风光储独立和联合参与日前电力现货市场交易优化比较研究

针对电力市场环境下风光储参与日前电力市场方式的问题,结合风光储互补特性和风光出力不确定特征,对风光储独立和联合参与现货市场交易优化进行了比较研究。首先,结合日前现货市场机制构建了风光储独立和联合参与市场的交易模式和基本框架。其次,通过拉丁超立方采样和同步回代将风光出力随机变化过程转化为多个确定性概率场景。然后,分别以预期收益最大为目标,考虑合作的参与和激励约束,建立了风光储独立和联合参与现货市场交易的优化模型,并在此基础上进一步构建了考虑条件风险价值的联合交易优化模型。最后,通过算例验证发现:储能在独立和联合模式下均有平抑风光偏差的作用,且后者效果更好;同时,联合模式下收益与风险水平呈现非严格的正相关关系,实际应用中应设置适当的置信水平以获得更大利润。     

计及消纳责任权重的区域综合能源系统运行优化研究北大核心

在“2030碳达峰、2060碳中和”双碳目标的政策背景下,社会进一步推动可再生能源电力消纳责任权重的实行。作为可以有效支撑清洁低碳能源体系的区域综合系统,需要在考虑可再生能源电力消纳责任权重情况下保证系统经济低碳运行。结合绿色证书交易机制,提出了一种计及可再生能源电力消纳责任权重的区域综合能源系统运行优化模型。以系统总收益最大化为目标,综合考虑可再生能源消纳责任权重、绿色证书交易、碳排放等因素,构建了包含电、热、冷负荷的区域综合能源系统运行优化模型。通过设置不同场景进行算例分析,结果表明考虑了可再生能源电力消纳责任权重和绿证交易的区域综合能源系统优化模型可有效提高系统总收益且兼顾了环境效益,为系统的经济低碳运行提供了有效借鉴。     

大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展

新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程的平稳性要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先对可再生能源电解水制氢合成氨的工艺组成及过程进行介绍，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而提出该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨工艺流程优化和柔性调控技术、考虑“电-热-质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源-网-氢-氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统开发了合成氨高保真代理模型；研究了可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电制水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究了集群系统多时间尺度时域仿真方法，建立了电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑了模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建了集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网的全系统协同控制技术，研究了水光互补发电、电制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；综合采用了静态等值和参数聚合等方法降维和等值电制氢合成氨系统仿真模型，研究了源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究了电制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。     

虚拟电能交易驱动的光储聚合商容量优化配置

近年来，在双碳目标、新型电力系统的背景下，近乎零边际发电成本的分布式清洁能源装机得到迅速发展。然而，如何研究含分布式清洁能源“产消者”之间能源交易机制及这种交易行为对规划的影响面临重要挑战。针对含光伏和储能的光储聚合商之间交易行为影响，提出了一种基于虚拟电能交易驱动的光储容量优化配置方法。首先，以光储聚合商效益函数为基础，构建了光储聚合商之间的电力交易协商过程与撮合机制，以产生电能定价并模拟一定容量配置下系统优化运行状态；其次，考虑多个聚合商分散交易行为对容量配置的影响，建立考虑虚拟交易影响的光储聚合商容量优化配置模型，该模型将交易行为的影响以交易成本的形式融入运行构成，以光储容量配置成本与运行成本最小为目标函数，通过交易规划约束保证系统的安全性；最后，仿真结果发现：本文提出的光储聚合商效益函数能够指导光储聚合商之间的交易定价行为，模拟分散交易，电能的价格和负荷水平受到储能与光伏容量配置的影响；通过考虑交易定价机制对光储容量配置的影响与优化引导效果，得到了聚合商经济性最优的容量配置方案，满足负荷正常消耗并避免了储能规划投资上的浪费。本文为含可交易能源的光储聚合商交易层面提供了定价策略，为考虑分布式清洁能源交易影响的光储容量优化配置方法提供了有效一定参考。     

