含先进绝热压缩空气储能电站的电力系统实时调度模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)具有规模大、成本低、无需燃料、效率高等优点,是压缩空气储能(CAES)技术领域的主流发展趋势之一。本文将AA-CAES电站作为重要的调度资源,与常规机组、风电共同参与电力系统实时调度。首先,基于AA-CAES电站的热力学特性,建立能够反映AA-CAES电站变工况条件下运行特性的储能电站运行约束模型。然后,考虑AACAES电站在自动发电控制(AGC)阶段的功率调节不确定性,建立AA-CAES电站AGC约束模型。在此基础上,提出含AA-CAES电站的电力系统实时调度模型,该模型考虑了系统AGC容量需求约束、AGC调节速率需求约束和AGC调节任务量需求约束。最后,基于修改版IEEE30节点系统进行算例仿真,仿真结果证明了调度模型的有效性。     

含光热集热模块的先进绝热压缩空气储能系统容量配置策略

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术不但具有环境友好、成本低、容量大等优点,还拥有热电联储/联供的独特优势,并且能够与外接热源耦合运行。充分考虑AA-CAES电站的热电联储/联供特性,将光热集热模块作为AA-CAES系统的外部扩展热源,提出了光热集热模块耦合AA-CAES系统的优化规划模型。该模型除了计及影响光热集热模块各项实际运行效率的约束外,还综合考虑了AA-CAES电站的规划约束、运行约束以及AA-CAES电站备用出力约束等,并采用大M法对模型中的非线性项进行等价转换,将优化规划模型转化为能被常规商用优化求解器高效求解的混合整数线性规划模型。基于某地区的典型日数据和改进的IEEE 30节点系统进行算例仿真,仿真结果验证了所提模型的有效性。     

考虑变寿命特性的先进绝热压缩空气储能电站容量规划模型

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统具有容量大、成本低、无需燃料等突出优点,具有广阔的发展应用前景。AA-CAES电站的寿命随使用方式不同而变化,而AA-CAES电站的寿命是影响其优化规划结果的重要因素,因此,研究AA-CAES电站变寿命特性具有重要意义。该文考虑AA-CAES电站的变寿命特性,建立面向电力系统运行与大规模风电消纳的AA-CAES电站双层优化规划模型。该模型在规划层面,考虑了运行工况、备用期望发生次数对AA-CAES电站寿命的影响,并研究了其对日均投资成本的影响;在调度层面,综合考虑了AA-CAES电站的备用特性,以及在起停、功率调整和工况转换等复杂运行状态下的运行限制,研究了含AA-CAES电站的电网调度策略。最后,基于某地区的典型日数据进行仿真,验证了模型的有效性。     

压缩空气储能系统动态特性及其调节系统

压缩空气储能技术(compressed air energy storage,CAES)因其环境污染小、储能规模大、投资成本低等优势受到广泛关注,并向着高参数、大储能容量方向发展。然而,由于我国研究起步晚,大型CAES技术至今尚未投入商业化运行,对CAES动态特性缺乏深入认识,严重阻碍了系统设计与调控技术的发展,限制了CAES的发展及普及。基于模块化建模思想及APROS平台,建立了先进压缩空气储能系统(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)的动态数学模型。分析该系统储能、释能阶段的动态特性;建立了并网调速系统控制模型,通过典型扰动下的响应分析,获得优化的控制策略。所建模型及研究结果为CAES动态特性的深入认识、系统设计和调控提供了有效的分析工具和数据参考,对推进AA-CAES的应用和普及具有实际意义。     

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。     

考虑先进绝热压缩空气储能电站备用特性的电力系统优化调度策略

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed airenergystorage,AA-CAES)技术被认为是目前最具发展潜力的大规模储能技术之一。该文详细分析AA-CAES电站在不同运行工况下的备用特性,建立考虑备用市场的含AA-CAES电站电力系统优化调度模型。该模型中除了计及能够反映AA-CAES电站实际热力学过程的储能电站运行约束外,还综合考虑AA-CAES电站的动态特性、出力限制、储气室气压限制和储热器储热量限制对AA-CAES电站备用容量调节范围的影响。针对AA-CAES电站备用容量调节范围不连续的特点,模型中引入常规机组备用容量购买下限约束,以实现系统备用容量连续可调。最后,基于IEEE30节点系统进行算例仿真,仿真结果验证了模型的有效性。     

