考虑低碳制氢的微电网优化配置

“双碳”目标下,为减少弃风弃光量和传统制氢方法的碳排放,同时提升微电网经济性,对考虑低碳制氢的微电网优化配置进行了研究。通过对制氢过程进行建模,提高经济分析的真实性,结合微电网结构建立考虑低碳制氢的微电网模型,综合考虑微电网配置运行成本、售电/售氢收益以及低碳制氢所带来的节碳收益,建立考虑低碳制氢的微电网优化配置模型,并从系统和设备2个角度提出了衡量配置结果的评价指标。通过分析电、氢设备调度逻辑,提出了一种电氢协调调度策略,采用基于动态时间规整距离的K-means聚类和改进的粒子群优化算法求解得到系统优化配置结果。最后,通过算例仿真验证了制氢装置建模和调度策略的有效性,并分析了售氢价格对优化配置的影响。     

基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略

由于电力电缆的电容效应,海上风电经电缆汇集系统极易出现谐波谐振放大的现象,造成电能质量的下降。分布式潮流控制器属于基于电压源换流器的装置,在进行潮流调节的同时也能进行谐波治理。文中首先构建了海上风电系统的频域相关模型,基于该模型分析了谐波谐振放大的原因;随后,采用了将分布式潮流控制器串入海上风电系统的谐波治理方式,推导并得到了含分布式潮流控制器的海上风电系统的谐波特性。基于该谐波特性,设计了一种控制策略。该策略通过控制分布式潮流控制器实时跟踪使并网点谐波电压幅值为零的谐波补偿电压,从而降低并网点的谐波电压含量。仿真结果表明,所提出的基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略能够有效地降低并网点的谐波电压,改善电能质量。     

考虑运行环境影响的海上双馈风电机组状态判别

运行环境对海上风电机组状态的影响不可忽视,而运行环境因素与风电机组状态变量间耦合关系复杂,文中提出一种基于贝叶斯决策理论和Copula函数的海上风电机组状态判别方法。首先,挖掘运行环境与风电机组状态变量间的相关性特征,分别在风电机组正常和故障两种情况下,利用多元Copula函数构建对应变量的联合密度函数;然后,依托贝叶斯决策理论进行风电机组状态判别;最后,以中国某海上风电场实际运行工况为例进行分析。结果表明：运行环境对风电机组状态判别影响较大,考虑运行环境影响可提高风电机组判别结果的准确率,为利用海上环境因素进行风电机组早期状态预测提供新的参考依据。     

考虑削峰填谷的电气化铁路混合储能系统容量优化配置

随着我国电气化铁路的快速发展,能耗问题日益突出,极大影响了铁路的运营效益。为提升铁路的经济效益,通过混合储能系统实现再生制动能量的回收利用,在此基础上,提出了一种考虑削峰填谷的电气化铁路混合储能系统能量管理策略,通过控制储能的充放电阈值实现对铁路负荷的削峰填谷。基于此能量管理策略建立电气化铁路混合储能系统全寿命周期的经济性优化模型,以储能充放电阈值与容量配置参数为优化变量,以全寿命周期的最大净收益为优化目标,对混合储能系统经济性进行优化。采用改进的粒子群优化算法求解具体算例。通过算例分析与方案对比,验证了所提方法的有效性。     

考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置

为改善水电站调节的灵活性和提升风电在中长期规划中的消纳比例,提出了一种考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置方法。采用风电品质分段思想,将风电出力分为确定部分和不确定部分,风电确定部分参与上层中长期电能市场交易,风、水、火发电商根据自身情况上报电量电价,以系统购电成本最小为目标建立中长期竞价出清模型,得到各发电商中标电量以及电价;风电不确定部分参与下层合约转让交易,分析电转气的能量转换和大规模储能特点对弃水、风电消纳的积极作用,考虑环境成本和发电商利益诉求,建立基于合约转让交易机制的水电站电转气优化配置模型。最后通过修改的IEEE 30节点算例分析进行验证,结果表明,所提模型能够有效提升风电中长期消纳能力,水电调节灵活性得到改善。     