特约稿：泛在电力物联网下虚拟电厂的研究现状与展望

可再生能源的规模化接入与应用是泛在电力物联网的基础性特征之一,其固有的不确定性一方面会给电网的安全稳定运行带来影响,另一方面导致其无法直接加入电力市场运营。虚拟电厂作为一种多能源的聚合模式,可对分布式可再生能源进行协同控制并以一个集合体的形式参与电力市场,对于实现泛在电力物联网建设内容中提升电网安全经济运行水平以及促进清洁能源消纳具有重要意义。国内外对虚拟电厂的研究由来已久,欧洲FENIX项目虚拟电厂针对实现分布式电源可靠并网和电力市场运营的目标,而北美的虚拟电厂主要基于需求响应计划,所以虚拟电厂聚合了大量可控负荷,在我国,国网冀北电力公司虚拟电厂示范工程兼顾考虑“源网荷储”的互动,将泛在可调资源聚合为可与电网柔性互动的互联网电厂。在此基础上,首先分析了虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易三个方面的研究现状。虚拟电厂的协调控制对象主要包括各种分布式电源、储能系统、可控负荷以及电动汽车,协调控制方式主要分为集中式控制和分散式控制,在集中控制下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元制定,在分散控制中,虚拟电厂的决策由各个代理系统取代;虚拟电厂的优化调度是指在满足各机组出力约束和网络约束的前提下,以收益最大化、运行成本最小、碳排放最小为目标,对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度或虚拟电厂作为一个整体参与电网调度;此外,虚拟电厂利用其先进的通信技术在参与电力市场交易时能够快速响应市场电价变化、负荷需求变化,对促进电力市场自由化,增加市场灵活度,引导用户调峰调频等方面有着重要的作用。其次,详细阐述了泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术,包括“边缘-云”计算架构、区块链技术和大数据技术。“边缘-云”计算架构,一方面通过云主站对虚拟电厂内部参与需求响应的负荷进行选择,另一方面通过边缘计算感知用户用电行为,使得虚拟电厂在制定投标策略时能够更加精准;区块链技术去中心化和透明化的特点与虚拟电厂在地域上的分散性和调度过程中的协调控制有一定的相似之处,同时区块链技术也可保证虚拟电厂参与电力市场交易时的公平性和信息安全;大数据技术一方面可用于对各分布式电源的出力进行更为精确的预测,另一方面也可用于处理虚拟电厂内部的各种信息,提高各单元数据交换与处理的速度与精度。最后,对泛在电力物联网下虚拟电厂的研究进行了展望。考虑了全成本节点电价下虚拟电厂的模型与优化调度方法以及虚拟电厂的信息物理安全问题与对策。     

