长周期大范围风电消纳的电力电量联合优化模型与应用

为解决目前中国面临的风电消纳难题,提出利用多元发输电资源在年度、月度等长时间周期,以及在跨区跨省等更大范围协调消纳,可提升风电等清洁能源的消纳水平。建立以系统运行成本最小为目标的长周期大范围风电消纳的电力电量联合优化模型,解决了时段耦合的电力电量联合优化建模,多元发电、发输电协调优化建模等长周期优化的关键问题,通过混合整数规划加以求解,实现了长周期大范围风电消纳的定量决策。利用某区域电网的电力系统实际算例对模型进行测试,算例分析表明,模型能够在长周期协调优化不同类型的发电机组与输电线路,提升风电消纳水平。     

大规模风电接入输电网的源网联合规划

随着电网中风电比重的不断提高,电网有限的输电能力造成的输电阻塞和弃风现象严重制约了风电的消纳。为提高风电的消纳能力,同时考虑电源和电网规划运行,以系统建设运行成本与弃风水平最小化为目标建立源网联合规划双层模型:外层-源网规划模型主要关注长时间尺度的系统网架规划问题,以系统建设运行成本和弃风水平最小为多目标;内层-系统运行模型主要关注短时间尺度的系统运行问题,以系统运行成本最小为单目标。通过改进型非劣分类遗传算法(NSGA-II)和CPLEX联合求解,得到风电最优的接入选址和输电网最佳扩容方案。通过算例分析了不同规划场景下的优化方案,所提规划模型能够有效提高风电消纳水平,减少系统投资运行成本。     

考虑风电接纳能力的储输联合规划

全球能源互联网带来能源形式的广泛变革。风电能源比重逐年提高,但电网建设相对滞后,电网与风电发展不协调严重阻碍了风电消纳。在分析影响风电接纳能力主要因素的基础上,充分考虑储能系统的运行特性,以最小化线路和储能等效年投资成本以及年弃风成本为目标,建立了面向提高风电接纳能力的储能与输电网联合规划模型。该模型属于典型混合整数线性规划模型,可使用成熟软件求解,求解该模型可以得到储能最优配置位置及功率和输电线路最佳架设方案。以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点系统为例分析电网风电接纳能力。结果表明,该联合规划模型可以实现线路、储能投资最小和系统弃风最小的综合最优;配合风电场接入的储能减少弃风作用明显;随着风电接入规模的增大和储能成本的降低,储输联合规划效益会更加显著。     

大规模风电下基于模糊场景聚类的网储协调规划方法

受限于已有的电网水平,新建成的风电场难以将大量风电送出。从电网规划建设的角度出发,基于风电就地消纳与跨区消纳结合的思路,通过为风电接入配置储能系统、在现有电网基础上扩展线路构建风电消纳的通道,以现有风电和负荷数据为基础,利用模糊聚类方法提取运行场景的时空特性,提出了扩展规划的多目标优化模型,并利用改进粒子群优化算法进行求解。通过仿真算例从成本、网损、弃风量3个角度验证了规划方案的可行性。     

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE 24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。     

考虑暂态稳定性的网储多目标双层优化

随着风电和负荷的不断发展,输电阻塞、弃风和运行安全等问题对电网规划提出了新的挑战。储能系统具有响应速度快、配置方便灵活、适用范围广等优点,在风电消纳、缓解输电阻塞、系统安全运行中发挥着重要作用。为提高电网输电能力和抗扰动能力,结合系统故障后的暂态运行特性,在规划和运行层面综合考虑电网输电能力、弃风水平和暂态稳定性,以系统建设运行指标和系统稳定指标为多目标建立双层网储联合规划模型。外层模型为考虑储能系统选址定容规划的多目标模型,内层模型为考虑机组组合问题的输电网扩容模型。为提高求解效率,将扩容线路潮流约束、储能系统充放电模型、机组发电成本曲线等进行线性化处理。采用NSGA-Ⅱ算法和GUROBI求解器求解所提模型,并利用改进Garver-6 节点系统进行算例分析,在不同场景下验证了所建模型的有效性和合理性。     

考虑风电极限场景的输电网鲁棒扩展规划

随着风电并网渗透率的快速增长,系统的随机性和波动性显著增强。针对大规模风电并网给输电网规划带来的影响,文中以线路投资成本与运行成本之和最小为优化目标,构建了考虑风电接入的输电网扩展规划模型,并引入辅助松弛变量将模型转化为线性混合整数规划问题。在此基础上,提出了风电极限场景的物理概念,并构建了基于风电极限场景的两阶段输电网鲁棒规划方法,第一阶段为在线路投资扩展约束下决策输电线路的投建状态,以保证第二阶段的运行调节变量可以适应风电的随机波动。针对鲁棒规划模型的特点,采用基于Benders分解的两阶段算法进行求解以获得最优鲁棒规划方案。最后,通过Garver 6系统与IEEE RTS 79系统进行算例分析,验证了所提模型的有效性与可行性。     

