高比例可再生能源电力系统的协同优化运行技术展望

近年来,随着风力发电和太阳能发电的大规模快速发展,以及交流、直流输电线路的不断建设,中国电力系统呈现高比例可再生能源和交直流混联电网两大重要特征和趋势。在分析国内外研究现状及存在问题的基础上,文中从源—荷双重不确定性的交直流混联系统态势感知、考虑宽频带稳定约束的大规模可再生能源集群并网协调控制、高渗透率可再生能源配电系统源—网—荷交互的灵活重构与协同运行、高比例可再生能源并网的交直流混联系统多尺度运行优化与决策等四个方面,提出了含高比例可再生能源电力系统协同优化运行方面亟待研究的关键技术内容,构思了研究方案,并对其难点问题与挑战进行了展望。     

面向电力物联网的含可再生能源配电网运行展望

目前,电网缺乏对分布式能源及其所接入低压配电系统的有效量测,难以分析可再生能源大规模接入给配电网运行带来的显著不确定性。电力物联网技术可突破传统量测方式的瓶颈,应用于含可再生能源配电网的多级协调运行及可再生能源广域消纳。面向电力物联网的建设,阐述了可再生能源的状态感知、数据采集与处理过程。然后,利用物联网感知信息,从用户侧能量管理、分布式能源集群控制、配电网多时间尺度优化运行、综合能源系统运行等方面,构建了基于电力物联网平台的含可再生能源配电网运行方式框架。最后,对电力物联网在可再生能源系统中的预期应用效益进行了分析。     

含多种可再生能源发电联盟的优化运行

为了因地制宜地利用偏远山区现有的梯级小水电资源,将梯级小水电群与分布式光伏和风电相结合,构成含多种可再生能源的发电联盟,深度发掘风光水的出力时空互补特性以及风光波动性较大和小水电启停调节迅速的出力特性.通过对梯级小水电出力的调节,平滑不确定可再生能源的输出,改善分布式电源并网的电能质量,提高可再生能源利用率.充分考虑梯...     

基于可再生能源发电优先消纳的电力电量平衡模型研究

传统的电力电量平衡主要以经济调度、机组组合为基础,没有给予可再生能源突出考虑。首先利用聚类分析方法将电力系统内各电源按发电特性划分为电源簇,建立电量消纳优先次序,以充分体现各电源的价值;然后以购电成本最小化、可再生能源发电消纳最大化为目标函数,分别考虑各电源簇的运行约束,建立电力系统中长期电力电量平衡模型,并设计内外层相结合的分层求解策略进行模型求解。其中,模型外层为电源多目标优化配置,采用多目标规划-几何模型(MODM-GMM)算法求解;模型内层为电源发电能力计算,采用逐步优化-增量动态规划(POA-SIDP)算法求解。最后,将模型运用到重庆电网中验证模型可行性和有效性。模型能实现包含水、火、风、光等混合能源系统的购电经济性,并有效利用系统内的可再生能源,促进电网协调、低碳、健康、高质量可持续发展。     

考虑含可再生能源多电源系统三维概率分布的协同运行优化策略

提出一种基于序列概率理论量化不确定性,制定可再生能源系统多电源协同运行策略的方法。着重处理了系统中多电源建模和量化不确定性的困难。从三个方面处理不确定性影响:优化区域发电任务、优化整定备用容量、三维概率序列和机会阈值定量描述不确定性。通过模型求解,分别确定区域间传输功率和区域内出力方案,得到促进可再生能源消纳的调度方案。计算结果表明,该方法能够在有效处理系统不确定性的前提下给出较为合理的协同运行策略,对实际调度有一定的指导作用。     

含风力发电的市级电网区域可再生能源规划方案确定及重要因素影响研究

以CO2减排目标为主要约束条件,以经济性最优为目标函数,以可再生能源混合优化模型为平台,提出了某市级区域电网基于风资源的可再生能源规划方案,从上级电网购电价格、风电成本、电煤价格、向电网送电量等影响能源规划的因素入手进行灵敏度分析,给出了有实际参考价值的分析结论.研究表明,当风电成本与火电成本可相比拟时,在CO2减排约束下,若不考虑向上级电网输送电量,引入风力发电可以有效减少污染物排放量和燃料消耗,提高的风电比例会随风机数量的增加逐渐达到饱和,电力生产成本会随风机的过度装设而迅速增长.对于设定的CO2减排目标,在安装风机数量适当大于满足减排目标所需的最小风机数量,在区域电网不加装储能装置的条件下,上级电网购电价格以及煤炭价格的升高会直接导致区域电网电力供应经济性的迅速恶化,而向上级电网售电能够有效降低区域电网的电力生产成本,且大电网对区域电网外送风电的消纳能力越强,区域电网的电力生产成本就能降得越低.     