含压缩空气储能电力系统日前–日内协调调度策略

压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)技术是实现风电规模化接入的关键技术之一,具有广阔的发展应用前景。该文将CAES电站作为消纳风电的重要手段,并与发电机组、需求响应资源共同参与电力系统优化调度。基于风电、负荷和价格型需求响应在不同时间尺度下的预测误差特性,本着"瞻前顾后"的原则,建立了含CAES电力系统日前–日内协调调度模型。该模型既考虑了CAES系统中流量、功率、气压、温度间的交互影响机理,又考虑了反映CAES电站分钟级运行特性的旋转备用容量约束和日内调度约束,能够在制定CAES电站最优运行计划的同时,得到CAES电站的最优旋转备用容量承担方案。采用德国Huntorf CAES电站的运行参数,在PJM-5bus系统上进行算例仿真,仿真结果验证了调度策略的有效性。     

一种基于液态空气储能枢纽站的分布式压缩空气储能系统模型预测控制方法*

再电气化是应对环境污染和气候变化的重要发展趋势。终端能源的深度再电气化,如以电代煤,以电代油,交通电气化等,将大幅提高电能在终端能源利用的比例,提高配电网,特别是城市电网的电力负荷水平,为配电网的运行、安全及可靠性带来新的挑战,储能是智能电网的重要组成部分,是提高供电可靠性和安全性的重要措施之一。本文提出一种基于液态空气储能枢纽站(LAES)的分布式压缩空气储能系统(CAES)模型预测控制(MPC)方法。首先,建立基于液态空气储能枢纽站的分布式压缩控制储能配置方法,其次,在此基础上,提出以日前运行成本最小和实时运行偏差最小为目标的双层优化MPC控制模型,满足配电网及液态空气-压缩空气储能系统安全运行条件,最后,以改进IEEE 30节点测试系统为例,验证了文种所提方法的正确性和实用性。     

基于先进绝热压缩空气储能站的电-热综合能源系统优化运行方法

为加强先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)与综合能源系统(integrated energy systems,IES)的多能互补协同,提高系统运行效率,文中提出了一种含AA-CAES能源站的电-热综合能源系统优化运行方法。首先,构建了含AA-CAES能源站的IES基本调度架构;其次,详细分析了AA-CAES装置在压缩和膨胀工况下的储热、换热及供热等特性,建立了AA-CAES电热联供联储运行模型;接着,基于热网管道传热延迟和损耗等动态特性,建立了考虑供热网储热惯性的热网方程;在此基础上,考虑了用户侧可调度资源,提出了计及综合需求响应的含AA-CAES能源站的IES日前优化运行模型;最后,在修改的IEEE33节点配电网和巴厘岛32节点区域供热网进行算例分析。仿真结果表明,所提方法可有效降低IES运行成本,提高IES可再生能源消纳能力。     

含压缩空气储能的能源互联微网型系统优化配置

首先构建了含分布式光伏、压缩空气储能（compressed air energy storage, CAES）、需求侧响应、燃气轮机等设备的能源互联微网型系统模型。在此基础上以安装成本、能耗成本和需求侧响应成本等构成的年运行费用最低为优化目标,分析对比不同场景下分布式光伏电池组数量、能源互联微网中设备的配置情况及CAES、需求侧响应和电动汽车入网（vehicle to grid, V2G）技术对设备容量配置和微网中各类成本的影响。特别的,考虑了CAES透平机透平压力、透平温度、需求侧响应比例等参数及有无V2G对微网系统影响。算例结果表明,所提模型能合理化能源互联微网中设备容量配置和降低能源互联微网年运行费用。     