高比例新能源接入的输电网外送通道与储能分布鲁棒优化协同规划方法

针对具有强随机性、集中式、大容量的风电与光伏并网给输电网的安全运行及新能源消纳带来的巨大挑战,考虑风电与光伏出力的不确定性和时序相关性,提出高比例新能源接入的输电网外送通道与储能的分布鲁棒优化协同规划方法。首先,以外送通道与储能的规划共同作为决策变量,将富余的新能源资源通过规划的外送通道送出;其次,利用储能缓解和抑制新能源发电的间歇性和随机波动性,促进实现新能源的全额消纳;然后,应用二阶锥凸松弛、泰勒级数展开等技术,将原混合整数非凸非线性规划模型转化成混合整数凸规划模型,以实现高效求解。最后,以改进IEEE 39节点输电系统为算例进行仿真计算,验证了所提模型和算法的正确性和有效性。     

考虑风电的电源电网协调规划

由于风电具有间歇性、波动性和随机性等特性,充足的灵活可调节电源是电力系统消纳大规模风电的必要条件,因此,在电源电网协调规划中需要考虑风电、灵活可调节电源和普通常规燃煤电源的合理比例。采用区间数表示风电和负荷的不确定性,建立基于区间优化方法的能够同时考虑风电、燃气发电和燃煤发电的动态电源电网协调规划数学模型。该模型以规划期内投资成本和运行成本综合最小为目标函数,以电力系统运行安全为约束条件。为了体现燃气发电机组对风电和负荷不确定性的灵活调节作用,采用简化的机组组合模型模拟电力系统中各类型机组的调度运行。所建立的数学模型是一个混合整数线性规划模型,在GAMS上实现编程并调用CPLEX求解器进行求解,IEEE-30节点算例验证了所提方法的有效性。     

基于输电网结构优化的电网安全均匀调度

提高电网运行均匀度有助于提高系统的运行安全性。输电网结构优化作为一种调度运行领域的新技术手段,通过在电网运行过程中动态选择最优网络拓扑结构,可以改善电网各元件潮流分布的均匀度。在传统安全均匀调度模型的基础上,考虑输电线路运行状态的灵活调节,提出基于输电网结构优化的电网安全均匀调度模型。为保证最优拓扑的鲁棒性,在优化模型中计及了线路N-1安全约束,使所得的线路开断策略不会降低系统的N-1安全性。针对该大规模混合整数非线性规划问题,基于校验添加思想形成高效求解算法以提高优化模型的计算效率。IEEE 30节点系统和IEEE 118节点系统算例的仿真结果表明,文中提出的优化调度方法能够有效地提高电网运行均匀度,相比于传统调度方法能够在充分挖掘现有电网输电能力的同时实现电网潮流的智能化灵活控制。     

充裕性资源协同参与系统调节的风电消纳能力分析模型

大规模风电消纳能力取决于整个电力系统各环节充裕性资源综合协调的能力。在深入分析影响风电消纳能力关键要素的基础上,提出了调动广泛灵活的充裕性资源协同参与系统调节,提高风电消纳能力的基本理念和方法。从界定并识别电力系统发电、输配电、用电等环节灵活充裕性资源出发,综合考虑火电、水电和风电的发电技术特性,电力和热力负荷平衡、输电容量等约束,以系统运行成本最低为目标,建立了风电消纳能力分析模型。以我国某风电大省为实际算例,模拟分析了引入不同灵活资源情景下风电消纳能力的变化情况。结果表明,增加各类灵活资源均能提高风电消纳能力,其中,调峰容量资源的影响程度最大。     

风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响

为了进一步掌握风力发电系统短路故障特征并分析其对继电保护的影响,建立了双馈和直驱风电系统电磁暂态模型。通过电磁暂态仿真研究了风电系统短路电流及系统正负序阻抗的特征,得出了风电系统提供短路电流能力较常规电源弱和风电系统正负序阻抗不一致且随时间波动的结论。研究了常用输电线路继电保护原理对风力发电系统的适应性,得出了输电线路距离保护和选相元件受风力发电系统故障特征影响较大,可能发生不正确动作的结论。利用现场录波数据验证了故障特征及保护适应行分析的正确性,相关结论对继电保护的配置具有一定的借鉴意义。     

基于异地输送的可再生能源消纳成本仿真分析

通过跨区输送实现可再生能源的异地消纳是促进我国可再生能源规模化利用的重要途径,亟需从经济视角开展风电异地输送消纳的成本模拟仿真研究。构建了三阶段模型,在两区域电力系统下进行输电线路投资、发电投资和电力市场模拟分析,研究可再生能源及跨区输电投资的跨区合作对降低成本的贡献。仿真结果表明,两区域在跨区可再生能源开发与输电线路投资2个方面同时合作能够显著降低可再生能源消纳成本。     

含抽水蓄能机组的风电消纳鲁棒机组组合

针对风电在实际电网渗透率不断提高带来的风电消纳问题,提出了一种含抽水蓄能机组的鲁棒机组组合优化方法。所构建的鲁棒机组组合模型以系统运行成本和风电出力边界偏差惩罚成本最小为优化目标,约束条件计及了输电线路安全约束,并考虑了风电出力时间和空间不确定性预算的调节策略,避免鲁棒最优解过于保守。基于可调机组(包括自动发电控制机组和抽水蓄能机组)应对风电波动的仿射补偿机制,优化了风电出力的波动区间。所构建的模型最终转化为单层混合整数线性规划问题求解。经修改的IEEE 30节点系统的算例测试,定量评估了抽水蓄能机组对系统经济运行和风电消纳的影响,验证了所提方法的可行性和有效性。     

