面向高比例可再生能源消纳的电氢能源系统

氢作为一种优质的二次能源,在能源存储和利用中具备巨大的应用潜力,并有助于解决电力系统中可再生能源的消纳问题。为了进一步提升可再生能源在一次能源消费中的占比,文中提出一种以电和氢为能源载体的新型能源承载形式——电氢能源系统。文中论述了发展电氢能源系统的意义,然后给出电氢能源系统的结构框架,并从发（制）、储、输、配、用等方面评述相关研究基础与关键技术。最后,从经济性分析、系统集成和近期实施路径3个方面对电氢能源系统进行展望。     

考虑氢储动态效率的电氢耦合微网长期容量优化

双碳目标下风光氢联系日益密切,合理的容量优化是保证电氢耦合系统稳定运行的有效途径。针对风–光–氢储–超级电容联合运行的独立微网,提出了一种长期容量优化方法。通过考量氢储系统的动态效率,优化产氢和耗氢设备的工作区间,制定了合理的微网运行控制策略。为反映真实的风光气象因素长期变化趋势,基于皮尔森相关系数和灰色滚动预测法进行典型日长期预测,得到了模型输入样本。以微网的经济性、可靠性和低碳性综合最优为目标构建了容量优化模型,并采用非线性动态权重的多目标粒子群算法求解出Pareto集,同时引入隶属度分析法给出了最佳规划方案。仿真结果表明：相比于当前研究成果,所提方法得益于对氢储单元动态特性的分析和输入样本的改进,能够给出更优越的配置结果。     

含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法综述

随着“双碳”目标的推进,高比例可再生能源广泛接入,电力系统呈现出不确定性因素多、源荷变化快、多重随机性强等特点,给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。解析法是最常用的运行可靠性评估方法之一,具有数学模型清晰、计算效率稳定、枚举状态关系明确等优势,有助于保障电力能源的安全可靠供应。从电力系统运行可靠性的概念和评估流程出发,归纳亟待解决的问题。在此基础上,从可靠性评估效率提升、考虑极端灾害的不确定性建模和序贯解析评估3个方面归纳了现有研究成果及其存在的不足。最后,展望了含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法的未来研究方向。     

面向高比例新能源接入的电氢耦合系统设想及分析

高比例新能源接入电力系统,其高随机性与波动性将造成系统“源-荷”结构失衡,且高比例电力电子化将导致传统电力系统以同步发电机和机电动态特性为基础的技术特性发生深刻变化。为此,提出了一种采用“送端绿电离网外送-受端离网制氢-氢燃气并网发电”模式的电氢耦合系统,即在送端将新能源电力汇集接入至与交流电网无电气联系的直流输电网络中,在受端满足电解水制氢直流负荷并通过氢燃气发电方式支撑交流电网,从而将大量新能源消纳和新增“西电东送”需求与送端/受端交流电网解耦。所提电氢耦合系统不仅能改善系统电力电量平衡,促进高比例新能源消纳,还能够保障电力系统的安全可靠运行,可为我国高比例新能源电力系统的演进方向提供参考。     

分布式源荷参与辅助服务的市场机制与实现方法

有效的分布式源荷参与辅助服务的市场机制可以扩大市场参与者的范围,提供多样化的能量、容量和调节服务,帮助电力系统实现快速调节、平衡供需和应对突发事件,从而维持系统运行安全性和提升运行经济性。在此背景下,首先,从有功平衡服务、无功平衡服务、事故应急及恢复辅助服务等方面综述和比较了国内外分布式源荷参与辅助服务市场机制的发展现状和发展思路。然后,基于独立主体和聚合2种参与形式,系统地总结了分布式源荷参与辅助服务市场的聚合和控制技术。接着,对分布式源荷参与辅助服务市场的计量、结算和成本分摊机制进行了梳理,并分析了区块链技术、共享商业模式在分布式源荷参与辅助服务市场中应用的现状和问题。最后,面向中国新型电力系统建设需求,展望了分布式源荷参与辅助服务市场的研究方向。     

