考虑激励型需求侧响应的电-气互联系统两阶段随机优化调度

电力和天然气网的耦合和互联,为风电等新能源的消纳提供了新方式。文章在考虑电转气(power to gas,P2G)设备和激励型需求响应(incentive demand response,IDR)的备用服务后,构建了电-气互联系统(integrated pow er and gas system,IPGS)带补偿两阶段随机优化调度模型。模型的决策目标包含基于风电预测出力的日前确定性调度经济成本,以及考虑实时风电场景的功率平衡补偿成本。同时计及激励型需求响应不确定性后,建立了需求响应经济补偿分段线性化模型。以IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的系统进行仿真,分析系统运行成本和天然气网的备用容量裕度,验证了所提模型的有效性。此外,进一步分析了激励型需求响应的响应概率对电-气互联系统经济调度的影响。     

计及电转气运行成本的综合能源系统多目标日前优化调度

电转气技术为弃风消纳提供了新的途径,将是未来综合能源系统的重要支撑技术之一。在考虑电转气运行成本的基础上,分析其对综合能源系统风电接纳能力与运行经济性的影响,并针对其较高的运行成本与较好的弃风消纳效果间的矛盾问题,提出一种多目标日前优化调度模型。首先,建立电转气及其运行成本模型,并给出含电转气的能源集线器模型。继而,针对电转气运行成本较高时系统在运行经济性与风电接纳能力间存在的矛盾关系,通过多目标加权模糊规划方法进行协调。最后,以9节点能源集线器系统为例对所提模型进行仿真计算,通过结果分析证明了综合能源系统中计及电转气运行成本的必要性,以及兼顾考虑经济性与风电接纳能力的可行性。     

含电转气的电-气互联系统风机失效的风险调度模型

基于燃气机组和电转气(P2G)装置的含风力发电的电-气互联系统正快速发展,电网故障和机组自身故障造成的风电机组失效给互联系统的安全运行带来了较大的风险。目前,关于电-气互联系统的运行调度较少计及系统存在的风险,而燃气轮机和P2G装置的控制策略给系统风险带来的影响不可忽略,独立电力系统中的调度方法难以直接应用于电-气互联系统。为此,基于电-气互联系统的运行特性及风机失效风险,建立了考虑P2G的电-气互联系统的风机失效风险指标,并基于该指标建立了以风机失效风险最小、燃煤机组煤耗成本最少的多目标优化调度模型,以权衡系统运行过程中风险与煤耗成本之间的矛盾。算例结果表明,所提的多目标风险调度模型能够有效降低电-气互联系统的运行风险,提高风电的消纳能力。     

考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气（P2G）工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。     

考虑电转气响应特性与风电出力不确定性的电-气综合能源系统协调调度

未来可再生能源将在新型电力系统中占主导地位,风光消纳问题会日趋严峻,电转气技术可以应对风电波动,为解决这一问题提供了有效途径.现有研究在电-气综合能源系统调度过程中虽然考虑了电转气设备,但忽略了电转气设备的响应特性,这不仅夸大了风电消纳能力,而且难以保证调度结果的可行性.为解决上述问题,提出了在风电不确定条件下考虑电转气设备响应特性的电-气综合能源系统调度模型.首先,通过机会约束刻画风电出力不确定条件下系统安全运行要求;然后,考虑了电转气设备的响应特性及相应停启时间约束;最后,利用分段线性化和数值积分的方法将调度模型转换为混合整数线性规划模型.仿真结果表明考虑电转气响应特性对电-气综合能源系统的可靠、经济运行有重要意义.     

考虑混氢天然气的综合能源系统低碳经济调度

提出考虑混氢天然气的电-气综合能源系统低碳经济调度策略,协同调度P2G设备中电制H2和电制CH4 2种电-气转换过程,以混氢天燃气（hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG）的形式满足终端燃气需求,以改善系统的运行性能。经改进的IEEE 14节点电力网和比利时20节点天然气网耦合系统进行验证,结果表明,所提IEGS调度策略可在提高风电转换效率、实现碳减排的同时,保障用气需求,提升系统运行的经济性。     