计及激励型需求侧响应的发输电鲁棒规划策略

大规模风电等可再生能源广泛接入电网将成为新型电力系统发展的重要方向之一, 通过需求侧响应机制调整用户负荷需求, 可有效提高电力系统运行的灵活性并促进风电的消纳。在此背景下, 提出了一种计及激励型需求侧响应的发输电鲁棒规划策略。首先, 引入基于价格激励的需求侧响应机制, 构建基于分段激励价格的需求侧响应模型。其次, 为了有效应对风电的不确定性对规划方案的影响, 提出了基于信息间隙决策理论的计及激励型需求侧响应的发输电鲁棒规划模型, 并将所提出的模型构造为混合整数线性规划模型。最后, 以Garver 6节点系统和改进的IEEE 118系统为例证明所提方法的可行性与有效性。     

面向新能源消纳的电网互联通道规划

针对送端源荷失衡,新能源消纳能力不足及送、受端源荷分布时空互补的跨区域电网互联问题,提出了兼顾新能源消纳能力以及投资收益的电网互联通道双层规划模型。首先,建立了基于灰色关联分析法和新能源消纳能力的互联区域源荷时空匹配度模型。其次,兼顾技术经济约束,构建了提升新能源消纳能力的电网互联通道双层规划模型。其中,上层模型以新能源消纳能力最优为目标,通过互联区域源荷时空匹配度实现备选互联区域的优化组合;下层混合整数规划模型以互联通道的拓扑及容量为决策变量,以投资经济效益最优为目标,用于实现互联输电线路落点与参数的优化选择。最后,运用改进的混合遗传算法对模型进行了求解。研究结果表明:采用所提模型,风电–负荷匹配度达到了0.95,弃风率由23%降为14%。研究结果验证了所提方法的有效性。     

基于机组组合的风电消纳能力研究

电力系统消纳风电能力的准确掌握,对于风电场建设规划以及辅助实际运行的调度决策意义重大。风电消纳的效率分析给电网高效利用风电提供了理论支持,风电消纳效率主要是用来衡量扣除电网消纳风力发电的成本后,风电对于电网净减排的贡献率。本文以目前我国的电源结构作为切入点,采用机组组合的生产模拟方法,从成本上分析了电网消纳风电的费用构成。基于二次规划模型,从理论上推导出了电网消纳风电效率与系统运行方式、机组参数和电网消纳风能比例等因素有关。最后通过实验仿真验证了理论的有效性和实用性。     

安排交直流并联输电线路计划检修的新方法

由于大型交直流并联输电系统承担着跨地区、跨系统、远距离、大功率的输电任务．因此如何安排系统中的线路元件进行计划检修将直接影响检修期内系统的安全性和稳定性。基于这一点提出了一种安排输电线路计划检修的新方法,同时给出了该方法的数学模型。模型中系统的风险度是基于可靠性原理定义的,它反映的是系统在某种状态下的不可靠程度。该模型是一个0—l整数规划,用枚举法可以容易地求解。应用这种方法可以对系统在各检修期内的风险水平进行比较．从而作出相应的对策．保证整个系统在计划检修期间的安全性和稳定性。     

考虑自适应传输备用的含风电电力系统双层随机调度方法

大规模风电接入增加了电网发生输电阻塞的概率.为克服确定性阻塞管理方法在应对系统随机扰动上的不足,基于考虑阻塞风险的机会约束规划条件,提出一种计及风电不确定性的传输备用自适应量化方法,构建了包含自适应传输备用的双层随机调度模型.该模型将线路传输备用纳入上层的机组组合模型中,针对下层的经济再调度问题,采用改进点估计法求得线路实时潮流的统计分布特性,并将结果返回上层模型以动态调整备用需求大小.同时,基于下层模型的Karush-Kuhn-Tucher最优条件,将双层优化结构合并为单层,并最终转化为便于求解的混合整数规划问题.最后,通过IEEE RTS-24节点测试算例验证了所提模型和方法能够有效缓解传输阻塞,提高风电消纳和备用可用性.     

基于风电消纳能力评估的安全约束经济调度方法

由于风电出力的高不确定性,大规模风电并网改变了现有的电源结构,使电力系统的安全稳定运行面临巨大挑战。准确评估次日各时段风电消纳能力对于合理制定日前调度计划具有重要意义。基于场景分析方法建立了单个风电接入点的含风电日前经济调度模型,提出了综合考虑负荷需求、备用需求、机组参数以及线路传输容量的电网风电消纳能力评估方法。通过求解混合整数线性规划模型得到综合考虑鲁棒性和经济性的评估结果,可为制定调度计划提供依据。基于IEEE 24节点系统的算例测试验证了所提方法的有效性。