泛在电力物联网下虚拟电厂的研究现状与展望

可再生能源的规模化接入与应用是泛在电力物联网的基础性特征之一,其固有的不确定性一方面会给电网的安全稳定运行带来影响,另一方面导致其无法直接加入电力市场运营。虚拟电厂作为一种多能源的聚合模式,可对分布式可再生能源进行协同控制,并以一个集合体的形式参与电力市场,对于实现泛在电力物联网建设内容中提升电网安全经济运行水平以及促进清洁能源消纳具有重要意义。国内外对虚拟电厂的研究由来已久,欧洲FENIX项目虚拟电厂以实现分布式电源可靠并网和电力市场运营为目标,而北美的虚拟电厂主要基于需求响应计划,所以虚拟电厂聚合了大量可控负荷。在中国,国网冀北电力公司虚拟电厂示范工程兼顾考虑"源–网–荷–储"的互动,将泛在可调资源聚合为可与电网柔性互动的互联网电厂。在此基础上,首先分析了虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易3个方面的研究现状。虚拟电厂的协调控制对象主要包括各种分布式电源、储能系统、可控负荷以及电动汽车,协调控制方式主要分为集中式控制和分散式控制。在集中式控制下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元制定;在分散式控制下,虚拟电厂的决策由各个代理系统取代。虚拟电厂的优化调度是指在满足各机组出力约束和网络约束的前提下,以收益最大化、运行成本最小、碳排放最小为目标,对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度,或者将虚拟电厂作为一个整体参与电网调度。此外,虚拟电厂利用其先进的通信技术在参与电力市场交易时能够快速响应市场电价变化、负荷需求变化,对促进电力市场自由化、增加市场灵活度、引导用户调峰调频等方面起到重要的作用。其次,详细阐述了泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术,包括"边缘–云"计算架构、区块链技术和大数据技术。"边缘–云"计算架构,一方面,通过云主站对虚拟电厂内部参与需求响应的负荷进行选择;另一方面,通过边缘计算感知用户用电行为,使得虚拟电厂在制定投标策略时能够更加精准。区块链技术去中心化和透明化的特点与虚拟电厂在地域上的分散性和调度过程中的协调控制有一定的相似之处,同时区块链技术也可保证虚拟电厂参与电力市场交易时的公平性和信息安全。大数据技术一方面可用于对各分布式电源的出力进行更为精确的预测;另一方面也可用于处理虚拟电厂内部的各种信息,提高各单元数据交换与处理的速度与精度。最后,对泛在电力物联网下虚拟电厂的研究进行了展望。考虑了全成本节点电价下虚拟电厂的模型与优化调度方法以及虚拟电厂的信息物理安全问题与对策。     

一种分时段多目标火电机组实时调度策略及可再生能源消纳能力评估

在可再生能源大规模入网、调频调峰资源严重不足的背景下,兼顾火电机组灵活性及经济性,推动火电机组主动参与电网调峰调频,对最大化消纳可再生能源具有重要意义。提出一种分时段多目标火电机组实时调度策略,根据超短期预测数据,通过经济-消纳目标函数转换,修正火电机组下一时段出力曲线;提出消纳充裕度评价指标,综合评价所提控制策略效果。以西北地区某实际风火联合运行系统为仿真算例,评估其可再生能源消纳能力,验证了所提控制策略的有效性。     

英国电力容量市场的成本效益分析与配置优化机制研究

大规模可再生能源并网后,水流、风速、光照等资源的随机性降低了发电的可控性,给低碳电力系统的运行带来了很大的不确定性。回顾英国新一轮电力市场改革中容量机制的背景、概念和运作模式,研究考虑系统可靠性的低碳电力发展对容量市场的影响和作用,认为容量市场是对电量市场的有效补充和支撑。并在此基础上,分析容量市场中发电资源的成本效益和系统最优容量的配置机制,构建兼顾可靠性和经济性的系统最优容量模型。案例分析验证该模型和机制的可行性,实现可靠性和经济性的协同优化,为中国电力改革提供参考。     

基于虚拟同步发电机的光-储调频控制策略研究

太阳能光伏发电作为一种可再生能源发电在电网中渗透率不断升高,与此同时,对于系统稳定性的影响也越来越不得忽视。首先,对光伏发电系统输出特性进行分析。针对光伏并网发电在遇到频率波动时不具备惯性和调频能力的问题,提出了应用储能补偿系统的调频需求,通过对储能逆变器采用虚拟同步发电机控制策略,使光-储作为一整体对外具备类似同步发电机特性,同时该系统还拥有保证光伏对外输出功率稳定的能力。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提出调频控制策略的有效性。     

计及渗透率约束的风光火储系统容量优化及规律研究

为探索不同风光渗透率对风光火储系统容量配置及系统运行的影响规律,以风光火储联合发电系统为例,构建了考虑渗透率约束与火储联合控制的3层容量优化模型。首先,将黄金搜索优化（golden search optimization,GSO）算法引入容量优化配置求解中,给出不同渗透率约束下系统最佳容量配置,求得系统运行指标数据结果;然后,对所得结果进行最小二乘法曲线拟合,得到系统的经济性、可靠性和稳定性与不同渗透率之间的变化曲线;最后,系统地分析了曲线趋势变化的主要原因,可为风光等可再生能源系统容量优化配置及运行规划提供借鉴。     