大规模电氢耦合系统:中欧大型能源企业的技术视角分析与展望EI北大核心CSCD

可再生氢作为一种低碳清洁的二次能源,在实现碳达峰、碳中和的能源转型进程中扮演重要角色。在回顾总结中欧可再生氢能行业发展近期政策导向的基础上,剖析中欧大型能源企业的氢能战略和技术布局异同,以及现阶段欧盟在电氢耦合领域的研究热点,为我国科学合理地构建大规模电氢耦合系统,稳步形成可再生氢能的高效多元应用生态提供科技创新思路。     

基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警

随着“双碳”目标的提出,可再生能源集群大规模并网,导致电力系统频率安全问题再次凸显。因此,借鉴深度学习方法,提出一种基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警模型。首先,对电力系统的频率安全进行多级精细划分,提出并构建频率安全多级预警模型。该模型在第1阶段利用基于改进残差网络的分类评估器对受扰后的频率是否会超出安全预警值进行评估,并给出预警等级;在第2阶段利用回归预测器进一步给出预警样本的危险程度。最后,以改进IEEE 10机39节点系统和美国伊利诺伊州200节点系统为算例对该模型进行测试,结果表明该模型具有较高的安全预警准确率,不但优于其他浅层学习方法和深度学习模型,而且可以精确地预测频率危险程度,并具有良好的鲁棒性和抗噪能力。     

基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法

随着新能源发电技术在全球范围内的高速发展,各国电网新能源消纳压力日益凸显。利用跨境输电网络进行新能源跨境交易是提高新能源利用率的有效途径。然而,现有的跨境电能交易市场中常采用固定电量及电价的方式,难以有效激励新能源跨境消纳。为此,提出了基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法。首先,基于现有跨境电能协商交易模式,考虑新能源跨境交易需求,提出一种跨境新能源激励交易模式。其次,基于两国初始交易计划及联络线约束,对新能源跨境消纳潜力进行分析,并建立了以新能源购电国为主导层、售电国为随从层的主从博弈模型。针对跨境两国交易信息隐私性的特点,采用分布式迭代算法对博弈模型进行求解。最后,通过算例验证了盈余新能源跨境双边博弈决策的可行性和有效性。     

新型电力系统背景下的电制氢技术分析与展望

作为一种与电能互补的二次能源载体,氢能有望在未来低碳能源系统中发挥关键作用。为探究新型电力系统背景下的氢经济,文中聚焦耦合电力与其他能源领域的关键环节——电制氢技术,对其进行技术经济分析与应用前景展望。首先,从技术发展水平、能源系统中的应用两个角度综述国内外电制氢技术研究现状;然后,建立电制氢经济模型,基于新型电力系统技术特征开展新型电力系统背景下的电制氢技术经济分析;最后,从各地氢能发展政策、终端氢需求潜力及对新型电力系统的支撑作用3个方面对电制氢技术进行应用前景展望。     

考虑气网掺氢与低碳奖赏的气电耦合系统优化调度

针对气电耦合系统的优化调度问题,建立含气网掺氢的气电耦合系统模型,并考虑电制氢的精细化模型、掺氢气网的运行状态变化和严格的掺氢安全限制;同时在阶梯型碳交易机制的基础上,提出赏罚阶梯型碳交易机制,在碳配额出现剩余时设置阶梯型奖赏;进一步地综合考虑碳交易成本和运行成本,建立气电耦合系统低碳优化调度模型。最后,基于改进的IEEE 39节点电网模型和比利时20节点气网模型组成的系统进行仿真,采用CPLEX求解器对调度模型进行求解。通过分析对比4种调度场景的结果,验证了所提模型在降低碳排放、控制总成本和消纳弃风方面的有效性,分析了掺氢气网中不同热值计算方式和奖赏基准价格对调度结果的影响,并进行了奖赏基准价格的参考定价分析。     

基于节点碳势的配电网分布式资源低碳调度策略

双碳目标的提出加快了新型电力系统建设进程,随着大规模的可再生能源和分布式资源接入电力系统,如何有效利用这些多元化资源的灵活性来配合电力系统调度降低系统运行的总碳排放量成为亟须解决的关键技术难题。因此,研究了基于节点碳势的配电网分布式资源低碳调度策略,该方法能够兼顾电网运行的经济性和低碳性优化系统调度策略,从而降低系统总碳排放量。首先基于碳排放流理论对配电网进行碳势分析,然后以系统碳势为依据调整系统的购电及发电计划,并引导分布式资源优化调整自身用能方案。为保障配电网的安全稳定运行,所研究方法将电网安全运行约束考虑在内,通过仿真算例的对比分析说明了所提出策略可以提升可再生能源消纳率、降低配电网网线路损耗、减少配电网总碳排放量以及总运行成本。     