含CAES和多类型柔性负荷的电力系统多时间尺度电能-备用联合优化调度

为了应对大规模风电接入,压缩空气储能(CAES)技术和柔性负荷主动响应技术在近年来发展迅速。以含CAES电站、可转移负荷、可中断负荷、可直接负荷控制(DLC)负荷、风电场、常规机组的电力系统为研究对象,综合考虑CAES电站和多类型柔性负荷在日前、日内、实时时间尺度下的调度特性及其在备用与调频方面的应用潜能,建立考虑源-荷-储协调互动的电力系统多时间尺度电能-备用联合调度模型。该模型以最小化电网运营商的总支出成本为优化目标,能够同时制定系统的发电计划、旋转备用购置与调用计划和自动发电控制(AGC)参与因子配置计划。基于修改版PJM-5Bus系统的仿真结果验证了所建调度模型的有效性。     

基于EMD分解的孤岛型综合能源系统混合储能规划

孤岛型综合能源系统作为依靠内部能源满足用户需求的系统,可以通过储能技术保障其连续运行。提出了一种基于经验模态分解（EMD）的超级电容器-蓄电池-压缩空气储能的混合储能系统配置方法,采用EMD对通过主动储能策略得到的混合储能系统功率进行处理,并重构经EMD分解得到的模态分量,确定储能功率分配并完成功率、容量规划,以混合储能全寿命周期成本为优化目标,确定混合储能系统的最佳优化方案。最后,通过具体算例验证了该规划方法的有效性与经济性。研究结果可为孤岛型综合能源系统规划运行提供一定技术参考。     

新型变压比压缩空气储能系统及其运行方式

为了提高压缩空气储能(CAES)系统的效率,提出了新型变压比压缩空气储能系统。该系统基于定容储气装置及传统定压比压缩方式的特性,通过阀门调节来改变储能过程中压缩级组的串并联运行方式实现。通过分析不同压缩级数下可行的变压比运行方式,建立变压比压缩空气储能系统的仿真模型,从仿真得出的变压比储能系统的储能时间、压缩功耗和系统的充放电效率等方面,与传统的定压比压缩空气储能系统进行比较。结果表明,变压比压缩空气储能系统不仅减少了储能过程中压缩机组的功耗、缩短了储能时间,而且提高了整个系统的充放电效率。     

“光火储”一体化发电系统研究

为实现2060“碳中和”目标,在传统火电机组（CFPP）基础上,开发利用太阳能和储能,提出了带储热的槽式太阳能光热系统、压缩空气储能（CAES）和火电机组集成的“光火储”一体化发电系统。此系统既可克服火电机组和压缩空气储能的耦合（CFPP+CAES）系统在释能阶段从火电机组抽取热量的缺点,又能充分利用太阳能资源,提高可再生能源的利用率、降低火电机组发电煤耗。利用EBSILON软件对该系统在火电机组100%负荷工况下的热经济性、节煤效果进行了分析,结果表明:与传统CFPP系统相比,该“光火储”系统中方案2平均热耗率降低了33.5 kJ/(kW·h),平均标准煤耗率降低了1.30 g/(kW·h);“光火储”一体化发电系统中方案2的CAES系统?效率可以达到68.81%,较先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统提升了16.49%,且通过计算每个部件?损失,发现CAES系统5—8号换热器节能潜力较大;根据2019年实行的某市峰谷分时电价标准,该“光火储”一体化发电系统每年净售电收益最大为1 045.49万元。     

与需求响应联合优化的联网型微电网储能容量随机规划

针对含分布式电源、需求响应资源的联网型微电网,提出一种与微电网内多类型需求响应资源联合优化运行的储能系统容量配置优化规划模型。模型以微电网用能成本与储能设备年投资成本之和最小为目标函数,考虑需求响应资源可柔性调节区间、储能设备的荷电状态、微电网与主网间变电容量等约束条件,并计及分布式电源出力的不确定性影响,建立储能容量随机优化规划模型,利用混合整数线性规划算法求解。对某实例微电网仿真分析优化配置储能容量对提高微电网运行和规划的经济性的影响,结果表明模型可实现微电网储能系统最佳容量配置决策,同时优化需求响应资源和储能系统的运行策略。     