能量及调频市场下含储联盟体的竞价行为分析

随着储能在调频市场的不断发展,关于含储联盟体的决策行为对出清结果的影响及最大化自身收益的问题亟待解决。为探求能量及调频市场下申报不同的功率及电价所带来的影响,提出调频参与度概念,并搭建以最大化含储联盟体的收益及最小化配电系统运营商（DSO）成本为目标的双层优化模型,以跟踪中心轨迹内点法及遗传算法对联盟体间的博弈均衡问题进行求解,确定市场的纳什均衡点,得到2个市场下含储联盟体所采取的最优运行策略。最后,在IEEE 33节点系统算例中对所提模型及方法的可行性进行验证,分析不同调频参与度影响下的出清结果及自身收益情况,得出对调频参与度进行合理选择相比只参与能量市场时可获得更高收益的结论。     

可再生能源发电电价形成机制与参与电力市场的竞价策略

在节约能源和环境保护的国际大环境下,可再生能源发电如风电近年来得到了快速发展。间歇性可再生能源发电的快速发展为电力系统鲁棒/灵活规划与安全运行、电力市场的设计与运营带来了新的挑战。在过去的10多年间,就间歇性可再生能源发电并网后如何参与电力市场运营问题国内外已经做了一些研究工作,特别是其电价形成机制和竞价策略。在上述背景下,首先概述了可再生能源发电参与电力市场的发展过程,之后综述了国内外在可再生能源发电电价形成机制和竞价策略方面的研究成果。最后,基于相关的研究文献,分析了可再生能源发电参与电力市场运营时对市场电价的影响。     

可再生能源消纳责任权重制下风电多阶段消纳策略

风电等可再生能源的迅速发展使其成为了电网的重要组成部分，但其出力的不确定性为消纳带来了一定的困难。基于不同时间尺度下风电不确定性强弱，考虑不同电力市场间的联动，结合可再生能源消纳责任权重的实施背景，提出一种可再生能源消纳责任权重制下的风电多阶段消纳优化策略。中长期市场中，建立交割日前顺负荷电量出清模型，优先消纳风电稳定出力段；日前市场中，建立火电参与调峰的市场出清模型，最大化风电消纳；实时平衡市场中，建立单侧挂牌交易市场出清模型，完成过剩风电的实时消纳；绿证市场中，基于古诺模型模拟的绿证市场，最大化发电商收益。模型间通过风电出力的变化进行数据传递与交易控制。仿真结果表明，该多级消纳策略在促进风电消纳的同时降低了社会发电成本。     

风电—光伏—光热发电系统联合优化运行研究

“风光热储”是近几年多种新能源互补发电的新模式,以有效解决用电高峰期和低谷期存在的电力输出不平衡问题,并提高能源利用率,实现清洁发展。为此研究了光热电站的运行机理和工作模式。建立了风电—光伏—光热发电系统联合优化运行模型,以高优先级优化匹配调度曲线的程度,以低优先级优化联合系统的可再生能源消纳能力。为提高风力发电、光伏发电并网的可靠性,采用预测误差描述二者出力存在的不确定性,并采用样本均值近似法对其进行了确定化处理。然后对优化模型中的非线性因素进行了线性化处理,最后调用Cplex求解器得出联合系统最佳调度方案。结果表明,光热电站可以调节联合发电系统的上网功率,使其尽可能满足调度曲线的需求;另外,采用样本均值近似法处理不确定变量,并且将优化模型线性化后,可以更加快速地求出最优解。     

