计及需求响应下典型工业负荷排放特性的环境经济调度

水泥厂等工业用户一方面具有高排放属性,另一方面也具有相当可观的需求响应潜力,可作为电力系统应对风电等新能源发电不确定性的重要手段之一。为此,在含风电电力系统环境经济调度问题中充分考虑水泥厂大气污染物和碳排放特性及其需求响应能力,实现电力系统源荷协同的绿色低碳运行。首先,分析了电源侧火电机组和负荷侧水泥厂的大气污染物排放特性,并计及大气污染物的时空分布特性和污染源附近区域的环境容量裕度,提出了火电机组及水泥厂环保成本计算模型。同时,考虑了火电机组及水泥厂的碳排放特性,并采用阶梯型碳排放成本模型计算火电机组和水泥厂的碳排放成本。在此基础之上,提出了水泥厂负荷优化模型,以阶梯型分时电价的方式调动水泥厂参与需求响应,构建了源荷协同的含风电电力系统环境经济调度模型。最后,基于改进的IEEE 39节点系统进行了算例分析。结果表明,所提模型不仅可以实现电网侧和水泥厂成本均降低的双赢局面,还能够降低电力系统源荷整体的碳排放量。     

基于可靠性指标的含风电电力系统的发电和运行备用的协调调度模型

风电出力随机波动及难以准确预测和调控的特性使得大规模风电接入给系统的备用决策和发电调度带来难题.在定义期望失负荷比例(expected load not supplied ratio,ELNSR)的基础上,综合考虑机组强迫停运率、负荷及风电出力预测误差等不确定性因素,推导出系统运行备用与ELNSR之间的量化关系,并将该量化关系作为发电调度的约束,建立含大规模风电的电力系统发电和备用协调调度模型.算例结果表明所建模型能够兼顾经济性和可靠性,协调风电和火电的出力分配,并能给出对应可靠性要求的运行备用在火电机组间的优化分配方案.     

风蓄火联合运行电力系统动态经济优化调度

针对风电的波动性和反调峰特性,为减少火电系统调峰压力,考虑到抽水蓄能机组启停迅速、工况转化灵活等良好的运行特性,建立风电-抽水蓄能电站-火电站联合调度模型。以充分利用清洁能源、降低系统运行成本和火电机组平稳运行为目标建立多目标优化调度模型,充分发挥抽水蓄能机组在电力系统中的调节作用。以避免系统容量冗余、避免火电机组频繁启停和低负荷运行为原则,确定火电机组调度台数。利用引入maxmin函数和ε支配的改进多目标粒子群算法对模型进行求解。通过算例分析,研究抽水蓄能机组的运行效益及联合调度时抽水蓄能机组的调度运行规律和各类机组间的配合运行特点,计算结果表明模型能够为充分利用风电提供良好的调度运行策略,具有一定的实用性。     

基于风火优化的风电自动发电控制系统应用研究

已有风电自动发电控制系统无法主动参与电网频率及联络线潮流的调整,不满足电网实际运行的需要。结合内蒙古电网风电运行现状,提出基于风火优化的风电自动发电控制系统。分析了在A1、A2考核标准下火电AGC机组指令的产生过程。针对电网运行中负荷平段和爬坡段分别制定了风电辅助调整和智能开放两种风电自动控制策略,利用风电出力调节速率大的特性辅助火电AGC机组调整联络线潮流,以保证风电最大化接纳。该风电自动发电控制系统在内蒙古电网投运后,经济效益和社会效益良好,为电网提高风电接纳能力提供了有效的技术支持。     

考虑大规模风电调峰要求的系统机组检修计划

考虑风电运行特性进行发电机组检修安排对优化风电利用和保证系统运行安全意义重大。综合考虑了风电出力运行要求、负荷变化特性与机组调节特性以及机组检修特性,以系统检修成本和风电弃风量为优化目标,以系统发电可靠性和系统调峰充裕性等为约束条件,利用Benders分解法将原始模型分解为主问题(多目标整数规划)和子问题(弃风量计算、系统发电可靠性和调峰充裕性)进行分散协调,对含大规模风电的电力系统机组检修计划进行了研究。最后,利用IEEE-RTS测试系统验证了所述方法的可行性与有效性。     

考虑火电机组深度快速变负荷能力的频率控制

风电的大规模并网和常规燃煤机组的快速爬坡能力不足对系统的频率稳定产生了严重的威胁。考虑到中国当前以燃煤机组为主的电源结构,通过合理利用火电机组深度快速变负荷能力提高机组动态特性是解决这一问题的有效手段,但是目前其在电力系统中的应用主要集中在调度上。文中提出了一种将火电机组深度快速变负荷能力应用在含风电电力系统的频率控制中的方法,该方法基于含风电电力系统的频率分析模型,首先在预测层面根据风电功率超短期预测的结果以及机组深度快速变负荷的经济性和安全性条件判断,合理制定火电机组深度快速变负荷状态的开关计划,然后利用所制定的开关计划进行实时风电功率激励下的系统频率控制,所提策略与传统自动发电控制策略紧密结合,工程上易实现。将所提方法应用于IEEE 10机39节点系统,仿真结果表明,所提方法能够有效提高含风电电力系统的频率控制能力,适用于高风电渗透率的互联电网。     

