基于随机规划理论的电网侧储能配置方法研究

针对新能源消纳需求下的电网侧储能配置问题,提出一种基于随机规划理论的电网侧储能配置辅助决策方法。该方法首先通过对新能源出力场景随机样本的聚类分析建立储能配置需求典型随机场景集;然后通过新能源并网生产模拟,分析各随机场景下的储能配置需求;最后根据各典型随机场景的概率分布及其储能配置需求,并考虑实际工程中的备用和可靠性指标要求确定电网侧储能配置推荐方案。基于IEEE 30节点系统进行了案例分析,验证了方法的正确性和有效性。研究表明:该方法能够很好地量化新能源消纳需求下的储能配置随机场景,实现电网侧储能的优化配置,对提高电网侧储能配置的决策水平,促进新能源消纳具有积极作用。     

基于氢储能的可再生能源系统协同规划方法

建立高渗透率可再生能源系统是实现碳中和的必由之路,然而可再生能源出力具有波动性与季节性,为实现可再生能源的长时间尺度规划,以最小年化成本为目标,将制-储-用氢环节纳入可再生能源规划决策,建立了全年时序生产模拟的基于氢储能的可再生能源系统模型,将系统成本问题与运行模拟问题统一到规划层面。为验证基于氢储能的可再生能源系统的优越性,对比基于电池储能的可再生能源系统的年化成本;验证具有不同风光资源地区的适用性,对比具有不同风光资源特性地区规划结果。最后,引入可调度能源价格与电解槽设备输入功率变化量对系统参数的灵敏度分析,并通过算例表明在两地区氢储能系统实现电能的季节性存储,虽然在转化效率上具有劣势,但是在经济性与弃电率上具有明显优势。     

基于氢负荷需求的氢能系统容量规划

在未来能源社会中,氢能将作为能源电力系统的关键环节来实现各种能源的相互转化。为此,提出了一种基于不同氢负荷水平的新能源制-储氢系统容量规划方法,以合理推动风、光等可再生能源在电网中的应用与发展。该方法能够在满足区域氢负荷需求的同时,获得最大程度的经济收益,并确定了不同运行模式下的最佳制氢规模。此外,该方法还考虑了氢能短缺及弃风、弃光的惩罚成本和系统环境效益。结果表明,与采用风光联网不购电制氢模式相比,采用风光联网购电制氢模式更为合理和经济,避免了大容量制-储氢设备的冗余配置。     

基于新能源接入的新型交直流储能单元配电网规划方法研究

随着新能源技术的飞速发展,构建以新能源为主体的新型电力系统是推动节能减排的必然趋势,实现新能源充分消纳、满足用户侧灵活接入成为新能源技术的重要研究方向.为此提出了一种基于新能源接入的新型交直流储能单元配电网规划方法.提出了交直流储能单元的技术方案,该方案能提供灵活的接入方式;以储能单元的交直流配电网物理架构为基础,实现多种型式新能源的灵活接入,提供高可靠性的电能.     

考虑最低惯量需求的受端电网储能规划研究

随着新能源接入比例快速攀升,受端电网惯量支撑和频率调节能力逐步下降,频率稳定问题日益突出。电化学储能具有快速功率响应能力,为保障频率稳定提供了新手段。该文综合考虑电化学储能虚拟惯量和快速频率响应功能,提出了一种考虑系统最低惯量需求的受端电网储能规划方法。从最低惯量需求的定义出发,根据惯量水平与系统频率响应特性的关系,得到基于最大频率变化率和最大频率偏差的最低惯量需求约束,以总成本最小为目标和运行安全约束校验为内核构建了储能优化规划模型。基于分段线性化和变量二进制转化技术,实现了原始非线性优化模型的线性化高效求解。基于某电网规划数据开展仿真测试,验证了该文模型的有效性。     

