计及弃风消纳的储电-蓄热协同优化控制研究

针对新疆地区全年供暖期长、供暖期间弃风情况严重的问题，考虑采用蓄热式电锅炉将风能进行转换以促进弃风就地消纳能力。首先考虑风电的快速波动及随机性等不确定性，引入具有灵活调节、双向流动功能的电化学储能协同蓄热式电锅炉消纳弃风。然后建立蓄热-储电系统的供暖模型，根据所提出优化控制策略进行仿真调度。最后以新疆某风电场的真实数据为例，通过仿真分析对比不同供暖方案下弃风消纳率和供暖效益，验证所提方案的经济性及有效性。     

基于风电、储(热)供暖系统的电网优化调度研究

为了解决北方风电弃风严重的问题,提出通过蓄热式电锅炉进行供暖消纳风电的策略。首先考虑到风电具有不确定性,通过对预测误差区间离散化处理,建立误差较小的风电预测模型。然后将电网系统与供暖系统结合,实时监测供暖系统的出水、回水温度,通过电网调度发布指令,并以弃风率最小为目标函数进行优化调度。最后通过北方某地区的供暖数据,建立3种不同场景进行对比分析,验证调度模型能够提升风电消纳,同时缓解电网波动,起到"削峰填谷"的作用。     

冬季风电消纳的两种途径的节能分析

冬季北方地区风电等清洁能源消纳矛盾突出,热电联产机组运行容量占比高、受热负荷的约束调峰能力差是造成弃风、弃光的主要原因。在解决弃风、弃光等问题上,针对北方冬季风电消纳的两种途径,依据热力发电厂热经济性评价方法,对不同形式的机组、采取不同深度调峰的改造技术路线,进行了节能分析。提出了在发电侧纯凝机组应首先进行深度调峰、热电联产机组采取增设蓄热罐改造进行深度调峰,为风电等清洁能源让出发电空间;在用电侧对供热锅炉实施电锅炉改造,消纳剩余的风电,实现经济效益和社会效益的最大化。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

考虑风电消纳的电热联合系统多源协调优化运行

为解决中国"三北"地区风电消纳问题,从提升电力系统调节能力的角度出发,通过在供热侧配置储热、供电侧配置抽水蓄能,与常规机组共同参与电网优化调度,形成电热联合系统多源协调运行的调度模式。在研究电热负荷与风电出力分布特性的基础上,深入分析电热联合系统多源协调对风电消纳的影响机理,以风电消纳电量最大和系统运行成本最小为目标建立电热联合系统多源协调优化模型,并采用多目标和声搜索算法对模型进行求解。以6节点系统为例验证了模型的有效性,结果表明电热联合系统多源协调运行可有效降低系统运行成本,提高风电消纳水平。     

提升风电消纳的储热式电锅炉优化规划平台设计

首先分析风电弃风机理,制定储热式电锅炉优化控制策略,提出考虑经济性的储热式电锅炉优化配置方法;然后,根据所提优化配置方法,基于VS2013与SQL2012软件开发储热式电锅炉的优化规划平台;最后,算例基于中国"三北"地区某电网实际运行数据,验证规划平台工作的有效性上通过规划平台分析表明:当电锅炉配置13.4 MW,储热装置配置158.07 MWh时,可减少供热期风电场54.8%弃风电量。该规划平台使用方便,规划结果准确可靠。     

含电池储能系统的电热联合系统风电接纳能力评估

为促进风电消纳,减少“弃风”,将电池储能系统（BESS）接入电热联合系统。为考虑风功率的不确定性,基于风功率预测误差的概率特性建立风功率场景概率模型。然后,建立包含BESS的电热联合系统风电接纳能力评估模型。模型具有系统运行成本最低和“弃风”电量最小2个不同维度优化目标,且目标优化之间可能存在冲突。为求解该模型,基于改进主要目标法将其转换为多个单目标优化问题,并采用GAMS中DICOPT求解器给出风电接纳能力评估模型的帕累托解集。基于帕累托解集,从接纳电量和接纳成本两方面对BESS接入后的电热联合系统风电接纳能力进行深入分析。最后进行仿真分析,验证了该文所提模型及求解算法的有效性。     

Economic analysis of electrical heating with heat storage using grid integrated wind power

针对冬季供热期我国北方地区因电网风电接纳能力不足导致的严重弃风问题,研究了电力市场背景下采用蓄热式电采暖提高电网风电消纳规模的经济性评估问题,考虑弃风电量、弃风电价等因素影响,建立了弃风蓄热式电采暖系统的经济性评估模型,分析了影响蓄热式电采暖系统经济性的关键因素。结合某清洁供暖示范工程进行算例分析,分析了协定弃风电价对系统经济性的影响,对所提出的经济性评估模型的有效性进行验证,为蓄热式电采暖可行性分析奠定了理论基础。     