风电制氢混合储能系统容量优化配置研究

风电制氢能同时有效解决弃风和制取绿氢问题,制氢混合储能系统容量配置会影响风-氢系统的经济运行。针对该问题构建了风-氢能源系统,在此基础上首先利用具有噪声的基于密度的聚类算法和有序聚类算法对采集的1.5 MW风机出力和电负荷数据进行分类,并将分类结果归算为6个典型日。然后以系统投资成本、运行成本和维护保养成本最小为目标函数,利用粒子群算法对系统各储能单元进行容量优化配置。最后分析当系统氢气不足时,不同购氢渠道对各储能设备容量配置结果影响及日均氢气负荷变化对容量配置结果的影响。     

海上风电柔性低频送出系统无功电压协调控制策略

柔性低频交流输电在海上风电送出具有广阔的应用前景,但国内外针对海上风电柔性低频送出系统无功电压特性分析与运行控制的研究较少。为此,首先建立了低频下海上风电经电缆送出系统的无功/电压数学模型;其次,建立了以降低海缆最大电流和系统损耗的目标函数和数学模型,提出了海上风电柔性低频送出系统无功协调控制策略;最后,建立了海上风电经柔性低频送出系统算例,开展了多运行工况下的动态仿真验证,结果表明：所提无功优化控制策略具备响应快速灵活的优点,且无需额外安装无功补偿装置。研究结果证明了所提优化控制策略的有效性。     

考虑灵活性的储能容量多阶段分布鲁棒规划

储能作为一种灵活性资源,具有促进新能源消纳和电力系统安全稳定运行的作用。然而受储能投资成本的制约,难以仅依靠大规模的储能满足系统的灵活性要求。为此,提出了一种考虑灵活性的电力系统储能容量规划模型,计及现有可调节的传统发电机组对灵活性的影响,并采用分布鲁棒机会约束描述新能源出力的不确定性;根据系统不同时间尺度的运行特性,综合考虑储能的投资成本、新能源出力的不确定性和系统运行的灵活性,建立了多时间尺度下的储能配置模型;采用多阶段迭代线性优化的方法提高求解效率。基于IEEE-RTS 24节点系统进行算例分析,结果验证了所提方法在求解储能配置容量方面具有较好的经济性和鲁棒性。     

大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型

随着风电装机容量及占比越来越大,大规模风电场电磁暂态仿真速度极慢的问题愈加凸显。针对现有建模方法复杂、无法反映风电场内部特性、灵活性不足等问题,提出一种大规模海上风电场电磁暂态受控源解耦加速模型。该方法通过受控源传递端口间电压和电流信息,实现风电机组内部元件之间以及不同风电机组之间端口的解耦,从而将系统解算过程中高阶矩阵分解为多个小矩阵以实现快速仿真。基于节点分析法和基尔霍夫定律证明了该方法的有效性。所提出的受控源解耦加速模型建模方法简单,通过仿真软件中现有模块拖拽即可搭建,可以准确仿真风电场的各种暂稳态工况,并且提速效果明显。同时,所提受控源解耦加速模型可与现有文献所提方法互补,扩展其灵活性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了不同机组数量的风电场模型,验证了受控源解耦加速模型的仿真精度及加速效果。结果表明,所提受控源解耦加速模型可实现1～2个数量级的加速效果,且相比详细模型具有较高的仿真精度。     

考虑电化学模型的配电网侧光储系统分布式优化调度

配电网侧广泛接入的光储系统具备成为电网调度中灵活性资源的潜力。为了提高光储系统调控的精细程度,分析建模了光储系统运行的动态特性,构建了考虑电化学模型的光储调度模型。针对保护节点用户隐私和调用分布式计算资源的需求,根据该光储调度模型给出了适用于计算的矩阵化形式,并构建了各节点处含光储系统的配电网调度优化的分布式子问题,实现了该调度优化问题的分布式求解。基于IEEE 33节点系统算例验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法给出的调度方案在可行性、储能运行高效性和老化衰退抑制能力等方面具有优势。     