风电-抽水蓄能联合系统综合效益评价方法

面对大规模风电并网运行时接入容量受限、弃风量大的情况,通常的做法是考虑利用储能系统来提高电网接纳风电能力,但如何评价其整体效益是必须解决好的问题。为此分析了抽水蓄能系统的投资成本、经济效益及其运行约束,揭示了风电-抽水蓄能联合系统综合效益和储能容量之间在地区电力系统最优化运行条件下的随动机理,建立了求取综合效益的数学模型,提出了综合效益的评价方法。该方法基于相互匹配的火电机组出力曲线、风功率曲线和电网负荷特性,结合火电机组装机情况,并利用系统频率与负荷或发电变化之间的关联关系,量化分析了抽水蓄能系统的容量、运行年限、成本、收益等因素的变化对综合效益和风电接纳容量的影响。实例分析表明文中所提评价方法是有效的。     

燃煤发电机组深度调峰运行的能耗特性分析

随着我国可再生能源发电装机容量的增长,越来越多的火电机组将承担深度调峰任务。因此,需要开展火电机组低负荷能耗特性的研究。文章以某350 MW机组为例,建立了机组变工况计算模型和分析模型,对机组超低负荷运行的能耗特性进行了预测。计算结果表明,随着机组负荷的下降,机组发电标准煤耗率逐渐增大,在机组负荷分别为50%、40%、30%、20%时,发电标准煤耗率较100%负荷分别增加了15.90、25.81、42.32、70.43 g·(k W·h)-1。分析结果表明,机组低负荷运行时,锅炉子系统、汽轮机子系统效率均显著下降。     

含风电的电力系统机组组合问题研究综述

以风电为代表的新能源规模化开发利用,改变了传统电力系统的结构特性,给系统的运行控制方式带来了新的挑战。机组组合是电力系统经济调度的重要环节,通过优化发电周期内各机组的启停计划来降低发电成本,同时满足系统负荷需求和其他约束条件。风电具有随机性、间歇性特点,大规模风电接入电网使传统的机组组合方式难以适应新能源电力系统的要求,研究含风电的机组组合对于应对风电引起的负荷波动、保证电力系统稳定、经济运行具有重要意义。为此,综述了国内外对含风电机组组合问题的研究现状,分析了风电接入电网对电力系统机组组合问题带来的影响,归纳了常用的建模方法和求解算法。并对该领域未来的研究方向进行了探讨,希望为其他学者在该领域的研究提供借鉴。     

计及可转移负荷的含风电场日前调度模型

风电的高渗透率给电力系统运行带来了一系列复杂的问题,需求响应(DemandResponse,DR)项目的实施成为应对这些问题的有效途径。为此,对可转移负荷的特性进行了研究,构建了可转移负荷的模型,并将其融入到含风电场的日前调度中,以提高调度的灵活性。在研究可转移负荷特性的基础上,综合考虑用户参与DR项目的水平对风电利用率和系统运行的影响,以火电机组运行成本、环境成本以及激励成本总和最小为目标函数,建立日前调度优化模型,并用商业软件CPLEX对模型进行求解。算例分析结果表明,激励用户转移负荷的DR能够降低系统运行成本,减少火电机组污染气体排放,改善负荷曲线,提高风电利用率。     

含风电机组的配网无功优化

研究了分布式电源中发展较为成熟的风力发电机组并网后配电网的无功优化问题,提出一种基于场景发生概率的无功优化综合指标,该指标由网损和静态电压稳定裕度两部分构成。基于该指标,提出一种新的无功优化模型。在该模型中,提出风电机组输出功率典型场景的选取策略,无功优化潮流计算中考虑了风电机组的特点,将其作为电压静特性节点处理。在求解方法上,采用基于自适应权重的遗传算法求解。算例表明,提出的模型和算法是可行的,对风电系统的运行具有一定的参考价值。     

与风电并网相关的研究课题

风力发电环境友好、技术成熟、可靠性高、成本低且规模效益显著，是发展最快的新型能源。很多与大型风电场并网运行有关的技术课题亟待解决，例如，大型风电场并网会改变系统原有的潮流及网损的分布，对电网的规划提出了新的要求；可能给配电网带来电能质量问题，如谐波污染、电压波动及闪变；对系统的功角、频率以及电压稳定性产生不利影响；风电具有很强的随机性，需要研究能够考虑风电特点的发电和运行计划方法；重新评估系统的发电可靠性，分析风电的客量可信度；研究新的无功调度及电压控制策略等。感应发电机因为结构简单、并网方便，一度成为风力发电机组的首选，很多研究也是基于这样一个事实。随着电力电子元件的性价比不断提高，采用同步电机、双馈电机等新型发电机组是大势所趋，风电场可以像常规机组一样，承担电压及无功控制的任务，出现了许多新的富有挑战性的研究课题。风力发电作为电力系统中一个崭新的领域，正吸引越来越多的研究机构和人员从事风电并网技术的研究和咨询工作。     