含P2G的电—气互联网络风电消纳与逐次线性低碳经济调度

电转气(P2G)技术具有弃风消纳和碳捕获的能力,是电—气互联网络(IEGN)实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。基于P2G的技术特性,首先分析了P2G消纳弃风与低碳协同机理,并结合碳交易市场的背景,提出了P2G的碳交易市场激励机制,建立了IEGN综合碳成本模型。进而计及P2G碳原料成本、天然气网动态管存特性,搭建了IEGN日前低碳经济调度模型。模型目标函数以弃风罚系数作为协同参量,实现对低碳经济成本最小和最大风电消纳两目标的协同。针对模型强非线性的特性,提出了改进的逐次线性化方法对模型进行线性化求解。算例仿真表明,气网动态管存特性和碳交易激励对提升P2G运行空间、提高系统弃风消纳和低碳效益具有积极作用,而所提的改进逐次线性化法在保证计算精度的同时可提升求解效率。     

考虑电转气消纳风电的电–气综合能源系统双层优化调度

电转气(power-to-gas,P2G)技术使电力网络与天然气网络的单向耦合转变为双向耦合,其运行特性为风电消纳提供了有效途径。该文提出一种考虑电转气合理利用弃风并考虑天然气系统优化运行的电力–天然气综合能源系统双层优化调度模型。首先,介绍含电转气的天然气系统运行模型;其次,以基于价格的含电转气的天然气系统优化调度为上层模型,基于直流潮流的含风电和电转气的电力系统经济调度为下层模型,构建电–气综合能源系统双层调度模型;再次,根据下层模型的Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将双层模型转化为单层模型,并对非线性方程进行线性化,从而将非线性模型转化为混合整数线性规划(mix-integerlinear programming,MILP)问题,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过算例分析验证所提出模型的合理性与有效性,并证明电转气可以有效提高电网的风电消纳能力。     

基于场景分析的含P2G装置电气能源系统协同优化

目前,弃风现象严重抑制了风电的应用和发展,而电转气(power to gas,P2G)技术有望通过将电能转化为天然气,从而促进风电的消纳利用。此外,由于风电出力具有不确定性,会影响电气能源系统的优化调度结果,因此,文章提出了基于场景分析的含P2G装置电气能源系统的协同优化模型。首先,构建了含P2G装置的电气互联能源系统的基本结构,并简要分析了其工作原理;然后介绍了风电场景集的生成方法;其次,采用场景法处理风电出力不确定性,以电气能源系统网络和耦合元件为约束条件,建立了两阶段优化调度数学模型,并采用分段线性的方法将天然气潮流约束条件线性化,使得整个模型能在混合整数线性规划框架下进行快速求解;最后,在IEEE-39节点和修改后的6节点天然气系统中进行了算例分析,通过对比分析不同场景下的运行结果,验证了模型的有效性及对于风电消纳的提升作用,并将文章所提模型与确定性模型进行对比分析,验证了模型的经济性和合理性。     

计及动态管存的电—气互联系统优化调度与高比例风电消纳

面向高比例风电接入下电—气互联系统(IEGS)的日前优化调度问题,首先提出了风电并网功率比例因子,将其作为控制变量引入风电的随机性模型中,使风电建模可反映风电不确定程度与并网功率的相关性。其次,基于天然气传输的动态管存模型及流量平衡方程,推导了动态管存特性在应对天然气负荷波动时所呈现的缓冲特性机理。进一步地,以IEGS外购能源费用最小为目标,计及动态管存特性,同时引入极限场景的优化方法,建立了含高比例风电的IEGS日前经济调度模型,并对模型进行线性化求解。最后,构建仿真系统,验证了动态管存特性对风电不确定性功率的缓解作用,可有效提升系统运行的灵活性。同时,得出电转气(P2G)设备的应用有利于提升风电消纳能力的结论,但该能力受到风电不确定程度的制约。     

考虑直流联络线功率调整的跨区风电消纳模型

为了应对风电在西北地区难以大规模消纳带来的挑战以及当前跨区域电力外送方式存在的问题,考虑直流联络线功率调整以促进跨区域风电消纳成为目前的研究热点。首先以受端电网的直流接入量为目标,优化得到了其直流功率安全接纳限值;然后结合该值以送端电网内火电成本、弃风成本以及直流联络线功率偏差惩罚成本之和为优化目标,同时考虑直流联络线功率的优化以及送端电网内的安全运行约束条件,建立了一个混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,M IQP)模型;最后以具有高压直流外送通道的西北某电网为例对模型进行了验证。仿真结果表明所提模型能够促进风电的跨区域消纳,提高互联系统的经济性。     

