新疆电网风电调度计划研究及应用

新疆风能资源丰富,近年来风电发展迅速,风电不易调度的特点已对电网安全造成显著影响。为此,研究基于风电预测及风电接纳能力评估的风电调度计划制定模式,其中所建立的基于软件平台的风电调度计划系统计及地区风资源及电网特点,结合风电预测和火电机组开机计划,综合平衡电网的安全约束和常规机组调峰约束,并辅以功率控制手段,实现了风电调度计划制定的精确性和超前性。实际应用结果表明,该模式能够对日前发电计划安排和日内实时调度发挥前瞻性的指导作用。     

计及需求响应的含风电场电力系统发电与碳排放权联合优化调度

提出了一种节能减排形势下的优化调度模型和解法。研究对象上,文中研究了风电、火电、需求响应3种发电(虚拟发电)形式,需求响应可为系统提供零碳发电资源和旋转备用。模型建立上,基于多目标安全约束机组组合模型,采用发电和碳排放联合调度的方式,寻求经济目标与排放目标的折中协调解;约束条件综合考虑了需求响应、安全约束和碳排放等多种约束。解法上,采用分段线性化的方式,利用混合整数线性规划进行求解,解法适用于大规模系统,使模型更具实用价值。算例分析表明,决策结果能够兼顾排放与成本,并且在调度中引入需求响应可提高系统的风电消纳能力,具有显著的节能减排效益。     

适应大规模风电接入的电力系统旋转备用优化模型与求解

以经济性为评价指标,综合考虑系统有功平衡、机组爬坡和有功约束、节点电压约束、线路热稳极限和旋转备用总量需求等条件,建立了含风电的随机最优模型。通过场景生成和消减,建立了风功率的随机模型,并最终得到了在预测误差范围之内的10种风功率出力场景。在求解算法方面,引入了基于模糊聚类的改进小生境遗传算法,并在IEEE10机39节点系统进行了仿真验算,得到系统在多个场景下的出力曲线和旋转备用容量要求。结果表明,改进小生境遗传算法与其它算法相比,在保证系统安全运行的前提下,可以有效降低系统的运行费用。     

计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度

为了解耦冷热电联供(combined cool,heat and power system,CCHP)机组“以热定电”的运行约束,提高风电消纳能力,降低社会碳排放,提出了计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度模型。源侧利用冷、热、电、氢4种储能装置,打破CCHP机组热电耦合约束;荷侧引入电价型需求响应改变用户用电行为,通过优化各机组出力与电负荷曲线,增加风机出力。该模型以系统日运行成本最低为目标,引入弃风惩罚成本增加风电消纳,综合功率平衡等约束,调用Gurobi求解器进行优化求解。对不同场景下能量枢纽的优化结果进行分析,并计算燃油汽车的碳排放量以量化氢燃料电池汽车节约的社会碳排放。结果表明:在电价型需求响应策略下,考虑CCHP与含氢储能的能量枢纽系统在增加风电消纳能力的同时降低了系统的日运行总成本,减少了社会碳排放。     

Economic analysis of unit commitment with distributed energy resources

Classic unit commitment (UC) is an important and exciting task of distributing generated power among the committed units subject to several constraints over a scheduled time horizon to obtain the minimum generation cost. Large integration of distributed energy resources (DERs) in modern power system makes generation planning more complex. This paper presents the individual and collective impact of three distributed energy resources (DERs), namely, wind power generator as a renewable energy source, plug-in electric vehicles (PEVs) and emergency demand response program (EDRP) on unit commitment. In this paper, an inconsistent nature of wind speed and wind power is characterized by the Weibull probability distribution function considering overestimation and underestimation cost model of the stochastic wind power. The extensive economic analysis of UC with DERs is carried out to attain the least total cost of the entire system. To obtain the optimum solution, Teaching–learning based optimization (TLBO) algorithm is employed to solve the unit commitment problem considering IEEE standard 10 unit test system in this study. It is found that the combined effect of wind power generator, plug-in electric vehicles and emergency demand response program on UC significantly lessen the total cost of the system.     

