含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰能力分析

大规模发展可再生能源是构建低碳可持续能源系统的重要保障,源-荷协同调峰是消纳可再生能源的有效途径。为此,研究含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰,分析冬季典型场景下的热电厂热电耦合机理,建立热电耦合调峰约束;针对油田综合负荷的用能特性和分布式光伏发电的特点,建立负荷集群的用电数学模型和用热数学模型,考虑热电机组、负荷响应及源-荷系统运行技术约束,以油田全局能耗成本最小为目标建立自备热电厂和需求响应协同调峰优化模型,制定油田电网源-荷协同调峰策略,通过循环寻优求解源-荷协同最大调峰能力。算例分析表明,源-荷协同光伏发电调峰能有效地提高油田电网对光伏发电的消纳能力,供暖负荷的需求响应使冬季热电厂“以热定电”的刚性约束弹性化,调峰贡献度在需求响应中占比最大。     

基于源网荷互动的分布式能源消纳方法

分布式能源发电的不确定性给电网公司消纳新能源带来了极大的挑战,电力物联网全域感知技术为分布式能源消纳提供了有效的数据支撑,故提出了一种基于源网荷互动的分布式能源消纳方法,构建了分布式能源总功率预测方法,采用自回归移动平均算法对新能源发电功率进行预测,并建立分布式能源发电波动影响因子,分析新能源发电波动对电网带来的影响。根据源网荷的互动情况,采用离群点自趋优算法,实现新能源机组有功功率精准控制,有效推动分布式能源的消纳。仿真验证表明:采用离群点自趋优的新能源机组控制算法能根据电网运行情况,自动调控分布式能源、电网资源,实现分布式能源最大化消纳,有效提高了园区分布式能源的经济运行水平。     

可再生能源消纳责任权重制下计及源荷储互动的电力市场均衡研究

由于可再生能源发电具有的不确定性与波动性,弃风弃光现象居高不下。可再生能源消纳责任权重制（renewable energy portfolio standard,RPS）试图通过规定供用电主体的消纳责任,保障可再生能源发电主体的经济运行。因此,分析RPS下电力市场中源荷储运行策略以及市场均衡状态变得尤为重要。基于电力现货市场与RPS规则,提出了用于分析RPS下电力市场中源荷储交互均衡的2阶段模型:下层模型考虑了可再生能源发电不确定性的日前现货市场出清模型和超额消纳量交易模型;上层模型中微电网基于下层模型的分时节点电价和超额消纳量交易价格,优化投资、交易、运行策略。文章使用对角化算法迭代求解上述双层均衡问题,并以IEEE 14节点为例验证模型和算法的可行性。结果表明微电网投资、运行和交易策略在RPS下发生显著改变,系统可再生能源消纳量显著提升。     

“源-储-荷”多运行域协调控制提升清洁能源消纳能力策略

清洁能源发电具有随机性和波动性,为保证电网安全稳定运行,必须提高电网的灵活调节能力,从而提高清洁能源的消纳能力。文中通过研究电网调峰裕度、多源调节极限与弃风、限核、弃光之间的关系,以减少电网弃风、弃光电量为目标,提出一种电网多源多运行域协调调度策略,将电池储能和电储热控制纳入AGC控制系统中,针对电网不同运行时段,采用不同控制策略,最大化提高电网灵活调节能力。通过3个典型运行日的实际数据,给出了不同控制域的电网调峰具体措施,验证了电储热和电池储能对提升清洁能源消纳的作用。此外,多源多运行域协调控制策略在电网连续5年的实际运行结果表明,辽宁电网的弃风率得到持续下降,从2016年的13%下降至如今连续3年年弃风率不足1%,所提控制策略对电网提升消纳清洁能源的能力效果显著。     