传输大规模陆上风电的传统高压直流输电系统控制策略

随着风力发电在世界各国的蓬勃发展,风电传输,尤其是大规模的风电传输,已经成为风电领域的研究热点之一。提出了一种可用于大规模陆上风电传输的变功率控制的传统高压直流输电系统,并重点研究了该系统的无功消耗问题。针对不同无功消耗目标,基于对高压直流输电系统稳态运行特性的分析,提出了该系统的两种控制策略：定触发角控制和变触发角控制。以一个典型系统为例,研究了使用这两种控制策略的高压直流系统的运行参数和损耗,对这两种控制策略进行了比较,指出了各自的优缺点。     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

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。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。     

大规模海上风电多电压等级混合级联直流送出系统

海上风电场拥有更加丰富与稳定的风能资源,同时具备适宜大规模开发的优点,发展潜力巨大,是未来风电的主要发展趋势.文中总结分析了现有工程和理论研究中涉及的大规模海上风电直流送出拓扑,包括仅采用模块化多电平换流器的柔性直流换流站系统和二极管整流单元-模块化多电平换流器混合直流换流站系统,归纳了各方案的运行特点.为解决现有方案运行灵活性低、可行性差的问题,提出了一种多电压等级混合级联直流送出系统,从技术性和经济性两方面对方案进行了对比分析.最后,设计了多电压等级混合级联直流送出系统协调控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真分析对并网方案进行了可行性验证.     

A control strategy for a multi-terminal HVDC network integrating wind farms to the AC grid

This paper describes a novel control strategy of voltage source converters (VSC) in large-scale wind farm applications, in order to achieve a constant DC voltage for connecting to the long transmission system based on multi-terminal high voltage direct current (HVDC) technology. The control strategy is based on a multi-loop current and voltage control for tracking the predetermined value of the DC link voltage in the rectifier side station to achieve proper performance in the irregular circumstances of wind farm operation. In addition, the control strategy is able to transmit the maximum input power to the consumption side in different situations in grid side converter. Grid connection of the HVDC system is analysed under two conditions: balanced AC grid, and connection of unbalanced nonlinear load into the AC grid. The control strategy guarantees injection of minimum harmonic current components from the grid to the loads. MATLAB simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed strategy for different types of variations in AC voltage amplitude and frequency of wind turbines output voltage.     

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.     

含大规模风电的高压直流送端系统多源协同调频策略

针对含大规模风电的高压直流送端系统异步联网情况下频率易越限问题,提出了一种基于预测模型的多源协同调频策略。分析风电渗透率及高压直流外送功率占比对频率调整的影响,对不同扰动下各种调频措施的协调配合进行探讨。在长时间尺度上考虑高压直流输电的区域控制偏差约束,优化设置风电机组和火电机组的旋转备用容量;在短时间尺度上考虑电力电子器件的快速可控性,动态调整风电机组及高压直流输电的协同调频参数,使系统频率运行在合理水平。将预测模型得到的频率偏差根据大小进行分区,对不同区域采用不同的调频策略,保证送端系统的旋转备用容量合理及频率动态响应指标合规。基于PSCAD/EMTDC平台搭建含风电高压直流送端系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性及准确性。     

综合FACTS和HVDC协调优化的大规模风电脱网控制方法

随着交直流混联电力系统的快速发展,目前灵活柔性交流输电系统(FACTS)和特高压直流输电系统在我国电力系统中已得到广泛应用,为近年来我国风电大规模脱网问题提供了新的控制技术和有效手段。分析了系统交直流故障后的风电脱网场景,表明抑制故障后系统电压大幅波动是减少风电大规模脱网的关键。在此基础上,阐述了事故前FACTS优化配置和事故后采取HVDC紧急功率支援协调抑制风电大规模脱网的必要性。并基于对风电场汇集母线电压波动的改善灵敏度,以保证系统安全性为前提,通过协调优化事故前FACTS动态无功补偿设备布点、容量配置和事故后直流紧急功率支援,提出一种风电脱网控制代价最小的FACTS和HVDC的协调优化方法,实现风电脱网的抑制和电网的经济运行。最后,以实际规划电网进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。