大规模风电接入输电网的源网联合规划

随着电网中风电比重的不断提高,电网有限的输电能力造成的输电阻塞和弃风现象严重制约了风电的消纳。为提高风电的消纳能力,同时考虑电源和电网规划运行,以系统建设运行成本与弃风水平最小化为目标建立源网联合规划双层模型：外层-源网规划模型主要关注长时间尺度的系统网架规划问题,以系统建设运行成本和弃风水平最小为多目标;内层-系统运行模型主要关注短时间尺度的系统运行问题,以系统运行成本最小为单目标。通过改进型非劣分类遗传算法（NSGA-II）和CPLEX联合求解,得到风电最优的接入选址和输电网最佳扩容方案。通过算例分析了不同规划场景下的优化方案,所提规划模型能够有效提高风电消纳水平,减少系统投资运行成本。     

基于分时充电电价的电动汽车消纳风电的机组调度优化模型

随着风电的大规模入网,其间隙性和随机性导致弃风现象严重,电动汽车的快速发展为风电消纳提供了新途径。文章以风电消纳最多、负荷方差最小和火电机组发电成本最低为目标函数,综合考虑电力系统的功率供需平衡、火电机组和风电出力等约束条件,建立了基于分时充电电价的电动汽车消纳风电的机组调度优化模型。根据电动汽车负荷对充电电价的响应,得出电动汽车的充电负荷,进而得到电力系统总负荷,以此为基础采用分步优化的方法对模型进行求解。首先以负荷方差最小和风电消纳最多为目标,通过多目标遗传算法NSGA-II对风电出力进行优化;然后以火电机组的发电成本最低为目标对火电机组的出力进行优化,达成风火机组的联动调度。算例结果表明,对电动汽车实行分时充电电价能够提升风电的消纳能力,平滑负荷曲线,降低火电机组的发电成本。     

基于负荷参与的源荷互动调峰多目标优化方法

大规模风电并网后,外送通道狭窄以及常规电源调峰能力不足导致弃风问题严重,为此,需要寻求提高风电消纳能力的新途径。分析了高载能负荷、电热锅炉和电动汽车负荷的可调节特性,基于各类负荷的可调节能力,建立以消纳风电最大和系统运行成本最小的源荷互动调峰多目标优化模型,并采用改进遗传算法进行求解。通过算例验证了调峰优化方法的可行性与有效性。     

基于模拟退火算法的热电机组耦合蓄热装置的运行策略

为应对我国“三北”地区的弃风现象,在热电机组中耦合蓄热装置可以实现热电厂热力生产与电力生产的解耦运行,扩大电力调峰空间,避免弃风现象的产生。以丹东地区某330 MW亚临界机组为研究对象,在热电机组中增设蓄热装置,阐释热电机组耦合蓄热装置后消纳弃风的机理,考虑风电功率、火电机组功率以及居民电热负荷的相关约束,以系统总能耗最小为目标,基于模拟退火优化算法制定蓄热装置的运行策略。结果表明：采取优化后的策略运行,在夜间风能充裕的时间段蓄热装置放热,可打破原热电机组“以热定电”的最小电出力限制,使风电的上网电量得到提高;采用模拟退火算法优化后的运行策略,相比原热电机组运行能耗单日节省了22.47 t煤。     

节能调度环境下风电、水电与抽水蓄能电站联合运行优化模型及应用

为吸纳弃风、增加风电并网量,基于节能发电调度办法,以发电产生的燃煤成本、机组启停成本及污染排放成本最小为目标,提出了风电、火电联合运行优化模型和风电、火电与抽水蓄能电站联合运行优化模型。算例分析表明,与选择火电作为风电备用服务相比,当选择抽水蓄能电站作为备用服务时,燃煤发电成本、启停成本及污染排放成本明显降低,弃风被完全消纳。选用抽水蓄能电站作为风电备用服务具有显著的环境效益。     

基于风电消纳评估的电力系统鲁棒低碳经济调度

在低碳经济背景下对供暖期电力系统风电消纳进行研究。首先对系统风电消纳能力进行评估,并应用于风电预测不确定区间处理;然后以系统的总发电煤耗成本最低以及碳排放量最少为目标,引入平均有效目标函数,建立计及储热装置、热电联产电厂、碳捕集装置以及蓄热电锅炉组成的电力系统鲁棒低碳经济调度模型。采用多目标细菌群体趋药性算法(MOBCC)对系统目标函数进行求解。结果分析表明,对风电的不确定区间进行处理,可减小不确定区间,能够使调度结果更加贴近实际,并且储热装置、蓄热电锅炉和碳捕集装置的加入对系统低碳性与经济性有积极作用。     