面向清洁低碳转型的隧道智慧能源系统框架设计及储能容量优化配置

长距离、大规模隧道运行过程中的能量密度远高于其他交通基础设施,隧道高能耗特性带来了高污染、高碳排等问题。为推动隧道清洁低碳转型,综合考虑储能灵活调节特性及隧道工程地下空间开发优势,提出一种隧道智慧能源系统框架及储能容量优化配置方法。首先,考虑多元电源互补、主动负荷协调、双向电能互动,构建隧道智慧能源系统框架,对比分析了地上/地下储能在土地资源集约利用、应对环境制约和储能故障危害等方面的优势和不足。其次,考虑储能容量规划和长大隧道智慧能源系统调度运行耦合影响,提出储能容量配置双层协同优化方法。最后,通过算例分析了所提隧道智慧能源系统框架和储能容量优化配置方法的可行性和有效性,对比验证了地下储能构建方案在经济、低碳和社会效益等方面的显著优势。     

海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施

电缆单位长度电容为同电压等级架空线路的20倍以上,越来越多的海上风电经交流电缆并网使得送出系统自然谐振频率降低,增大了系统谐振风险。针对某海上风电场并网过程中出现的谐振过电压现象,分析了故障录波数据。基于送出系统阻抗模型进行机理分析,并通过电磁暂态仿真验证了送出系统存在2倍频附近自然谐振频率为风电场合空载变压器、合空载线路操作引发谐振过电压的根本原因。结合工程实际,提出改变送出系统运行方式、优化静止无功发生器控制保护系统和增加接入负荷量的联合抑制措施。最后,通过仿真及现场试验验证了所提措施的有效性。     

陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化设计方法

陆上风电全直流发电系统可有效解决大规模风电交流汇集、传输产生的谐波谐振等问题,而经济、可靠的风电直流汇集系统拓扑结构是其良好发展的基础。文中首先给出基于风机分组串并联的风电直流汇集系统拓扑结构;其次,对该拓扑结构中的不同风机分组方案进行可靠性及经济性评估;然后,综合考虑系统经济性与可靠性问题带来的缺电损失成本,以总成本最低为目标,提出风电直流汇集系统拓扑结构优化模型;最后,以中国西北某50 MW风电场为例,对所提风电直流汇集系统拓扑结构优化模型进行仿真验证。结果表明,所提风电直流汇集系统拓扑结构优化方案可以统筹考虑系统经济性和可靠性,获得最优风机分组方案,将优选后的拓扑结构与典型风电交流汇集系统结构对比,验证了所提拓扑结构优化方案的可行性及优势。     

基于单向电流型AAMC的海上风电直流送出方案

经济高效的海上风电输电系统是推进海上风电开发的关键因素。据此,提出一种海上换流站采用单向电流型桥臂交替导通多电平换流器(UC-AAMC)的海上风电直流送出方案。首先,对UC-AAMC的拓扑结构和运行原理进行说明。然后,提出了适用于海上换流站UC-AAMC的无源网络控制策略。与常规柔性直流输电方案相比,所提方案能够减少海上换流站的投资成本,提升工程经济性。与基于二极管不控整流单元的直流输电方案相比,所提方案无须改变风电机组控制策略,并且可以实现由陆上电网向海上风电场的功率反送。最后,通过PSCAD/EMTDC中的仿真验证了所提方案的有效性。     

