含聚合CSP和深度调峰火电机组的电力系统分布鲁棒机会约束优化调度方法

随着“双碳”目标不断推进,可再生能源的装机容量和发电占比不断增加。然而,以风电、光伏为代表的可再生能源所固有的不确定性和波动性,使得以火电机组深度调峰为主的传统运行方式的经济性难以得到保障。针对上述问题,提出一种含聚合光热发电（Concentrating Solar Power,CSP）和深度调峰火电机组的电力系统分布鲁棒机会约束优化调度方法。首先,分析火电机组的基本调峰和深度调峰能力,构建考虑火电机组进行基本调峰或深度调峰成本的深度调峰模型。其次,分析光热电站启动时的热量传递过程,构建考虑启动热量约束的CSP模型。在此基础上,采用基于数据驱动的分布鲁棒机会约束描述可再生能源出力的不确定性,构建以火电机组发电成本、购售电成本和储能使用成本之和最小为优化目标的调度模型。最后,以改进的IEEE 30节点系统为例验证了所提方法具有较好的经济性和鲁棒性。     

含储热光热电站的电网调度模型与并网效益分析

含储热的光热发电系统是近年来太阳能利用的一种新的发展方向。其优势体现在:借助大容量的储热装置,该系统能够平移所吸收的光热能,具有良好的可调度性;同时其中的汽轮机组具有良好的可控性。从含储热的光热电站的运行机理入手,经过抽象和简化,得到了面向电网调度的光热电站模型。该模型刻画了光热电站中的能量流及其主要运行约束,适用于电网调度。在传统安全约束机组组合模型基础上,提出了含光热电站的电网调度模型。对算例系统进行了电网调度仿真,分析了在完全接纳光热发电的前提下,光热电站并网在发电成本、可再生能源接纳和提高汇集输电线路利用率等方面的可观效益。     

太阳能光热发电并网运行及优化规划研究综述与展望

光热发电是新兴的新能源发电技术,近年来得到了广泛关注,即将迎来高速发展。相比传统的风电、光伏发电技术,光热发电拥有与常规机组相媲美的调节特性,能够实现"以可再生能源消纳可再生能源",未来将成为支撑实现高比例可再生能源并网的重要技术。该文首先系统梳理国内外太阳能光热发电技术的研究现状,分别从技术原理、灵活运行、优化规划、效益分析等角度进行详细的归纳与分析,在此基础上总结光热发电研究的关键科学问题,展望光热发电技术未来的研究方向,提出我国光热发电的发展建议。     

光热发电机组聚合模型及其在电力系统运行模拟中的应用

光热发电不仅提供了一种大规模利用太阳能的方式,还具备良好的调峰能力,能为构建可再生能源主导的电力系统提供有力支撑。由于组成结构和运行特性的特殊性,光热机组在建模中面临着所需变量多、约束复杂的问题。考虑到其单机容量较小,大规模光热并网后将显著提升运行模拟问题的规模和复杂度,增大模型求解难度,给电力系统运行模拟和优化规划带来挑战。针对上述问题,提出一种光热聚合建模方法,将多台机组聚合成一台等效机组,从而减小问题规模、加速模型求解。基于改编IEEE-RTS79的算例分析表明该方法正确、有效,不仅加速效果显著,而且计算误差较小。所提出的方法能为含大规模光热电力系统运行模拟及规划研究提供有力的分析工具。     

光热电站作为黑启动电源时计及机组恢复效益的运行优化

聚光太阳能热发电（CSP）,又称光热发电,是集储热与产电为一体的可再生能源发电技术,具备良好的运行特性,有望成为服务于电力系统应急恢复的黑启动电源。基于此背景,该文对参与系统机组恢复充当黑启动电源的CSP电站运行优化展开研究。首先,通过场景分析法对太阳直接辐射进行不确定性分析处理,并建立CSP电站支撑电力系统机组恢复的双层优化模型;然后,针对模型制定双层优化求解框架,外层为系统机组恢复模型,求取系统机组恢复信息和CSP电站的功率输出,内层为计及机组恢复效益的CSP电站运行优化模型,求解CSP电站运行状态;最后,在含CSP电站的改进新英格兰10机39节点系统中对该文所提方法进行研究验证,结果表明该方法可以充分发挥CSP电站的灵活性,能够有效支撑机组恢复过程。     

考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度

为提高可再生能源的消纳水平,分析可调度能源价格对可再生能源消纳的影响,提出从源荷侧双角度结合的方法。源侧将机组分为可调度能源和可再生能源机组两部分,同时考虑光热电站、热电联产机组联合运行;荷侧考虑居民负荷和工业负荷,将工业负荷中氢储参与电能调度。结合电能三阶段调度,建立了考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度模型。模型以运行成本最低为目标函数,调用Matlab中SCIP求解器求解,结果表明,模型能够有效提升系统灵活性,促进可再生能源消纳,同时显著提高系统运行经济性。     