基于参数规划的电网侧储能容量价值评估方法

在新能源大规模接入电力系统的背景下,电网侧储能作为一种灵活资源可以支撑电力系统运行。评估储能应用价值是进行储能容量配置的必要准备工作。文中首先定义3个评估指标,体现出储能对新能源消纳、电力系统灵活性和系统调度经济性的价值;然后基于多参数混合整数线性规划理论,提出一种储能容量价值评估方法,并应用到所提评估指标中,每个评估指标都能得到以储能功率容量和能量容量为参数的分段线性函数;最后使用东北电网数据仿真验证所提模型和方法。结果显示所提方法可以解析刻画储能容量对其应用价值的影响,并将结果进行可视化展示;解析表达式中包含的灵敏度信息揭示了储能容量价值的关键瓶颈参数,并可为不同应用场景储能容量配置提供参考。     

考虑电网惯量及调频要求的储能配置规划

随着新能源接入电网规模的不断增加,电网灵活性受到了新的挑战,与此同时,在中国东部沿海省份,高比例外受电挤占电源调节空间并威胁电网安全运行,成为当前亟待解决的问题。为此,以高受电比例的高比例新能源电力系统为研究对象,对高比例新能源电力系统的惯量及调频支撑要求进行分析,并提出针对系统惯量和调频能力需求的储能配置规划模型。首先分析系统的惯量及调频能力要求,其次建立储能参与频率响应的运行模型,基于此,提出了考虑电网惯量及调频要求的储能配置模型。最后以高外受电比例的高比例新能源电力系统为背景仿真验证了配置模型的有效性。     

基于电氢路车协同的区域电氢制充注一体站规划研究

新能源汽车作为交通领域脱碳发展的关键,其充能需求的补给受基础充能设施布局规划的影响。针对此问题,提出基于电-氢-路-车协同的区域电氢制充注一体站（electric hydrogen generation and charging station,EHGCS）规划方法。首先,建立时间-流量模型分析交通道路的拓扑结构,并采用Dijkstra算法对新能源汽车行驶路径实时模拟,从而建立考虑车-路-网耦合的新能源汽车电氢需求预测模型;其次,分析制取、压缩和存储氢气的全过程,构建EHGCS运行架构和能量流动模型;然后,建立以投资、运行、网损等经济性成本最小为目标的区域EHGCS规划模型,计及路-网耦合约束、配电网和EHGCS设备安全运行约束并利用二阶锥松弛技术求解最优规划方案;最后以某市城区部分干道和IEEE33配电网节点为算例验证所提方法的有效性和实用性。     

考虑功率互济的多区域电网储能系统联合优化配置

在新能源并网规模逐步提升的背景下,针对广域互联电网的多储能规划问题,建立考虑区域电网互济的储能系统联合规划优化配置模型.首先,建立多区域电力系统的网络等效模型,以刻画多区域互联系统的功率互济关系,并提出多区域系统的机组启停安排方法,计算不同区域的机组日内启停方案.其次,针对互联电网的多区域储能协同规划问题,建立计及功率互济的多区域储能联合双层优化配置模型.模型外层以多区域新能源总弃量最小为目标,优化计算各区域的储能配置;内层以区域间传输功率与区域注入功率的波动量最小为目标,以获得火、储以及新能源的最优出力方案.然后,利用全场景近似网损和联络线综合利用率,实现多区域储能规划方案的效益评估,实现储能投资价值的量化.最后,通过算例分析验证所提模型及方法的有效性.算例分析表明,所提模型可充分兼顾各区域新能源消纳要求,有效提升全网消纳指标,节约储能系统投资,可应用于广域互联电网的储能系统协同规划.     

考虑长周期供需不平衡风险的新型电力系统规划方法

受高比例新能源并网带来的波动性和间歇性影响,新型电力系统的长周期供需不平衡矛盾日益突出。该文将电力系统的长周期供需不平衡风险分为两部分：连续多日无风无光的极端天气场景和月电量供需不平衡风险。首先,选取连续多日无风无光的极端天气场景,提出基于条件风险价值理论(conditional value at risk,CvaR)的月电量不平衡风险评估模型。在此基础上,提出考虑长周期供需不平衡风险的新型电力系统规划方法,通过季节性储能等灵活性资源的优化配置,可有效提升电力系统的长周期平衡能力。最后,基于IEEE RTS-79算例分析论证了所提方法的有效性,并初步讨论季节性储能在平抑长周期供需不平衡风险方面的作用。     