耦合电锅炉和储热的热电联合系统风电消纳分析

冬季供暖期“以热定电”的运行模式限制了电力系统的灵活性,导致风电消纳能力不高,因此需要加强对电网和热网的协调调度。文中建立了一个包含电锅炉和储热装置的热电联合系统优化调度模型,并以一个实际的案例为例,分析了四种场景下系统的风电消纳情况和运行成本。结果表明,电锅炉和储热装置在风电消纳机理上有明显不同,电锅炉更能够增强系统的风电消纳能力,而储热装置更容易降低系统的运行成本,电锅炉与储热装置的协调运行可使系统的风消纳能力和运行成本达到最优。     

考虑需求响应的源荷协调多目标优化方法

大规模风电并入电网时,常规电源调峰能力不足,导致风电消纳受阻,而电解铝和电动汽车负荷具有可调节能力,能够消纳一定风电。因此,该文提出一种考虑需求响应的源荷协调多目标优化方法。首先,基于电解铝负荷与电动汽车负荷的响应能力,建立以弃风电量和系统运行成本最小的源荷互动调峰多目标优化模型;其次,采用NSGA-2算法对模型进行求解,获得Pareto最优解集,并利用满意度评价方法选取最优折衷解,从而得到可调节负荷参与受阻风电的决策方法;最后,通过IEEE33节点对系统进行仿真,并与传统调度方案进行对比,验证了所提方法的优越性和可行性,为可调节负荷参与消纳受阻风电提供技术支持。     

考虑风电消纳能力单目标及多目标模糊机组组合模型及应用

从机组经济调度优化的角度入手,研究了风电消纳的合理应对方式。为使机组组合安排能在消纳更多风电的同时兼顾电力系统运行的安全、可靠性准则,并满足一定的经济性,分别以弃风电量、机组运行费用和机组运行风险度三方面为优化目标建立了机组组合的优化模型及这三者共同的多目标优化模型。利用粒子群算法及模糊多目标优化方法对模型进行求解,并将上述模型和算法应用于某10机算例的计算中。分析结果表明,该建模思路能为风电的有效接纳提供有益的指导。     

基于旁路系统提升热电机组风电消纳能力研究

针对中国三北地区冬季供热期弃风现象严重的问题,提出利用高低压旁路供热解耦传统热电机组的电热强耦合关系,并基于旁路系统供热的热电机组电热特性,建立风电消纳能力数学模型,根据电网调峰需求,给出热电机组的运行策略。结果表明:高低压旁路系统参与供热可大幅提升热电机组的风电消纳能力和供热能力。为了保证高低压旁路供热安全,要注意高低压旁路蒸汽流量的匹配关系。采用"传统抽汽+高低压旁路"切换方式供热,风电消纳能力最强。以某330 MW热电机组为例,采用高低压旁路供热可进一步提升供热能力90.56%;在满足额定供热量的前提下,采用"传统抽汽+高低压旁路"切换方式供热可进一步提升热电机组风电消纳能力324.46%。     

考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略

为减少电力行业发电过程中碳排放对环境的污染、提升风电消纳比例,文章提出了综合考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略。首先,在分析系统产生弃风原因的基础上,对引入电储能提升系统灵活性进而促进风电消纳的机理进行研究;其次,分析碳交易机制对电热联合系统的影响并建立碳交易成本模型;然后,构建以总成本最低为目标的优化调度模型,综合考虑火电、热电机组运行成本、风电运行维护成本及弃风惩罚费用、储能装置运行成本、碳交易成本及系统各单元约束;在保证系统安全可靠的基础上采用Yalmip/Gurobi对所建模型进行求解;最后,通过算例对比分析,验证了碳交易对电热联合系统能源结构的优化作用,以及在碳交易下,储能的参与对于进一步提升系统新能源利用率和经济环境效益的有效性。     

基于供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳研究

针对我国供热机组占比高的北方寒冷地区特别是东北地区的电网,在冬季供暖期间存在严重弃风的问题,提出了利用供热系统的蓄热特性,供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的方法,并建立了供热系统热惯性数学模型和含供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的数学模型。结合案例的详细计算说明了配合电网在用电高峰时段,采取供热机组对建筑物提前蓄热的办法,蓄热时间为6. 44 h,在电网低负荷时,供热机组降适当减少供热量进而减少电负荷,利用建筑物和热网的蓄热量满足供热要求,放热时间为8. 26 h,从而获得更加深度调峰容量空间协助电网度过低谷并消纳风电等可再生能源,具有可行性和可操作性。供热机组按最小抽汽量114. 3 t/h运行时,每台机组可为风电并网增加约162. 96 MW的容量。