基于风险约束的风电和水电联合日前调度优化模型

为解决风电随机性对电力系统稳定运行的影响,引入梯级水电机组为风电机组提供调峰备用,构建了考虑风险约束的风电和水电联合日前调度优化模型。首先,分别构建了梯级水电机组输出功率模型、风电机组输出功率模型,以系统调度净收益期望值最大化作为目标函数,综合考虑风水电协调约束、系统功率平衡约束,构建了风水电联合调度模型。进一步,为了考虑风电不确定性给系统带来的风险因素,建立了计及风险约束的风水电联合随机优化调度模型,并采用启发式算法对模型进行线性化处理。最后,选择3个风力发电场和2个流域的7个水力发电厂组成仿真系统,对风水电联合调度优化进行算例仿真模拟。结果表明：所提出的水风电联合运行策略可以用来促进风力发电,最大化系统运营期望收益的同时最小化系统运营风险,因此,在进行风电和水电联合调度时应综合考虑内部和外部不确定性因素,以获得能够兼顾运营收益和风险的最优解。     

Optimal siting and sizing of demand response in a transmission constrained system with high wind penetration

This paper describes algorithms that use demand-side management to address large-scale integration of wind power. In particular, demand response (DR) is used to manage wind power intermittency by shifting the time that electrical power system loads occur in response to real-time prices and wind availability. An economic dispatch with transmission, DR capacity and operational constraints is used to model the operation of a transmission constrained system with a high penetration of wind power. This optimization model is used to determine the optimal sizing and distribution of DR given a fixed budget for customer incentives and the installation of enabling technology. We demonstrate the effectiveness of the operational model based on a simple PJM 5-bus system and an IEEE 118-bus system. Simulation results show that transmission constraints have a greater effect on sizing of DR capacity than the location of wind power, which means that buses electrically close to congested lines tend to have higher incentives to deploy DR resources than other buses. The second part of the work examines optimal siting of technology that enables DR based on the frequency of DR based load changes, which are generally a function of the network location.     

双碳目标下考虑源荷不确定性多能互补系统优化运行模型

为平抑电源侧和负荷侧双重不确定性给电力系统运行带来的威胁,将风电机组、光伏机组、燃气轮机、电锅炉等集成多能互补系统以解决这一难题,建立同时满足系统经济效益和环境效益的多目标优化调度模型.针对电源侧不确定性引入鲁棒随机优化理论,用约束条件的边界刻画不确定性因素;负荷侧采用需求侧响应技术调节不确定性波动.多目标函数求解借助嵌套的模糊隶属度函数,最后选取6-节点能源集线器展开分析.结果 表明上述方法可以有效降低系统不确定性,同时兼顾系统经济性和环境目标.     

风火联合系统不同备用模式的风险调度策略研究

电侧的需求响应以及蓄电设备运行灵活,可以作为虚拟备用资源,保障含风电等间歇性新能源发电的电力系统安全。为衡量虚拟备用资源给系统经济性和环保性的影响,分别建立传统火电备用和虚拟快速备用这2种含风电并网的电力调度模型。并考虑新能源输出功率、电力市场、机组参数等不确定因素给系统优化带来的风险,将区间两阶段随机优化模型与CVaR风险规避相结合,利用区间数、概率数对系统供给侧和需求侧的不确定因素与优化函数有效结合,同时体现决策者风险偏好。算例分析表明,此混合优化算法能够对含风电并网的电力系统不同旋转备用模式进行优化,权衡系统成本与系统风险。算例结果表明充分利用蓄电池、需求响应作为虚拟备用资源能有效降低系统成本和CO2排放。     

计及风光不确定性的虚拟电厂多目标随机调度优化模型

为缓解风电和光伏发电不确定性对虚拟电厂稳定运行的影响,引入鲁棒随机优化理论,建立了计及不确定性和需求响应的虚拟电厂随机调度优化模型。首先,风力发电、光伏发电、燃气轮机发电,以及储能系统和需求响应集成为虚拟电厂,然后最大化虚拟电厂运营收益、最小化系统运行成本和弃能成本被作为目标函数,建立虚拟电厂调度优化模型。再应用鲁棒随机优化理论来转换光伏发电以及风力发电不确定性变量的约束条件,建立了虚拟电厂随机调度模型。最后,选择中国国电云南分布式电源示范工程为实例分析对象。分析结果显示：所提模型能够降低系统运行成本,双重鲁棒系数的引入能够为不同风险态度决策者提供灵活的虚拟电厂调度决策工具,协助应对风电和光伏发电的随机特性。储能系统能够借助自身充放电特性,替代燃气轮机发电机组为风电和光伏发电提供备用服务,促进风电和光伏发电并网。将需求响应纳入虚拟电厂能够实现发电侧与用电侧联动优化目标,平缓化用电负荷曲线,系统整体运营效益达到最佳。     