我国后续电力市场化改革路径构想

针对我国电力体制改革的现状,借鉴国外电力市场的发展经验和教训,对我国后续电力市场化改革路径提出了一种新的构想,即以OTC(Over the Counter)交易和节能发电调度组合模式为我国电力市场化改革的新起点,经过丰富OTC市场交易主体、逐步开展大用户与发电企业的合约交易的第二阶段,到以完善的OTC市场交易为主、现货交易为辅的第三阶段,向标准化、金融性远期市场和现货市场组合模式迈进的路径;寄期能对我国后续电力市场化改革提供有价值的参考。     

基于机制设计理论的调频服务合同的最优设计(一)合同模型

电力工业的市场化改革在实现资源优化配置的同时也给系统的安全稳定运行带来了更大的挑战.如何保证足够的调频容量是广泛关注的问题之一.针对电力市场环境下电网公司如何激励抽水蓄能电站提供调频辅助服务的问题,运用委托-代理模型研究二者之间最优调频辅助服务合同,得出满足电网公司和抽水蓄能电站双方效用均衡的结果.     

电力市场环境下风光储联合运行优化策略

风电、光伏等新能源机组与储能系统联合参与电力市场竞争的策略,有利于提高新能源发电企业的市场竞争力,促进新能源消纳与友好接入。构建风电—光伏—储能联合优化运行决策模型,以利润最大化为目标,充分考虑新能源机组与储能系统运行时的各项技术约束条件,研究在电力市场环境下风光储协调耦合运行的发电策略与出力安排,并分析联合运行模式所带来的经济效益问题。算例分析验证了所提出的风光储联合运行优化决策模型的正确性与有效性。     

含可再生分布式电源参与调控的配电网无功电压优化控制研究综述

高比例可再生分布式电源(RDG)分散接入配电网,其出力随机性叠加负荷波动性,对优化控制和运行态势预测分析带来极大困难,使得充分挖掘多类型无功设备调节潜力,从"源-网-荷-储"多维度拓宽无功优化控制"可行域"成为必要。结合风电、光伏发电等RDG参与配电网无功优化和电压调控研究现状,归纳整理了相关建模方法,主要包括:多时间尺度和分层分区优化控制、有功无功协调优化、网络重构与无功调控协调优化等;简要分析了配电网无功优化数学方法,包括随机变量处理方法和无功优化求解方法等。最后,结合未来"源-网-荷-储"结构变化、能源互联网发展趋势和电力市场化改革现状,对配电网无功优化调控研究方向给予展望,以期为相关研究工作提供帮助。     

电力市场改革中大用户直购电交易探析

随着我国电力工业市场化改革的不断深入,大用户直购电交易的发展已成为我国电力改革的必然趋势。文章首先阐述电力市场建设现状和改革目的,从而提出大用户直购电交易的定义,分析了大用户直购电的提出背景和在国外的应用及取得的成绩并阐述开展大用户直接购电交易的目的,揭示目前我国大用户直购电交易是电力市场建设发展的必然趋势,最后详细阐述了实行大用户直接购电的意义。     

基于非合作博弈的布谷鸟搜索算法在微电网多目标优化中的应用

在微电网多目标优化过程中,不同目标之间往往相互影响,相互制约。随着可再生能源的高比例接入,必然会对电网造成冲击,降低其稳定运行水平;同时联络线功率波动也会影响清洁能源的并网比重,从而无法保证可再生能源的充分利用。作为同时需要优化的主体,两者具有一定的效益冲突。为实现两者利益的最大化,采用一种基于二人零和博弈模型的线性加权法,得出Nash稳定策略下的最佳权重系数,并将该系数应用于风-光-储协调的混合发电系统多目标优化模型中,将多目标问题转化为单目标问题,再应用布谷鸟搜索算法（CS）对该模型进行求解。结果表明,较之传统多目标算法,该方法可以使微电网整体获得更大收益,既提高了可再生能源渗透率,又有效抑制了联络线随机功率波动。