考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响的制氢加氢站布点优化策略

由于配电网组成复杂、运行多态,氢燃料汽车加氢具有强随机性的特点,使得制氢加氢站选址定容挑战大。为此,提出一种综合考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响的制氢加氢站布点优化策略。首先,对氢燃料汽车用户用氢时序曲线进行蒙特卡罗仿真模拟,达成对制氢加氢站工作模式的深入分析;其次,以兼顾经济成本,交通路网与电力网的安全运行为目标,构建了在交通–电力网络框架下考虑配电网与氢燃料汽车耦合影响的制氢加氢站布点优化模型,进一步利用改进的樽海鞘群算法对模型进行求解;最后,案例验证了所提出的制氢加氢站布点优化策略可有效减少配电网电压偏差和电网网损,相较于初始方案线路功率裕度指标下降了44.23%,综合指标降低了13.6%,同时用户满意度提升了19.28%,表明所提模型的求解更符合实际的需要。     

考虑氢能交通运输时空特性的电-氢综合能源系统协同优化方法

电-氢综合能源系统(EH-IES)在新时代背景下有巨大潜力,受限于现有输氢管道长度,EHIES可视为由多个氢能子系统(HES)和电力网络耦合而成。若要充分利用EH-IES运行灵活性,可在考虑EH-IES协同优化的同时,利用氢储能的可移动性实现氢能在多个HES之间的最优调度。为此,提出了一种“就地制氢-交互运氢”的运行模式。以EH-IES为研究对象、总运行成本最小为目标函数,考虑氢气长管拖车(HT)运输所需时间与HES交互运行,建立了包含可再生能源、电制氢储氢站(PHSS)、HT、电氢负荷的综合能源系统联合优化模型。通过9辆HT、3座PHSS接入IEEE 30节点系统的算例对比分析了各HES交互对系统优化的影响,结果表明：所建立的优化模型能够减少总运行成本,提升风电消纳水平,提高电力系统运行灵活性,验证了所提模式的有效性与可行性。     

面向双碳目标的电力系统规划方案量化归因分析方法

面向双碳目标的电力系统规划需要在众多新安全挑战与低碳技术耦合的背景下进行系统发展的决策分析。各项低碳技术在电力系统低碳转型方案中起到的作用尚不明确且无法量化。在此背景下,相比于仅求得最优的规划方案,进一步理解规划模型给出规划方案的原因并且明确其带来的效益对规划者十分重要。文中针对电力系统规划问题引入了量化归因的概念,并提出了基于路径积分的规划方案量化归因方法 ,用以对各项设备带来的潜在效益进行分析。应用该方法对Garver-6节点测试系统和中国西北电力系统的“碳中和”规划结果进行了量化归因分析,结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

综合能源系统能源耦合度及其对运行域的影响

异质能源耦合是综合能源系统区别于配电系统等单一能量系统的显著特征。文中提出综合能源系统能源耦合程度的指标,设计观测方法并揭示了新的规律机理。首先,提出了耦合单元以及整个综合能源系统的能源耦合度指标。其次,建立了综合能源系统的运行域模型,描述了正常运行约束下系统的最大允许运行范围。最后,以典型电-气耦合综合能源系统为例验证了所提耦合度的合理性。总结得到电-气耦合综合能源系统运行域随耦合度的变化规律,发现了2个临界耦合度和3类现象,分析揭示了耦合度对运行域的影响机理。     