考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度

为推动我国高比例清洁能源接入和高比例跨区电力输送的新型互联电力系统建设,降低源荷不确定性对清洁能源跨区消纳和省内-省间电力平衡的影响,提出考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统优化调度方法。首先,设计了计划-市场双轨制下新型互联电力系统省内-省间双层优化调度模式。其次,采用矩不确定集合刻画风光发电和负荷功率的不确定性,并提出由此引起的系统弃风弃光分布鲁棒条件风险度量模型。最后,以省间和省内总购电成本最小为目标,建立新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度模型,并通过对偶优化理论将该模型转化为易求解的半定规划问题。数值仿真结果表明,所提模型促进了西部地区清洁能源跨省跨区消纳,降低受端系统运行成本的同时,有效提高了系统应对源荷功率不确定性波动的能力。     

计及新能源消纳成本的多源荷互补规划技术

高比例可再生能源接入含电-气-热负荷的综合能源系统后增加了系统运行的复杂性,影响了系统的经济效益。因此,首先分析了系统源荷设备的耦合特性与市场机制下的新能源消纳模式,引入电力市场竞价机制与调峰两部制电价,以年净收益最大和运营收益最大为目标,构建计及新能源消纳成本的多源荷双层协同优化配置模型,算例结果验证了所提方法的有效性和可行性,可通过所提模型优化配置系统各类设备,提高了系统运营收益与可再生能源发电占比。     

面向高比例新能源消纳的西北调峰辅助服务市场机制及实践

“源网荷”灵活互动是智能电网发展、电力市场化改革背景下能源系统转型升级的必然发展趋势,也是解决西北地区新能源调峰资源短缺、消纳空间不足的关键。梳理了国内外面向高比例新能源的“源”“荷”“网”及“源荷”联动下的辅助服务市场的市场机制、交易品种等关键技术及建设经验,立足西北电网的调峰瓶颈及障碍,基于现行西北区域省间调峰辅助服务市场平台,提出了适宜西北地区负荷特性及新能源消纳需求的“源网荷”联动调度模式及交易机制,以期利用市场杠杆与调度策略并行的调控手段,激发源网荷各主体调峰意愿,联动多主体协同参与调峰,共同促进西北地区新能源的全面消纳。     

考虑风–光–光热联合直流外送的源–网–荷多时段优化调度方法

为解决西北地区大规模风光并网下电力系统的新能源弃电问题,提出一种考虑风–光–光热联合直流外送的源网荷多时段协调优化方法。首先,对源网荷三侧具备的调峰能力及其互补特性进行分析,充分利用源侧光热电站、网侧特高压直流联络线以及柔性负荷的灵活调节能力,提高风光资源利用率。其次,针对新能源、负荷预测精度日前–日内逐步提高的特点,结合源网荷三侧各类调峰资源具有不同响应速度的特性,并以系统综合运行成本最低为目标,构建源网荷日前–日内两阶段多时段优化调度方法;最后,以西北某省电网2025规划构造的算例仿真验证了该调度方法能够有效促进高比例新能源电网的风光消纳,降低系统运行成本。     

氢耦合区域综合能源系统集群双层博弈随机优化调度策略

为促进区域综合能源系统(regional integrated energy system, RIES)集群的高比例新能源就地消纳，实施新能源的RIES内部消纳、RIES间互补消纳及氢能转换调节消纳策略，解决RIES多购售主体电能交易模式、氢能耦合高效应用和源荷不确定性调度风险等关键问题，提出了RIES集群的三阶段调度随机优化模型。第一阶段，基于电储能调节的RIES新能源电力波动平抑模型，提升电能质量。第二阶段，基于演化博弈的RIES间新能源互补交易调度模型，优化制定购电选择主体策略。第三阶段，采用电制氢及混氢技术，消纳互补交易后的过剩新能源，实现电能时移和电-气、电-热转移的氢能调节；考虑源荷不确定性的随机优化模型，获得兼顾经济性和鲁棒性的调度策略。通过仿真算例验证了方法的有效性。     