短时需求响应对含风电电源规划的影响研究

风电的随机性和间歇性使得供电成本大大增加,风电并网加剧了系统的供需矛盾。在电力市场环境下,用户的用电需求可以对价格进行响应,帮助电网更好地消纳风电。根据这一特性,建立了基于需求响应的含风电电源规划模型,考虑了可变负荷的同时段和跨时段响应特性,并在模型中加入了CO2排放强度和风电备用容量约束。通过仿真计算得到各电源的发电容量情况。实验结果验证了模型的合理性,表明需求响应的引入可以提高风电渗透率,同时降低供电成本。     

大用户直购电对系统风电消纳的影响

大用户直购电政策的推行,会进一步压缩电力系统的调度空间,而当系统中接入大规模不可调控的风电机组时,系统的优化调度将面临更加严峻的挑战。为了分析大用户直购电对系统风电消纳能力的影响,建立了含大用户直购电的电力系统风电消纳模型。该模型在传统机组组合模型的基础上,引入了风电出力约束和可削减的直购电电量合同约束,并对目标函数进行了相应的调整。使用ARIMA模型对风速时间序列进行建模和预测,为机组组合模型提供原始数据。将10机系统扩展为40机系统,并引入1 600 MW的风电机组,分析了不同直购电电价、直购机组以及直购电规模下直购电合同对系统消纳风电能力的影响。     

考虑风电机组无功特性的安全约束机组组合方法

随着风能的广泛使用,安排发电计划时更多的风电机组将会被引入,这对传统的机组组合提出了新要求。风电出力具有很强的波动性,将风电出力按一个区间放入原模型中更显合理。另外,异步风电机组的结构与普通火电机组不同,异步电机发电的同时要吸收一定的无功功率,因此模型用交流潮流约束更合理。由此建立的是一个非线性混合整数问题模型,为了提高计算效率,将问题分解为2层优化子问题,第1层为无网络约束的机组组合问题,第2层为以网损最小为目标函数的交流网络约束最优潮流问题,对于最优潮流算完后仍有电压或线路潮流越限的,将形成一些新的约束返回原问题。考虑到普通异步风电机组的大量使用,在处理约束问题时对风电机组采用无功功率—电压模型,避免出现无功不足而导致电压越限。以添加了风电机组的IEEE 57节点测试系统为算例,验证了该方法的可行性。     

高比例可再生能源电力系统中计及灵活调节产品的实时调度

并网运行的间歇性可再生能源发电（intermittent renewable energy generation, IREG）出力的波动性和不确定性对电力系统运行灵活性提出了更高的要求,系统灵活性匮乏时有可能导致切负荷和/或弃风弃光等问题。在此背景下,灵活调节产品（flexible ramping product, FRP）的概念应运而生并逐步引起广泛关注。FRP为电力系统消纳IREG提供了一种新思路。文章首先概述了电力系统灵活性的定义、特点与灵活性资源的获取问题。接着,提出了针对发电机组与需求响应（demand response, DR）资源提供FRP情形下的电力系统实时调度模型。该调度模型可容纳不同类型的需求响应资源,并考虑了未来时段机组的启停约束以及上行爬坡/下行滑坡速率约束。之后,基于负荷水平和IREG出力水平的预测值,采用拉丁超立方抽样获得多个相应的不同实际值的运行场景,并通过对实际调度过程的仿真来评价所获得的调度方案。最后,采用算例系统说明了FRP在提升系统灵活性以及消纳IREG方面的作用,以及不同因素对系统运行灵活性的影响。     