面向用户侧分布式光伏资源集群开发的博弈策略

当前,用户侧分布式光伏呈现出分散建设与无序接入的低端量化扩张态势,难以满足电网低碳转型下分布式光伏发电规模化深度开发与可持续发展需求。文中探索分布式光伏集群一体化开发与运营模式,提出集群开发用户侧分布式光伏资源博弈策略。首先,构建以集群运营商为主体的分布式光伏集群开发与运营模式;其次,针对用户自建光伏或出租场地两种开发模式,提出用户光伏开发行为预测方法;然后,揭示集群运营商与用户在光伏开发资源分配上的博弈关系,构建分布式光伏资源主从博弈双层优化模型。最后,仿真结果验证了所提方法对于引导用户侧分布式光伏有序理性开发与合理高效配置的有效性。     

采用复合模块化结构的海上风电送出直流变换器

采用“直流汇集-直流传输”的全直流海上风电场具有设备体积小、系统损耗低、没有无功电压问题等优势,其核心设备高压送出DC/DC变换器亟须突破传统变换器功率低、电压受限等技术瓶颈。文中首先根据全直流风电组网技术需求,将模块化多电平变换器与输入串联输出串联型DC/DC变换器组合,提出一种复合模块化结构。其次,为实现DC/DC变换器的高变比功能,提出了基于双重移相的s/m调制策略,并针对该调制策略的特点改进了电容电压均衡算法,有效降低了器件的开关频率。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建模型,验证了所提变换器拓扑及策略的有效性。     

体系架构下考虑虚假信息注入的微电网群分布式优化调度

真实信息交互是进行微电网群协同优化调度的关键因素之一。从体系角度出发,形成微电网群进行协同优化运行追求的是整体与个体利益最大化。因此,损害微电网群运行效益的信息交互为虚假信息。虚假信息注入势必给微电网群的安全、经济、稳定运行带来影响。针对处理虚假信息注入给微电网群优化运行带来影响的问题,文中引入体系方法在构建计及虚假信息注入的微电网群体系架构的基础上,建立考虑虚假信息注入的微电网群完全分布式优化调度模型,并结合改进交替方向乘子法和一致性算法提出微电网群虚假信息检测、定位及惩罚机制,有效减少虚假信息注入对微电网群协同优化运行的影响。最后,通过算例分析验证所建模型和虚假信息处理机制的有效性。     

提升局部区域新能源外送能力的储能容量优化配置方法

局部区域内的新能源大规模集中开发会造成严重的弃电问题,配置一定规模的储能装置可显著减少弃电。文中基于时序生产模拟软件和概率统计分析方法研究了考虑新能源发电不确定性和弃电率约束的局部断面储能容量配置问题。首先,介绍了主流的时序生产模拟软件的算法框架;基于该软件在考虑新能源出力的不确定性下获取局部区域断面的弃电曲线。然后,考虑弃电率限制,利用恒功率法确定储能的初始配置规模,再对断面弃电时长进行累积概率统计分析以得到储能最佳时长;进而对储能进行优化配置,得到满足弃电率约束的储能最佳配置规模。最后,针对中国西北某省实际电网进行了算例分析,并对储能配置规模与新能源装机占比和新能源利用率开展敏感性分析,验证了所提方法在求解方面的便捷性。     

氢能驱动下钢铁园区能源系统优化配置

加快实施电能替代是实现“碳达峰·碳中和”目标的重要举措,但有相当一部分碳排放无法通过直接电能替代来消除,这其中就包括以钢铁为代表的工业领域的碳排放。新能源和氢能的大力发展,尤其是二者之间的耦合加深为减少工业领域碳排放提供了契机。文中重点分析了钢铁园区能源系统特点,通过引入新能源发电、电解水制氢以及氢能重卡等元素,优化了传统钢铁园区能源系统。基于耦合环节建模,构建了以钢铁园区收益净现值最大为目标函数、以各组分转换关系和连接特性为约束条件的规划模型。分析了电力市场、碳市场与去产能政策以及设备价格对系统规划配置的影响,通过刻画系统投资风险进一步解释了规划方案呈现的“偏好”特性。最后,从系统建设、系统调控和项目推广3个方面阐述了需要注意的关键问题。