含有电加热装置的光热机组运行策略研究

含储热的光热发电系统借助大容量的储热装置能够平移所吸收的光热能,具有良好的可调度性。从含储热的光热电站的运行机理入手,得到了含有电加热装置和储能装置的光热电站模型。阐述了光热电站的运行过程及其主要运行约束,提出了含电加热装置的光热电站的运行优化模型。通过西北某多能互补运行发电基地的实际算例,分析验证了加装电加热装置后可提高可再生能源的接纳,同时进行了增加储热罐储热时长和电加热装置功率的运行对比分析,表明电加热装置的具体配置需综合考虑两者影响。     

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO₂排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。     

基于成本最优的含储热光热电站与火电机组联合出力日前调度

含储热光热发电的优势体现为良好的出力可控性和可调度性,合理调度光热发电能够有效降低系统运行成本。以成本最优为目标,从光热电站的光电转换特性分析角度出发,在计及各项运行约束的基础上,提出含储热光热电站与火电机组联合出力调度策略。该策略综合考虑火电机组发电成本、光热发电并网消纳的环境效益和运行维护成本、系统旋转备用成本以及电网安全运行约束等因素,从而确定光热电站在既定储热容量下的最优出力调度策略。基于遗传算法,通过IEEE 30节点算例验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于光热电站水电联产的独立海岛综合供给系统容量优化配置

独立海岛往往面临着供电方式不环保、淡水资源稀缺的双重难题。全可再生能源供给系统是解决上述问题的有效途径。该文首先提出基于光热电站水电联产模式的全可再生能源海岛电能–淡水联合供应系统。该系统通过收集光热发电过程产生的低品位乏汽制备淡水,实现能量的梯级利用,提高系统综合效率;并利用光热电站的灵活可调度性实现风光互补,降低海岛系统的储能配置需求;进一步地,建立全可再生能源海岛供给系统的优化配置模型。仿真结果表明,所提出的综合供给系统有效提升了可再生能源的利用效率以及新能源机组的容量系数,降低了海岛的峰值负荷需求与机组配置容量,具备更好的成本经济效益。     

含大规模风电及光热电站的电力系统优化调度方法

含储热和电加热的光热电站的出力具有良好的灵活性和可调度性,能够有效提升电力系统调节水平和新能源消纳能力。首先,基于光热电站运行机理,建立含储热及电加热的光热电站运行模型,描述光热电站的能量转换特性及运行约束。进而,以系统运行成本最优为目标,计及系统各项运行约束,建立含大规模风电及光热电站的电力系统优化调度模型,并利用优化软件CPLEX求解模型。该模型综合考虑光热电站提供备用容量能力、系统运行稳定性及整体经济性,从而确定最优日前调度策略。最后,通过IEEE 39节点系统算例仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

聚光型太阳能电站与风电场联合优化运行及竞价策略

聚光型太阳能热发电(concentrating solar power,CSP)技术被认为是最具发展前景的可再生能源利用技术之一,其在不增加系统不确定性的前提下,利用蓄热系统(thermal energy storage,TES)使太阳能成为可调度资源。同时,CSP电站具有灵活的调节特性,将其与风电相结合,可以降低系统出力的不确定性并提高可再生能源的消纳能力。该文分析CSP电站的储能特性,建立CSP电站与风电场联合优化运行及竞价模型。该模型对CSP电站各组成部分进行较为详细的建模,计及可再生能源出力和市场价格不确定性的影响。为了提高电力系统的灵活性并增加联合系统的经济收益,考虑CSP电站在参与辅助服务市场竞价的同时为风电场提供平抑出力波动的备用容量。最后,通过算例对模型的有效性进行验证,并分析说明联合竞价策略相较于单独竞价策略的优势。     

基于信息间隙决策理论的含光热电站及热泵的综合能源系统低碳调度优化

为解决电–热综合能源系统（integrated energy system,IES）中热电供需矛盾导致的弃风及环境污染问题,提出了含光热电站及热泵的IES低碳调度优化模型。首先,在能源侧利用热泵的供热灵活性,打破热电联产（combined heat and power, CHP）机组“以热定电”的运行限制;考虑光热电站与CHP机组联合运行,进一步提升CHP机组运行的灵活性。其次,对IES中各设备容量进行优化配置,针对风电、光伏及光热出力的不确定性,采用信息间隙决策理论进行处理,提出风险规避鲁棒模型。最后,通过9节点测试系统验证所提模型的有效性,并划分不同场景验证光热电站及热泵对IES的优化效用。     