计及火电机组热储能的含风电系统柔性调度

风电快速增长的同时保持较高的弃风率,因为电力系统缺乏足够的柔性容量来应对风电的不确定性。锅炉最小稳定燃烧率限制了火电机组的运行柔性。抽汽和热储能可以在不改变锅炉燃烧率的情况下调节机组功率输出。因此,对现有的火电机组进行抽汽和热储能改造是一个很有前景的选择,以消纳电力系统中高渗透率的风电,特别是在以火电为主的系统中。研究了火电机组抽汽与热储能改造后的柔性运行。首先,考虑到改造后的特点和技术约束,提出一种新的火电机组线性运行模型。其次,建立基于随机机组组合和滚动经济调度的模型,研究含风电电力系统进行抽汽和热储能改造的效益。最后,在IEEE24节点系统中进行仿真。仿真结果表明：采用抽汽和热储能改造的火电机组,可以有效降低弃风量,提高电力系统运行经济性。     

考虑实时市场平衡费用的含风电日前市场电能-备用联合出清模型

风电出力的不确定性为日前市场出清带来了挑战。提出一种风电参与的日前电能-备用联合出清模型,采用多场景技术描述风电出力的不确定性,基于场景集合求解模型达到出清结果。所提出的模型引入风电出力不确定性所带来的备用购买费用和实时市场的平衡费用来考虑日前市场出清结果对实时市场的影响,以达到减少实时市场的平衡压力,保障系统稳定运行的效果。同时该模型考虑弃风和失负荷惩罚费用来保障风电资源的充分利用和系统的安全稳定运行。改进的IEEE30系统算例结果对比及分析表明,所提出的模型可充分利用风电资源,有效降低日前市场电能生产成本,并减少弃风量,降低失负荷风险。在风电大规模接入电力系统的情况下具有较好的实际应用价值。     

计及风电出力波动的发电计划模型及应用

随着风电大规模并网,常规发电机组出力计划的指导性有所降低,次日开机方式的安排显得更加重要。为此,在常规机组发电计划模型及对系统负荷平衡约束和系统正负备用容量约束的物理含义进行分析的基础上,提出一种考虑风电功率波动特性的发电计划模型,并利用IEEE RTS 96系统对该模型进行测试。测试结果表明,该模型易于与现有模型结合,能有效处理风电功率接入后的发电计划编制问题,且其确定出的一组满足风电功率波动的常规机组开机方式,扩展了发电计划的适用范围,增强了发电计划模型的工程实用性。     

考虑实时市场平衡费用的含风电日前市场电能-备用联合出清模型

风电出力的不确定性为日前市场出清带来了挑战。提出一种风电参与的日前电能-备用联合出清模型,采用多场景技术描述风电出力的不确定性,基于场景集合求解模型达到出清结果。所提出的模型引入风电出力不确定性所带来的备用购买费用和实时市场的平衡费用来考虑日前市场出清结果对实时市场的影响,以达到减少实时市场的平衡压力,保障系统稳定运行的效果。同时该模型考虑弃风和失负荷惩罚费用来保障风电资源的充分利用和系统的安全稳定运行。改进的IEEE30系统算例结果对比及分析表明,所提出的模型可充分利用风电资源,有效降低日前市场电能生产成本,并减少弃风量,降低失负荷风险。在风电大规模接入电力系统的情况下具有较好的实际应用价值。     

一种最佳风能捕获策略

介绍了一种风力发电机组以转速-转矩表控制方式为基础,通过爬山法寻找最佳风能利用系数Cp值,实现机组最佳风能捕获的方法。系统依据长时间数据统计,对转速-转矩表进行微调,减少爬山法操作的时间,使机组大部分时间工作在最佳Cp值处,增加了机组发电量。     

Dynamic security constrained multi-area unit commitment

An approach is presented for multiarea unit commitment which takes the power system dynamic stability limit into account. Dynamic programming is employed to perform unit commitment on the whole system. The eigenvalues for the resultant hourly generation schedules are examined to see if they satisfy the prespecified dynamic security criterion. If the requirement is not met at certain hours, an iterative algorithm is employed to reduce the interarea line flows gradually and to perform area redispatch and, if necessary, area unit commitment, in order for the resultant generation schedule to satisfy the requirement. The goal is to achieve a multiarea generation schedule which meets the conventional requirements of having lowest fuel costs with the spinning reserves and steady-state transmission capacity limits satisfied, and offers good dynamic performance through the enforcement of dynamic security constraints