多能互补中水电机组的宽范围稳定运行研究

随着"3060"双碳目标的提出,我国计划构建以新能源为主体的新型电力系统,电网中风光等间歇性能源比重不断上升,对电网多能互补下的负荷快速调节提出了更高要求,电网对水电站的调度需求逐渐由供能需求向调能方式转变,在此背景下一些水电站的主要功能是对间歇性能源供给进行补偿,促进电网对新能源的消纳.在调能方式中要求水电机组充分发挥启动迅速、调节灵活的特点,研究水电机组的宽负荷范围稳定运行成为当下电网的迫切需求.本文通过机组宽负荷稳定运行范围的确定、水轮机的厚重设计、机组的快速响应、机组补气设计等角度,初步剖析影响机组宽范围稳定运行的主要因素,希望能够引起行业的一些参考.     

含风光储的多微网接入配网的联合调度策略

含可再生能源的微网的兴起,使大量随机性、间歇性的电源高渗透率接入电网,对电网的安全稳定运行带来巨大影响。针对多个微网接入电网的情况,文章提出了多微网与配网的联合调度模式,分别考虑系统网损、负荷波动和微网运行经济性,建立了联合运行的双层优化模型。仿真结果表明,合理调度并入配网的多个微网并管控微网中微源,能够平抑可再生能源波动性,降低配网网损,减小负荷方差水平,实现削峰填谷,并且保证微网运行经济性。     

基于深度强化学习的微网优化运行综述

微网在分布式新能源消纳、负荷优化、提高能源利用效率等方面具有重要作用。但新能源出力的间歇性、负荷侧用电行为的随机性导致微网成为一个动态的复杂系统,难以通过准确的物理模型刻画,给微网优化运行带来巨大挑战。深度强化学习（deep reinforcement learning,DRL）通过与环境交互试错寻找最优策略,不依赖于新能源出力和负荷的精确建模,适用于解决序贯决策问题,在求解含有大量不确定性的微网优化运行难题时具有优势。为此,从DRL原理、DRL在单个微网以及微网群优化运行中的应用进行了综述与分析,最后对应用中所面临的算法可解释性、奖励函数设置、用户隐私性等方面进行了展望。     

考虑需求响应的社区综合能源系统两阶段优化调度

从社区能源运营商的角度出发,通过整合社区综合能源系统(IES)中可控负荷、风电机组出力等信息,提出考虑可控负荷的社区IES两阶段优化调度模型。日前调度通过分析各类可控负荷是否参与优化,研究其响应前后对社区IES运行经济性的影响;日内调度基于日前调度方案,考虑到短时期内风电机组出力与负荷的波动并根据冷热电响应速率的不同,提出两级滚动优化平抑模型,求解各可控设备的调整出力。仿真结果表明,对可控负荷的优化调度可有效降低社区IES的综合运行成本;两阶段优化调度模型在满足用户用能需求的同时也能及时有效平抑日内阶段源荷两侧的随机波动,实现IES经济及平稳运行。     

复合储能对提升太阳能利用率的仿真研究

针对太阳能分布式微网输出功率间歇性及不可控性的应用瓶颈,提出了将多种储能形式（储电、储冷、储热等）高效集成应用的多能态复合储能技术,以实现可再生能源供给和用户多样化能源消费需求之间的高效调控。为了确定复合储能系统的容量和功率等级,利用MATLAB等软件建立了太阳能分布式微网系统的数学模型。该模型可通过输入地区和日期对太阳能逐时辐射强度、光伏发电和光热产热的能量进行仿真计算。以广州某宾馆为例,计算了夏季太阳能分布式微网的输出,并与用户多种能源负荷进行了对比分析,为多能态复合储能系统应用提供了数据基础。建立了节能与经济2方面的评价指标,对太阳能分布式微网进行了优化分析,结果表明,利用复合储能在综合提高微网系统节能率的同时,减少了系统的投资回收期。为可再生能源的应用发展提供了有益探索和尝试。     

基于转子储能的全功率变速水电机组低电压穿越控制策略研究

全功率变速水力发电机组是水力发电机组变速运行主要方式之一,能更快速度响应电网功率变化需求,对间歇性与随机性强的新能源消纳具有重要意义,其机组的低电压穿越能力是保障机组稳定并网运行的关键。提出了一种基于机组转子储能的低电压穿越控制策略,充分利用水力发电机组转子储能能力强和机组输入功率可以调节的特点,采用转子储能和调速器调节吸收控制电网电压跌落期间的机组不平衡能量,并根据电网电压跌落幅值通过网侧变流器向电网提供无功电流支撑。建立了系统各部件的数学模型,通过仿真比对了提出的控制策略与传统的策略,仿真结果表明提出的控制策略能有效抑制直流母线过电压,并向电网提供无功电流支撑,提高了全功率变速水力发电机组的低电压穿越能力。     