考虑电池寿命损耗的园区综合能源电/热混合储能优化配置

针对园区综合能源系统(PIES)储能容量优化配置问题,为提升PIES规划-运行经济性,提出了考虑电池寿命损耗的PIES电/热混合储能优化配置方法.首先,构建了适用于PIES规划问题的电池寿命损耗模型,用于量化评估电池寿命损耗;进而,在考虑PIES多能互补特性基础上,引入电池置换成本体现电池寿命损耗的长期影响,以电/热混合储能投资置换成本与运行成本等年值最低为目标函数,建立了PIES电/热混合储能容量双层优化配置模型;最后,通过算例验证了文中混合储能配置方法对系统规划-运行经济性、电池使用寿命的提升效果,并比较分析了电/热混合储能与单一储能对系统规划-运行经济性和电池使用寿命的影响.     

先进绝热压缩空气储能多能流优化调度模型

先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）是一种可实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统,其储能的过程中会伴随产生额外的多种能流,若将运行中产生的额外能流收集起来,AACAES可作为微型综合能源系统进行使用。该文通过基于能源集线器（EH）构建通用能量交换分析模型,针对AA-CAES内部组件压缩机、透平机、换热器等部件进行模块化矩阵建模,分析其热力学特性和能流产生效率,研究AA-CAES的多能流联供调度策略。以最大化经济性运行为目标,提出了一种基于能源集线器矩阵化建模的AA-CAES多能流优化调度模型,并采用典型的压缩空气储能系统设备数据,进行仿真验证。仿真结果表明,AA-CAES作为微型综合能源系统具有较好的经济性,并且可以实现日常的热电联供,减少或降低其他供热系统的能耗,提高区域的能量利用效率。     

计及碳交易机制和需求响应的生物质与光热耦合压缩空气储能系统优化策略

压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)具有多能联储/联供的特性，使其在分布式综合能源系统中具有广阔的应用前景。为加强CAES与综合能源系统(integrated energy systems,IES)的多能互补协同能力，提高用户侧能源综合利用水平，提出了一种生物质与光热耦合压缩空气储能系统的架构和运行方法。首先构建了含CAES的IES架构，通过引入生物质产生沼气，有效提升了IES供热能力。在此基础上，以系统总成本最小化为目标，提出了考虑碳交易机制和用户侧需求响应的IES优化运行方法。最后，以青海某村镇的数据进行算例分析，通过多种优化运行方案验证了所提模型的有效性和优越性。结果表明，设计工况下IES总成本下降12.4%；引入碳交易机制可以控制碳排放量下降11.3%；需求响应可以稳定负荷波动，经需求响应调整后的冷、热、电负荷峰谷差分别下降7.9%、10.9%、2.3%。     

考虑压缩空气储能变工况特性的风储联合系统运行优化策略

压缩空气储能(compressed air energy storage, CAES)是实现电网削峰填谷、促进风电高效消纳的手段之一。然而,压缩空气储能效率在较大程度上取决于运行工况,其变工况特性直接影响风储联合系统的安全高效运行。以最大化风储系统运行收益为目标,建立了考虑压缩空气储能变工况特性的风储系统运行优化模型。该模型对压缩机、透平在变工况运行时的动态效率进行了准确刻画,并采用分段线性化方法将变工况特性纳入混合整数线性规划算法。算例结果表明,优化策略与压缩空气储能的变工况特性有直接关系;考虑运行约束和动态效率能更准确反映缩空气储能的实际运行状态,可为风储系统的运行决策提供依据。     

含分布式电源与储能的配电网扩展规划方法研究

随着配电网中分布式电源与储能的接入,给配电网的规划带来了新的问题。当前研究中较少涉及分布式电源、储能及配电网线路的联合规划方法,为此提出了一种配电网两层扩展规划方法。首先,建立了分布式电源与线路联合规划的混合整数线性模型,考虑了投资费用、运行费用、网损费用及负荷增长等因素。然后,根据储能在配电网中的运行特点和作用,基于傅立叶频谱分析理论,分别提出了配电网中储能的集中与分布式规划策略。以某18节点的配网结构为例,分析所提两层规划方法的有效性,算例结果表明:分布式电源的引入有利于降低配电网投资与运行总成本,频谱分析理论可以为储能规划问题提供有效的解决方法。