考虑不确定性的火电发电商现货-深度调峰市场优化决策

针对电力现货市场与深度调峰市场联合运行背景下发电商电能量利润空间压缩、深度调峰功能亟待拓展等问题,提出考虑不确定性的发电商现货-深度调峰市场优化策略。基于Stackelberg博弈,构建兼顾联合市场利润和风险的发电商日前报价策略双层优化模型。在上层模型中,以发电商联合市场利润最大化为目标,对发电商分段报价进行优化;在下层模型中,考虑竞争对手报价场景的不确定性,提出电力现货-深度调峰市场联合出清模型。针对净负荷不确定性,引入波动不确定度参数,将双层模型转换为基于信息间隙决策理论的发电商现货-深度调峰市场决策模型。基于安徽省实际市场数据进行仿真验证,得到适应不同负荷场景的发电商联合市场日前报价策略,结果表明考虑不确定性的联合优化决策能够有效规避负荷不确定性带来的利润波动风险。     

特约主编寄语

正随着"清洁低碳、绿色高效"能源供应体系的建立,中国特高压交直流混联大电网和清洁能源快速发展,电网、电源和负荷均处于重构中,电网重构凸显了电网一体化特征,电源重构导致系统运行不确定性显著增强,负荷重构呈现潮流双向流动特征,而电力的市场化改革则促使调度运行进入安全与经济并重的新模式,此外,网络安全、自然灾害等外部因素也给电网运行增加了风险。电力系统的结构形态和系统特性发生的重大变化,对大电网一体化控制、清洁能源全网统一消纳、源网荷储协同互动以及电力市场化运行等调控技术支撑能力提出了新要求。     

考虑安全环保及补偿的火电机组调峰经济性研究

火电机组深度调峰是促进新能源消纳的有力手段,为了研究火电机组参与调峰的经济性,并考虑日益上涨的煤炭价格,建立了综合发电成本模型。从燃料材料消耗、投资运营、机组寿命损耗和环境损失等方面对机组调峰发电成本进行分析,结合调峰补偿政策建立调峰运行效益模型。对案例机组进行发电综合成本计算,分析不同负荷及煤炭价格波动下火电机组的调峰效益,以不同的调峰效益为目标为机组提供补偿报价策略。     

广东调峰电源调用序位研究

为满足节能发电调度政策的要求,优化调峰电源运行,改善电网调峰能力,提高清洁能源消纳能力,对调峰电源调用序位提出建议。分别从机组运行特性、电力系统周调峰运行模拟、煤电机组启停调峰运行等3个方面,以系统运行经济性和节能减排效益为目标,研究了调峰电源调用序位分析方法。对比煤电机组启停调峰匹配核电、西南水电、风电运行获得的经济效益与节能减排效益,研究了负荷低谷时段可消纳新增清洁能源电量与清洁能源类型的关系。     

考虑CCUS电转气技术及碳市场风险的电–气综合能源系统低碳调度EI北大核心CSCD

在碳市场价格波动的背景下,合理量化碳交易价格波动风险并制定相应的低碳运行策略对于降低系统运行成本和碳排放量具有十分重要的意义。该文提出一种考虑碳市场价格风险及碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行的电–气综合能源系统低碳优化调度模型。首先,利用广义自回归条件异方差模型预测次交易日碳价,并使用条件风险价值衡量碳市场价格波动风险,为电–气综合能源系统调度提供碳价参考。然后,引入碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行框架,将碳捕集机组捕获的CO_(2)作为电转气原料,电转气利用负荷谷期的风电出力生产天然气,以电–气综合能源系统总调度成本及碳交易风险最低为目标建立优化调度模型。最后,在改进的IEEE 24节点和天然气6节点系统构成的电–气综合能源系统中进行仿真。结果表明,提出的调度模型能够捕捉碳市场波动期内风险,提高电–气综合能源系统可再生能源消纳量,并降低系统总运行成本和碳排放。     