基于NCPSO的微网群优化调度策略研究

传统的粒子群优化（PSO）算法因在微网优化中不易达到全局最优而导致微网运行成本过高,该文采用小生境混沌粒子群优化（NCPSO）算法对混合微网群的运行策略进行协同优化,以实现区域微网经济性最优、环境治理成本最低、风光等可再生能源利用率高等目的。根据所提出的调度策略,建立的优化调度模型包括动态电价下的负荷模型、经济收益模型以及成本模型等,使用NCPSO算法得到多微网在一个周期内的最佳运行状态,实现微网群系统综合能源的互动调控、空间互补。通过分析微网群的功率交互动态、可控能源的发电以及储能电池的荷电状态等,验证微网群的电力负荷响应动态电价,表明了NCPSO算法优化微网群运行的优越性、有效性。     

基于双模糊控制的独立微网能量优化策略

为使微网运行效益最大化,提出一种含风—储系统的独立微网的能量优化策略,该策略采用双层模糊控制方式,针对微网峰谷特性,根据日前启停机计划确定风电机组与需求侧管理负荷的投切状态,对实时调度则使用模糊控制得到风电机组、储能与负荷的功率值。对于微网瞬时功率波动,采用模糊理论,通过蓄电池—需求侧负荷混合系统平抑功率波动。实例应用结果表明,该独立微网能量优化策略有效。     

温控负荷不确定时滞下微网电压稳定鲁棒控制

针对温控负荷的不确定时滞特性对微网电压稳定的影响,提出基于T-S模糊模型的微网电压稳定鲁棒控制方法。在微网温控负荷不确定时滞特性建模研究的基础上,建立电压稳定T-S模糊系统控制模型,并设计微网无功模糊反馈控制器,使得系统在无外部干扰条件下,通过无功调节保持电压稳定性。基于电压稳定T-S模型,研究考虑微网内其他负荷的突然增减或动力设备的起停等外部扰动下的电压稳定机理,建立微网电压稳定性H∞鲁棒控制方法。研究改进后的三机九节点微网温控负荷不确定时滞仿真系统模型,通过算例仿真,对提出的电压稳定控制方法进行验证。仿真结果表明,基于T-S模糊模型的温控负荷不确定时滞下的H∞鲁棒控制能有效提高微网电压稳定性能。     

考虑间歇性电源的微电网经济调度模型与算法

微网系统的有功调度是具有重大经济效益的复杂问题,关键问题是要正确处理好微网有功调度过程中的不确定性因素。基于微网经济调度模型,采用场景法描述间歇性电源的出力,并简化了调度模型,采用原对偶内点算法对模型进行求解。实例应用结果表明,当风电波动较大时,传统调度方式下微网系统在某些时段可能出现功率缺额,鲁棒调度方式则能通过调整可控机组的出力使微网系统保持功率平衡;传统调度方式更具有经济性,鲁棒调度方式则是以损失经济性为代价换取微网系统对风电不确定性的适应能力。     

Optimal operation of microgrid using hybrid differential evolution and harmony search algorithm

This paper proposes the generation scheduling approach for a microgrid comprised of conventional generators, wind energy generators, solar photovoltaic (PV) systems, battery storage, and electric vehicles. The electrical vehicles (EVs) play two different roles: as load demands during charging, and as storage units to supply energy to remaining load demands in the MG when they are plugged into the microgrid (MG). Wind and solar PV powers are intermittent in nature; hence by including the battery storage and EVs, the MG becomes more stable. Here, the total cost objective is minimized considering the cost of conventional generators, wind generators, solar PV systems and EVs. The proposed optimal scheduling problem is solved using the hybrid differential evolution and harmony search (hybrid DE-HS) algorithm including the wind energy generators and solar PV system along with the battery storage and EVs. Moreover, it requires the least investment.     

计及天然气压力能的微电网储荷协调优化调度

为解决天然气输送过程中压力能的浪费问题,提高天然气能源利用率,提出将天然气压力能发电系统引入至微电网整体调度方案中。针对天然气压力能发电系统中前后端口的补热需要,将微电网中的风冷热泵补热系统与压力能发电系统进行耦合。考虑到由天然气管网中流量波动和环境因素造成的压力能出力波动问题,提出微电网储荷一体化协调优化方案,以确保系统高效稳定运行。基于上述内容,构建考虑可控电源出力成本、储能调度成本、微电网与配电网的交互成本和负荷调度成本的微电网优化调度模型,并采用Yalmip工具包编写优化调度程序。最后,通过对西南地区某调压站数据进行仿真,验证该方案的可行性与经济性。     

基于频谱功率分配的微电网微源容量优化配置

光伏等新能源发电具有波动性,将其与可控发电装置或储能等可控微源相结合以微电网的形式发电,可减小功率波动对电网的影响。针对含光伏的独立型微电网,对其中微燃机和储能进行协调容量优化配置,通过对微电网的净负荷进行频谱分析,并考虑微燃机与储能对负荷波动的响应特性,利用优化频域分频点的方法确定微燃机与储能的功率分配策略,根据此功率分配策略,计及储能和微燃机的运维成本及储能的循环使用寿命,将分频点和电源容量作为优化变量,建立了以年综合成本最小为目标的双层优化配置模型。算例结果表明,合理的分频点可使储能与微燃机的容量配置更为经济,并可提高储能的循环使用寿命和降低微燃机的运行成本。     