考虑灵活性约束与需求响应的电网大规模集中式储能规划方法

针对集中式储能规划过程干扰因素过多,功率平抑效果较差,可再生能源消纳率不高的问题,设计一种考虑灵活性约束与需求响应的电网大规模集中式储能规划方法。对于由变流器、电池组、风电、光电构成的大规模储能系统,分析居民用户负荷特性、工业用户负荷特性。在分析中使用正态分布模型对用户负荷进行拟合,综合考虑灵活性约束与需求响应这2种因素,构建电网大规模集中式储能规划模型的目标函数,并进行目标函数求解,实现电网大规模集中式储能规划。实验结果表明,规划后的可再生能源消纳率整体高于60%,规划后的夏季供冷平衡指数大于90%,冬季热能供需平衡指数大于70%,有着明显的电网功率平抑效果。大规模集中式储能规划方法有着出色的储能规划性能。     

基于改进双层鲁棒的氢-电混合时间尺度联合储能系统规划

随着可再生能源并网比例持续提高,为平抑可再生能源发电波动的储能技术受到广泛的关注。氢储能作为一种新兴的储能方式可以实现长时间以及广域空间范围内的大规模电能量的转移,是消纳高比例可再生能源的重要技术。论文构建了包含电化学储能、氢储能及上级电网的氢-电联合耦合系统,构建了长期氢储能与短期电化学储能的长-短期混合时间尺度联合储能机制,建立了联合储能系统中各装置的数学模型。为降低常规双层鲁棒规划方法针对风/光/荷不确定性处理的复杂程度,克服对于求解器的依赖,提出了一种改进的双层鲁棒规划,充分计及了风/光/荷最不利的情况,实现了长短期的氢-电混合储能系统中的设备配置容量的规划。为分析氢储能在长时间尺度下充放能的过程,利用典型日权重系数法对典型日进行耦合,以较小的计算量来描述全年的氢储能充、放氢能量。针对某地区进行算例分析,并对其结果从系统各装置配置容量/功率、总成本及各装置功率时序进行比较分析,验证论文所述方法的可行性及有效性。     

基于主从博弈的主动配电网分布式电源与独立储能协同规划方法

为进行电力市场改革背景下的分布式电源(DG)与独立储能的合理规划,文中以分布式电源运营商(DGO)和独立储能运营商(IESO)为投资主体,分别对配电网中DG和独立储能的安装容量进行决策。以DGO为主导者、IESO为跟从者构建主从博弈双层规划模型。针对独立储能制定了消纳新能源出力与电池余量套利相结合的运行策略,并引入交易电价,使DGO利用弃风弃光部分与IESO开展交易。采用标准粒子群算法与数学优化方法相结合的方式求解模型,通过IEEE 33节点配电系统仿真分析表明,所提出的规划方法可有效提高规划的经济性,有利于储能的市场化发展,同时可提高DG渗透率,减小弃风弃光率。     

风电—氢储能与煤化工多能耦合系统设备投资规划优化建模

以氢储能为媒介将风电与煤化工进行有机整合,是提升风电消纳能力、降低煤化工耗能与污染的有效技术路线。提出以风电全额消纳和煤化工低耗能、低污染的风电—氢储能与煤化工多能耦合系统(W-HESCC)集成架构设计方案;以多能耦合系统设备一次性投资最小为目标,以风电全额消纳与W-HESCC稳定运行为约束,构建多能耦合系统设备投资规划数学模型,进而使用遗传算法对上述模型求解;基于新疆某地区风电场与煤化工企业为算例背景,仿真结果表明提出的多能耦合系统设备投资优化规划数学模型的正确性,并进一步基于规定应用场景分析了不同风电并网比例与风电非电形态消纳比例条件下系统的投资成本变化规律。     

多重应用场景下的电网侧储能需求评估方法

储能设备作为一种优质的灵活性资源,在电网调频、调峰、平抑新能源波动等方面均能起到重要作用。现有储能规划研究中缺乏对多重应用场景下系统储能需求边界的评估方法。文章基于系统运行历史数据与电力系统运行模拟方法,给出了一种适用于多重应用场景的系统整体储能需求评估方法。基于江苏电网2020年规划测试系统,应用此方法计算了江苏电网调频、调峰、平抑新能源波动等3个场景下电网侧储能的需求。其中调频储能需求为289.3 MW/134.2 MW·h;平抑风电与光伏波动的储能需求分别为389.6 MW/ 629.2 MW·h与636.8 MW / 433.5 MW·h;调峰储能需求为1 245 MW /1 680 MW·h。文章还同时给出了储能类型选择的建议。     