支撑能源互联网协同优化的隐私计算关键技术

传统电力系统与其他能源系统不断交叉融合,逐渐形成能源互联的新生态。在能源互联网中,数据使用权与数据所有权分离、信息资源与计算资源分离的特征使得多主体协同优化的隐私保护问题日益突出。文中从能源互联网协同优化的典型模式出发,总结了传统第三方代理计算模式及无第三方交互计算模式的隐私安全风险,提出了考虑隐私保护的能源互联网协同优化初步技术方案。首先,面向含第三方场景提出了基于信息伪装机制的安全代理计算方案,并研究了该方案的算法特性、算子构造方法以及基于云服务的用户侧、集群级、系统级应用场景。然后,面向无第三方场景提出了基于秘密分享原理的安全多方交互计算方案,并结合多中心化和全分布式两种应用架构,分析了该方案应用于海量主体或少量主体场景时的特性差异。最后,所述方案从数据隐私性和计算安全性层面,保障数据所有者的权益,遏制并降低能源互联网协同优化计算的数据泄露风险,实现可靠隐私保护。     

基于深度强化学习算法的风光互补可再生能源制氢系统调度方案

风光可再生能源制备“绿氢”是实现能源低碳化的重要途径,但风能、太阳能的波动性、间歇性等问题会使系统存在“弃风、弃光”现象。为解决该问题,构建了可再生能源并网制氢系统,针对传统CPLEX需要精准预测数据、基于状态控制法的监控策略控制效果不够理想的缺点,将协调控制转化为序列决策问题,采用深度强化学习连续近端策略优化算法进行解决。在发电量、负荷等多种因素变化的情况下,设计了适合解决可再生能源制氢系统调度问题的深度强化学习模型(renewable energy to hydrogen-proximal policy optimization,R2H-PPO),经过足够的训练后能够实现在线决策控制,并与日前控制方案和基于状态控制法的监控策略进行了对比,证明所采用方法避免了传统方案的不足,并能有效处理不同时刻、天气、季节的场景。结果证明了所提出的R2H-PPO方法的可行性和有效性。     

考虑下游氢负荷波动的新能源制氢系统协调控制策略

针对下游氢负荷波动不确定的新能源制氢系统,提出了一种基于模型预测控制的自适应功率协调控制策略。首先,确定新能源制氢系统基本结构及数学模型;然后,基于模型预测控制原理,将氢负荷流速、新能源实际最大出力以及电解槽启停状态等作为系统不确定性干扰变量,并通过预测模型滚动优化各电解槽制氢功率、电池出力以及新能源弃电功率,进而实现电池荷电状态、储氢罐压强、电网负荷的日内实时跟踪和电解槽启停状态的优化控制。最后,通过算例仿真验证了所提策略的有效性,并针对各参数进行了灵敏度分析和鲁棒性分析。     

电氢耦合系统定碳排运行域分析方法

精准刻画电氢耦合系统的低碳运行空间,有助于量化并充分挖掘氢能系统灵活运行特性对提高新能源消纳、电力系统安全经济运行水平的积极作用。针对目前缺少基于“域”的碳分析方法等问题,提出电氢耦合系统定碳排运行域(CCEOR-EHS)的概念。探索电氢耦合系统的运行机制,提出CCEOR-EHS建模方法;剖析CCEOR-EHS几何特征,构建电氢耦合系统的低碳评估指标体系,全面评估CCEOR-EHS形状特征与低碳运行水平间的关联关系;提出基于逐点仿真法的CCEOR-EHS边界高效求解方法,可视化电氢耦合系统低碳运行空间。采用IEEE标准系统进行仿真分析,验证所提方法的有效性。结果表明CCEOR-EHS可有效反映系统的低碳运行水平、电氢耦合运行关系等,并能为电力系统的低碳运行提供科学的理论支撑与决策依据。     

含能源路由器的交直流互联配电网协调动态优化

能源路由器(energy router,ER)作为能源互联网的关键设备,可以灵活控制潮流分配,提升电压水平,实现区域互联、能量互济、故障隔离等功能,研究采用ER实现交直流互联配电网的优化运行具有重要意义。考虑到ER和多种有功和无功调节设备的协同运行,提出了一种日前–日内双时间尺度下的有功–无功协调动态调度模型,该模型以系统综合成本和电压偏移度为目标函数,通过日前离散设备调度和日内连续设备调节相互配合,实现协调动态优化。提出了一种改进的多目标粒子群算法求解模型,以改进的IEEE 33节点交流配网和13节点直流配网系统作为仿真样本,结果表明,ER的接入对降低配电系统损耗、改善电能质量、优化运行策略、促进新能源消纳和降低综合成本有积极影响,并验证了所述算法的有效性。