含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法

光热电站具有良好的可调节特性,能够弥补常规机组调节能力不足,促进风电、光伏消纳。然而,光热电站的可调节能力受到太阳能直射辐射情况以及蓄热装置初始蓄热量的影响,增加了光热电站接入下多源联合系统协调优化难度。为此,提出了含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法。首先,建立了光热电站功率调节特性、能量储存运行特性的数学模型;在此基础上,基于多源联合机组组合滚动优化及反馈校正的模型预测控制MPC思路,提出了含光热电站接入的多源联合系统滚动优化模型及相应的优化方法,进而得到含光热电站接入的多源联合系统优化控制方案;最后,以某含光热电站接入的新能源送端电网为例进行仿真计算,仿真结果验证了所提方法在挖掘光热电站有功调节能力、促进风光电消纳方面的有效性。     

计及电动汽车充电负荷的风电-光伏-光热联合系统协调调度

考虑大规模电动汽车(Electricvehicle, EV)随机接入含高比例可再生能源电力系统后会进一步加大系统运行的稳定性问题,根据风光特性将联合系统划分为"有风有光"、"有风无光"、"有光无风"、"无风无光"四种运行模式,提出一种计及EV充电负荷的风电-光伏-光热协调调度策略。在"多能源端"通过外加电加热模块将盈余电功率转换成热功率储存在光热电站(Concentrating solar power,CSP)的蓄热系统(Thermal energy storage,TES)中,在可再生能源出力不足时,通过TES放热推动汽轮机组出力,从而减少功率波动性。在"负荷侧"将EV负荷划分为无序EV、单纯有序EV和V2G(Vehicle-to-grid)三种不同的EV负荷。最后利用Matlab进行仿真分析,仿真结果验证了所提调度策略在减少净负荷方差、增大可再生能源消纳、减小传统机组波动等方面的有效性。     

基于风光荷储联合优化的虚拟电厂竞价策略

基于电力市场的竞价机制和虚拟电厂的运行机制,构建了以风电-光伏-负荷-储能联合运行体利润最大化为目标的优化决策模型。该模型充分考虑新能源机组,储能与负荷运行时的各项技术约束条件,通过虚拟电厂中风-光-荷-储间协调耦合运行的发电策略与出力安排等,实现新能源与电动汽车联合参与市场竞价。构建算例验证了该风光储联合运行优化决策模型的正确性与有效性,并通过对多组场景对比,分析新能源出力波动性对风-光-荷-储联合运行模式的竞价策略的影响。     

考虑光热发电的集中充电站有序充电决策

光热发电（concentrating solar power, CSP）作为一种重要的可再生能源发电技术, 通过聚光集热器、储热设备和汽轮机组等设备发电。相比光伏发电, CSP利用储热设备（thermal storage system, TSS）实现了类似传统燃汽轮机的调节性能好、爬坡能力强等出力特性, 并可在夜间或无光照时段持续放热发电。因此, 考虑CSP可为集中充电站提供可控、持续、稳定出力和良好的辅助服务, 利用其与集中充电站联合运行, 提出了考虑CSP的集中充电站有序充电策略, 构建了以集中充电站日购电成本和向电网缴纳的系统负荷波动惩罚费用综合最优为目标的有序充电模型。算例表明, 考虑CSP的集中充电站有序充电策略可有效降低购电成本和平抑系统负荷波动。此外, 对比分析了光伏发电和CSP对运行结果的影响, 对不同储热设备容量配置下的运行结果作了比较分析。     

计及热惯性及光热电站的综合能源系统优化

传统热电联供联合调度中,燃气轮机(gas turbine, GT)机组“以热定电”的运行模式极大地限制了系统的调峰能力。提出一种光热电站(concentrating solar power, CSP)参与供热的综合能源系统优化调度方法,并在调度过程中考虑供热网络和供热区域的热惯性。首先,构建光热电站参与电热联合系统调节模型,发挥其供能潜力。其次,构建热网管道和建筑物集群的热惯性模型,挖掘其虚拟储能的特性,在满足各项约束的条件下实现两类热惯性与CSP的协同优化运行。在仿真分析中构建5种对比场景,验证了热网和供热区域的热惯性与CSP储热系统(thermal energy storage, TES)相互协调在提升系统运行经济性、风电上网率和降低系统碳排放方面的有效性。     

抽水蓄能助力风光稳定外送的最佳配置策略

跨区域、大规模的新能源电力输送是应对国内风光资源与负荷中心逆向分布特点与实现碳中和的必然要求,而风光出力固有的随机性、间歇性和波动性给新能源打捆稳定输送带来了挑战。水电具有的“电源+储能”的双重身份为平抑新能源波动、提升-风-光-水混合能源系统灵活性,以及促进新能源打捆外送提供了解决思路。以抽水蓄能为例,针对风-光-抽水蓄能混合能源系统,提出一种计及抽水蓄能电站运行功率约束、库容约束、进出水量约束的容量配置优化方法,旨在量化抽水蓄能对新能源打捆外送的助力效果,即确定单位抽水蓄能可支撑的新能源外送容量,构建并求解以最小化抽水蓄能投资成本为目标且满足各典型运行场景的容量规划模型。