电系统的运行特性和跨区电能交易需求,建立了跨区直流计划调整的混合整数线性约束模型,提出了考虑跨区直流互动调峰的新能源与常规能源协调优化的两阶段日前发电计划编制方法。首先,基于安全约束经济调度(SCED)模型分析了受端电网直流接纳能力。然后,基于安全约束机组组合(SCUC)模型,综合考虑直流计划调整约束、系统平衡、机组运行、新能源出力预测和电网安全等约束条件,以节能环保和新能源消纳最大为优化目标,编制送端电网的机组组合、出力计划和直流送出计划。最后,通过某省级电网及其跨区直流计划优化调整的算例验证了所提方法的有效性。     

考虑源荷碳责任分摊的新型电力系统多级灵活性资源规划

为满足新型电力系统的灵活性需求与低碳化目标,提出一种计及源荷双侧碳排放责任的多级灵活性资源规划方法。上层模型投资决策风电、光伏、灵活性资源的配置容量和煤电超低排放改造比例;下层优化运行模型基于典型日灵活性需求多级分解结果,调用资源灵活性供给能力,实现系统多级灵活性供需平衡,并基于碳排放流理论提出源荷碳责任因子,将碳排放责任分摊至包含新能源在内的源荷双侧。最后,对改进的IEEE RTS-24节点系统进行算例分析,结果表明所提规划模型可以引导传统燃煤型电网主动向新能源主导型电网转变,并实现系统多级灵活性供需平衡与源荷双侧碳责任的合理分摊。     

面向新能源消纳的调峰辅助服务市场双边交易机制与模型

高比例新能源接入对我国电网的调峰能力提出了更高要求,发展调峰辅助服务市场将成为促进新能源消纳利用的重要手段。梳理了我国现行调峰辅助服务的市场规则与交易流程,建立了基于火电机组单边报价的市场交易模型,该模型以火电调峰资源的调用成本最小化为目标,并考虑分时功率平衡、新能源弃电、火电爬坡等电网技术约束。为了充分发挥新能源机组的市场主体作用,设计了新能源与火电双边参与报价的市场机制及实施模式。并提出了以综合效益最大化为优化目标的双边交易模型,给出了不同市场主体效益评估方法。在实际算例中,分析单/双边交易机制下调峰市场交易结果、弃风弃光情况和不同主体收益,验证了模型的有效性。     

考虑不同电源运行特性的电网有偿调峰辅助服务需求计算方法

不同类型电源因运行特性不同,造成装机结构、开机方式下电网的调峰能力不同。电网有偿调峰辅助服务需求是调峰辅助服务市场交易的标的,准确计算不同时段的调峰需求对高效组织调峰辅助服务市场具有非常重要的作用。首先分析了不同类型电源在调峰能力上的差异,重点分析了水电、燃气等灵活启停的电源进行启停调峰的要求和限制;考虑不同电源运行特性要求,提出了考虑不同类型电源运行特性的电网有偿调峰辅助服务需求计算方法;最后基于IEEE-30节点系统构造算例验证了方法的有效性。     

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移.通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放.以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型.以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型.最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力.     

考虑多场景新能源预测的月度机组组合研究

为提高月度机组组合对不确定新能源的适应性,提出了一种考虑多场景新能源预测的月度机组组合方法,以提升电网新能源消纳能力。首先介绍了新能源多场景预测的基本概念,并提出了多场景新能源的表示模型。在此基础上,以预期运行成本及新能源损失电量最小化为目标,考虑电力电量平衡、网络安全、电厂合同电量等运行约束,构建了考虑多场景新能源预测的月度机组组合模型。该模型本质上为混合整数非线性规划问题,可以利用CPLES等规划程序包求解。以IEEE-30节点系统构造的算例表明,该方法能够充分考虑不确定新能源对电网运行的影响,提高月度机组组合方式对不确定性新能源消纳的鲁棒性。通过调整运行成本和新能源损失电量之间的比例系数,可以优化机组组合方式,协调系统运行经济性和节能性,提升电网运行整体效益。     

考虑灵活爬坡辅助服务和弃风惩罚的现货电能量市场出清模型

为解决风电不确定性引起的系统爬坡能力不足、高比例风电接入时系统总运营成本偏高等问题,提出了计及改进灵活爬坡辅助服务和弃风惩罚的现货电能量市场出清模型。首先,分析了单台机组在出力状态、投入/退出过程中需要满足的爬坡速率约束,以及系统因净负荷波动需要满足的爬坡能力约束,提出了改进的灵活爬坡辅助服务产品。然后,以发电计划和机组状态为决策变量,构建了计及灵活爬坡辅助服务和弃风惩罚的目标函数。最后,通过两个算例从风电预测误差、风电渗透率和弃风惩罚成本等不同角度进行深入分析,验证所提出清模型的有效性。算例结果表明,所提出清模型既提高了系统运行的灵活性和经济性,又提升了高比例风电的消纳能力。     

低碳经济下电动汽车集群与电力系统间的协调优化运行

随着电动汽车(EVs)大规模接入电网,其充放电行为的随机性将给电力调度带来新的问题。在研究电动汽车与电网间信息、能量交互机制的基础上,深入分析EV集群运行模式及其对电力系统发电调度的影响。基于低碳经济理念,以电力系统发电能耗成本、CO_2排放费用和V2G服务补贴费用最小化为目标函数,综合考虑EV行驶需求、碳排放配额、碳排放交易机制等相关约束,建立低碳经济环境下EV集群与电力系统间的协调优化运行模型。采用所建模型对10机系统进行仿真分析,优化结果验证了模型的合理性和有效性。