风电接入对海上油田平台电网稳定性的影响

孤立电网接入风电可以节约燃料,降低运行成本。受风电特性的影响,风电穿透功率使电网在节约燃料的同时,也对电网稳定性造成了很大的影响。文章建立了包括燃气轮机在内的电网模型和多极永磁同步风力发电机模型,评价了由燃气轮发电机供电的海上油田平台孤立电网接入风电时的电网稳定性,并通过仿真研究了该海上油田平台孤立电网接入风电的最大穿透功率。PSCAD/EMTDC的仿真结果和中国海洋石油总公司建造的海上风力发电站的成功并网均表明,文中的平台电网能保持电网频率和负荷电压在规定的范围内。     

考虑先进绝热压缩空气储能的风力发电系统成本/供电可靠性评估

风电的随机性会使得电力系统受到影响,先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术具有大容量、低成本、高效率的特性,可作为平衡风力发电随机性的储能系统。为此,首先,考虑风力发电的随机性与AA-CAES电站的运行特性,构建AA-CAES电站运行与风力发电系统发电功率模型,采用蒙特卡洛仿真法对风力发电机的运行情况进行仿真;然后,将用户作为市场元素,计算可中断供电负荷的赔偿费用,并以系统综合成本与断电赔偿费用之和的总费用最小为目标,采用动态规划法优化AA-CAES电站的压缩/膨胀功率,建立含AACAES的风力发电系统的成本/可靠性评估模型;最后,通过仿真验证所提规划方法并分析AA-CAES电站容量对系统经济性及供电可靠性产生的影响。结果表明,当系统容量规模增加时,存在一个最优容量配置使得系统的总费用最低。     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

风电引起的电压波动与闪变的仿真研究

风能存在随机性,大规模风电并网后会引起附近电网电压波动,风况、风电机组特性和电网状况会对风电引起的电压波动与闪变有影响。文章从风能和风力发电机组特性出发,建立了含风电机组的电网仿真模型,基于Matlab/Simulink搭建了仿真模型,研究了风电场所接入电网状况对风电引起的电压波动与闪变的影响。算例结果表明,系统短路容量和线路电抗与电阻比等对风电场的电压波动与闪变有较大的影响,通过选取合适的并网点和电压等级、合适的线路电抗与电阻比,能够有效抑制风电引起的电压波动与闪变。     

新疆电网风电调度计划研究及应用

新疆风能资源丰富,近年来风电发展迅速,风电不易调度的特点已对电网安全造成显著影响。为此,研究基于风电预测及风电接纳能力评估的风电调度计划制定模式,其中所建立的基于软件平台的风电调度计划系统计及地区风资源及电网特点,结合风电预测和火电机组开机计划,综合平衡电网的安全约束和常规机组调峰约束,并辅以功率控制手段,实现了风电调度计划制定的精确性和超前性。实际应用结果表明,该模式能够对日前发电计划安排和日内实时调度发挥前瞻性的指导作用。     

基于电气剖分信息的风电系统有功调度与控制

针对风速的随机性和间歇性对电力系统调度与控制带来的困难,提出一种风电系统有功调度的二层结构调控策略,即在在线调度周期内,借助系统内常规发电机组的配合对预调度周期内的发电计划进行再校正以及在自动控制时间级内通过与风电机组紧密关联的自动发电控制(automation generation control,AGC)机组的实时偏差调控对在线调度计划外的功率波动进行调整的策略。利用与风电机组、相关非风电机组及其供电负荷等有关的网络源流路径电气剖分信息,计算非风电机组参与发电计划再校正的功率调整因子及参与风电实时功率波动控制的关联AGC机组之间的负荷分配因子。算例表明,二层结构的调控策略可以有效跟踪风电与负荷功率的波动或预测偏差,从而提高整个系统的运行质量。     

风力发电运行价值分析

不对风电并网产生的影响作深入的分析,就不能确定风力发电的实际效益。风力发电价值的计算需要综合考虑发电收益、发电成本、辅助服务成本、环保效益等各方面因素。文章采用可靠性评估的方法,分析了风电并网引起的电力系统辅助服务成本的变化,在此基础上,给出了风电运行价值的详细表达式,并讨论了风电穿透功率、风能预测误差、备用容量价格、风电场容量系数等因素对风电运行价值的影响。     

考虑风电接入的有功运行备用协调优化

分析了大量风电接入对系统有功运行备用提出的问题,首先分析了风电接入后系统的运行备用需求性质,进而提出一种基于风险的风电备用需求决策方法,并提出一种充分利用发电机组控制性能的备用协调优化分配算法.IEEE 39节点系统的仿真结果表明,所提出的方法有效解决了风电备用需求的确定和分配问题,对接入大量风电的系统的有功调度运行具有实用价值.