考虑用电优质系数的微电网分段混合策略优化调度

考虑需求侧响应的并网型微电网调度常忽略光伏出力特性对可控负荷调度的影响,且缺乏完善的需求侧评价指标。文章提出一种PVP&LS(Photovoltaic Priority&Load Shifting)分段混合调度策略,PVP策略依据预测光伏出力,以弃光率最小为目的调控可控负荷;LS策略以降低峰谷差率为目的,对上阶段剩余可控负荷移峰填谷。同时,提出了改进的用电优质系数模型,不仅避免调控过度,还可量化用户感受。最后通过自适应遗传算法仿真对比,运行成本减少了3.91%,用电优质系数增加了4.09%,弃光率下降了10.2%。     

The development and utilization of microgrid technologies in China

The paper introduced the concept of a multilevel microgrid (MG), which starts at the building level and creates an MG at this level. The development process of MG in China was described in detail for the first time, including the key issues and the research direction. The prediction error and uncertainty analysis of wind power, photovoltaic power generation, load, and controllable generator components are given, respectively. The uncertainty distribution model is helpful to construct the objective function of minimizing the operating cost of MG. First, an hypothetical apartment building’s suitability for installation of solar panels, wind turbines, and solar thermal devices in Shanghai was analyzed, including the principles and characteristics of their electrical generation and energy collection. Compared to the analysis of a single building, the results are more comprehensive for simulating the loading of different buildings in a variety of situations. The mathematical model of peak load shaving in an MG was constructed, and the interior-point method was used to solve it. By simulation analysis, the variation of load curve and related parameters before and after peak load shaving was obtained. First, the average loading of an office building with and without the MG was compared, and the reduction rate in peak loading of a building was used to analyze whether there was additional storage and found the change rule. A neighborhood with the additional MG technologies and additional storage units is better than other existing literature in showing the effectiveness of peak- load reduction.     

Microgrid composed of three or more SOFC combined cycles without accumulation of electricity

Large-scale centralization of the power supply system, consisting mainly of nuclear power generation and thermal power generation, has been adopted in Japanese electrical power system. Because Japan's centralized power supply system has little accommodation for changes in load, the amount of renewable energy that can be introduced is restricted substantially. The percentage of renewable energy introduced in Japan in 2012 was 1.6%; if this were to include hydraulic power generation, the percentage would be less than 10%. Accordingly, this study proposes the development of a microgrid that responds to the changes in output from a large-scale solar power system by using load from the operation of three or more solid oxide fuel cell hybrid power systems (PGSSs), and controlling the number of PGSS units in response to the magnitude of load. A storage battery is not used for the microgrid, developed in this study, for controlling the change in output from renewable energy. The proposal of a system with an introductory high rate of renewable energy is the purpose of this study. The study clarified the method of system operation and the rate at which renewable energy can be introduced at the time of distributed installation of the developed microgrid, using three or more PGSSs to supply all the cities in the Hokkaido region of Japan. From the results of the analysis, the control achieved with the PGSS units was confirmed to be effective. Furthermore, according to meteorological data and our proposed microgrid, the power supplied by renewable energy over the entire Hokkaido region in 2012 reached 48% on February 14 (winter), 49% on July 15 (summer), and 45% on October 15 (moderate season).     

Simplified design of independent hydropower-PV-storage micro-grid system

含可再生能源的独立微电网为解决无电地区用电提供了一种因地制宜的可持续的电力解决方案,但目前微电网由于理论性强、可操作性差,市场推广困难。为了解决目前微电网项目开展的壁垒,提出了一种关于独立水光储微电网系统的简化设计。根据项目所在地的微电源与负荷特性,计算系统的需电量,得出光伏及水电等电源所需的配置容量。为合理地协调各个时段微电网系统内各电源的出力来满足各时段负荷的需求,确保微电网内各电源模块出力与负荷需求的实时功率平衡,最大程度保障系统供电可靠性,本文提出了系统的两个重点考核指标——系统缺电率及能量溢出比,根据这两个指标,确定微电网系统的电池储能系统的配置容量。本文总结了一套合理的关于微电网的通用初步设计方法,为从事微电网的工程设计人员提供了便利。     

交流微电网能量管理双层控制系统及其策略研究

为满足分布式电源和微电网技术发展的需要,针对含有光伏发电系统、风力发电系统、双馈风电模拟实验平台、储能系统以及负荷的微电网实验系统,设计开发了微电网能量管理双层控制系统,即本地智能控制层和专家协调控制层;分析了交流微电网在并/离网两种状态下的实时能量管理策略和锂电池储能系统经济运行模型;最后在该微电网实验系统主控单元中完成了对能量管理系统的调试,运行结果验证了所提能量管理策略的有效性和实用性。