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。     

智能电网“源–荷”协同调度框架及实现

区别于传统发电调度,从柔性负荷响应建模、分层分级发用电协同调度和协同调度评估分析3个方面对"源–荷"协同调度系统进行详细讨论和阐述。介绍了协同调度系统的主要运行流程,设计了系统软件架构和硬件配置思路。在智能电网调控系统(D5000)上完成"源–荷"协同调度软件的研发,并在我国某省级电网得到示范应用。"源–荷"协同调度可显著提升间歇性新能源消纳能力、降低常规火电机组的日峰谷差和煤耗,并有助于降低电网调度的成本。     

风电-光伏-抽水蓄能联合优化运行模型建立与应用

风电、光伏发电出力具有随机波动性,与电力系统用电负荷特性呈现较大差异,对电网调峰能力提出较高要求。抽水蓄能电站运行灵活,启停速度快,配合风电、光伏采取合理的运行方式可以有效缓解系统调峰压力,提高系统对风电、光伏的消纳能力。以风电-光伏-抽水蓄能联合出力曲线跟随系统负荷特性曲线为目标,以抽水蓄能机组发电与抽水工况下的出力特性、上下水库库容、电力电量平衡为约束条件,建立了风电-光伏-抽水蓄能电站联合优化运行模型。对河北省丰宁抽蓄电站调节风光出力的案例进行分析,对风光出力在常规情景与极端情景分别进行了模拟,验证了模型的有效性。     

计及典型日选取与源荷灵活性调节的优化调度研究

针对电网面临的反调峰特性和新能源消纳问题,提出一种计及源荷侧灵活性调节资源的电力系统优化调度模型。首先,根据负荷特点采用改进SSE-PFCM聚类算法求取负荷典型日。其次,基于负荷用户对电价变化的不同响应行为,提取出具有需求响应潜力的两类负荷,并且分别为其构建计及乐观响应隶属度的模糊负荷转移率模型以及需求价格弹性模型。然后,计及需求响应不确定性模型以及火电机组深度调峰,以系统综合运行成本最小为目标构建优化调度模型,采用引入步长弹性系数的改进粒子群算法求解。最后,以改进IEEE 30节点系统为例进行多种场景的仿真计算分析,结果表明所提策略能够有效提升系统可再生能源的消纳能力和系统运行的经济性。     

考虑深度调峰的电力日前市场机制设计

中国电力系统缺乏灵活调峰资源,面临严重的弃风、弃光困局,迫切需要充分调动各种资源的调峰潜力。文中提出了考虑深度调峰的电力日前市场机制设计,将深度调峰、可再生能源消纳和日前市场相结合。设计了基于深度调峰报价和避免削减降价的市场机制,深度挖掘火电机组的调峰潜力,激励火电机组主动降低自身出力参与调峰,激励可再生能源出让部分发电上网的红利,从而以共赢的方式促进可再生能源的消纳。构建了考虑深度调峰的电力日前市场出清模型,实现火电与可再生能源在低谷时段的发电权交易,实现了火电深度调峰和日前市场出清的联合建模,解决了两个市场割裂的情况下难以考虑机组爬坡约束的问题。文中采用IEEE 118节点算例系统,验证了所提机制和模型的有效性。     

低碳目标下燃煤机组主辅市场联合优化研究

现有技术条件下,存量燃煤机组的合理运行不仅是新型电力系统的安全保障,也可为高比例可再生能源接入电力系统提供足够的系统灵活性。从系统角度出发,以整体经济性最优为目标,构建燃煤机组参与电能市场和调峰辅助服务市场的两阶段优化模型。考虑不同燃煤机组的技术特性,设计了多种方案对不同深度调峰方案下系统的经济效益与环境效益进行了比较分析。算例结果表明:燃煤机组深度调峰能够促进可再生能源消纳并减少发电侧的碳排放,但不同调峰深度下燃煤机组总收益差异显著,部分机组适合深度调峰且存在最优调峰区间。基于此,电力市场的机制设计应该考虑机组的技术特性,有利于优化燃煤机组运行效率并支撑高比例可再生能源电力接入电力系统。