面向新型电力系统的新能源与储能联合规划方法

随着电网负荷日益增加和新能源在电网渗透率的不断提高,针对电力市场环境下新能源和储能电站规划问题,提出一种考虑电力市场调度影响的双层规划方法。首先,上层规划用来模拟投资主体,以净收益率最高为目标,决策变量为新能源和储能装置的安装位置和额定参数,下层规划用来模拟市场经济调度,以社会福利最大化为目标;然后,基于分解与重构思想,将双层规划模型分解为一个主问题和两个子问题,通过主子问题迭代的方式进行求解;最后,以IEEE-14节点系统为例,验证了所提规划算法的有效性,并分析了不同售电价格对规划结果的影响。     

面向低碳供能的多园区共享氢储能系统容量规划

双碳目标下为提高园区供能的清洁性和经济性,提出基于风光发电的多园区共享氢储能容量规划方法。首先,利用风、光发电与多园区用户用能的时空互补特性,建立多园区共享氢储能实现清洁发电、经济供能的基本框架,以实现氢储能的容量和能量共享。其次,兼顾多园区的利益诉求,提出基于合作博弈的共享氢储能容量配置模型与投资成本分摊方法,以合理配置各设备容量、提高氢储能的投资经济性。最后利用算例验证所提多园区共建共享氢储能系统的优化配置模型与投资成本分摊方法的可行性与竞争性。结果表明,多园区共享模式较自配模式分别降低投资与碳排放成本26.4%与17.4%,氢储能可更灵活地实现集中式储能资源的共享使用,尤其对具有间断性发电特征的用户优势明显。     

基于EWT-FC方法的氢-超级电容混合储能功率分配

为平抑风电功率波动,弥补单一储能的不足,引入氢和超级电容构成的混合储能装置平滑风电功率波动。针对传统功率分配方法难以建模,容易出现模态混叠现象等问题,以及为了提高储能系统可靠性,提出了一种经验小波变换EWT（empirical wavelet transform）-模糊控制FC（fuzzy control）策略方法。首先,为了验证EWT算法能实现储能设备间功率精确分配,将EWT算法与经验模态分解EMD（empirical mode decomposition）和小波变换WT（wavelet transform）算法进行对比;其次,采用EWT算法分解重构风电原始功率得到并网功率和混合储能平抑功率;最后,考虑超级电容荷电状态SOC（state-of-charge）和储氢罐压力对系统安全稳定运行的影响,采用模糊控制修正储能元件的充放电功率。仿真结果表明, EWT算法避免了模态混叠,实现了储能设备间功率精确分配。该控制策略能有效平抑风电波动,保证了SOC和储氢罐压力在合理范围内,延长了设备寿命,实现系统稳定运行。     

储能应用规划和效益评估的研究综述

就储能技术在电网侧、用户侧和新能源发电中等3个不同的主要应用场合的应用规划和效益评估方法进行了研究和归纳,分析了相关研究的模型中的目标函数差异、约束条件和求解方法的不同,指出了目前研究的优点和不足,最后阐述了储能规划中有待进一步考虑的问题和应用推广过程中应予以关注的方面。     

考虑系统灵活性的储能-输电线路扩展联合规划

强随机波动性的高比例风光电源接入及输送网络规划需要兼顾电力电量平衡和灵活性平衡,经典的输电线路扩展难以满足要求,储能-输电联合规划成为新的解决方案。建立基于灵活性定量评估的储能与输电线路扩展联合优化规划方法。首先,从灵活性角度分析“储-输”联合规划在兼顾电力电量平衡和灵活调节能力上的技术特点和优势;然后,建立考虑灵活性的“储-输”联合规划模型,并提出启发式与数学规划相结合的求解方法;最后,基于改进的Garver-6算例系统进行算法验证,结果表明：在高比例可再生能源场景下,“储-输”联合规划具备更好的经济性;储能有效改善了系统的上调灵活性,但成本是制约其规划容量扩大的重要因素。