含抽水蓄能电站的可再生能源电网优化调度策略

由于可再生能源电网发电功率的不确定性十分突出,以功率平衡为首要任务的电网调度控制必须采取有针对性的应对措施。在电网储纳运行机制的基础上,建立含抽水蓄能电站的日前调度及实时调度的数学模型。将电网备用分为波动性备用(即调峰备用)和不确定性备用:平衡波动性功率的备用容量主要由常规电源承担,平衡预测误差的不确定性备用主要由抽水蓄能电站承担,2类电源分工互济实现电网功率平衡。提出一个风电上网功率稳定性评价指标,用于衡量不同调度策略补偿失衡功率的优劣。算例分析验证了所提调度策略是可行的。     

计及高比例可再生能源运行特性的中长期电力发展分析

面对日益严峻的气候和环境问题,过去的高消耗、高排放的能源发展模式已难以为继,建立以可再生能源为主体的能源,特别是电力供应体系,实现能源清洁低碳转型发展成为大势。首先,介绍了面向高比例可再生能源的中长期电力发展研究思路。接着,提出了多区域、多场景中长期电力规划模型,该模型以全社会电力供应成本最小化为优化目标,考虑了电力系统扩展规划、运行、发电资源及能源电力政策等多方面约束;通过电力系统运行模拟在规划问题内的适度耦合,可计及风光等可再生能源发电的随机性与波动性。最后,基于所提规划模型,展望了中国2050年高比例可再生能源电力系统的电源格局与电力流,并对系统整体运行情况进行了分析。     

基于多层级条件风险价值的高渗透可再生能源电力系统低碳运行联合优化

在双碳目标下,风电渗透率增加给新型电力系统的安稳运行带来挑战,而条件风险价值法（Conditional Value-atRisk,CVaR）可对风电的随机风险进行分类量化评估,以用于系统调度运行。根据CVaR提出了改进的多层级条件风险价值法（Multi-layer Conditional Value-at-Risk,MCVaR）,并建立了基于MCVaR的高渗透可再生能源电力系统低碳运行联合优化模型。仿真算例结果表明,MCVaR相较于CVaR能够显著降低系统的弃风与切负荷量,同时系统的极端损失下降了49.45%。所提方法能够在满足系统可控风险约束的前提下,实现运行经济效益与低碳环保收益的综合最优化。     

基于MICP的多能耦合综合能源系统可再生能源消纳能力研究

受限于电力系统资源禀赋,可再生能源消纳能力瓶颈始终制约着可再生能源的大力发展。近年来蓬勃发展的综合能源系统因其多能耦合属性,可将电力系统盈余电量转移至气/热/氢等其他能源子系统进行消纳,为可再生能源消纳提供了全新思路。然而,由于综合能源系统多能耦合复杂、规模大、维度高、非凸非线性强,如何准确评估其可再生能源消纳能力是一项难题。基于电/气/热/冷等能源子系统物理特性构建了综合能源系统可再生能源消纳模型,以评估多能耦合作用下系统对可再生能源的消纳能力极限;然后,提出凸松弛及近似方法将混合整数非线性规划原问题转化为混合整数锥规划问题,实现模型的有效求解;最后,以改进的IEEE-39节点电力系统和比利时20节点天然气系统为基础构建了电-气-氢-热-风-光耦合综合能源系统算例,论证了多能耦合对于可再生能源消纳的提升作用,并深入挖掘了不同节点对于可再生能源的接纳能力差异。     

新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望

风电场和光伏电站出力的不确定性给电力系统优化调度带来很大技术挑战。文中主要介绍了考虑新能源不确定性的电力系统优化调度方法的研究现状及后续研究方向展望。首先,重点论述了各种不确定优化调度（UOD）方法,包括随机优化方法、鲁棒优化方法、随机鲁棒优化结合方法和基于人工智能技术的方法。其中,随机优化方法包括场景法、机会约束规划法和近似动态规划法;鲁棒优化方法包括传统鲁棒优化法和分布鲁棒优化法;随机鲁棒优化结合方法包括采样鲁棒优化法和分布鲁棒机会约束规划法。然后,介绍了每一种方法的优化模型形式、模型的转化和求解原理及其优缺点。最后,对UOD的后续重点研究方向进行展望,包括兼顾多个目标的UOD问题及多目标不确定优化方法、输配系统UOD问题及分布式不确定优化方法、考虑稳定性约束的UOD问题及含常微分方程约束的不确定优化方法、考虑管道传输动态的综合能源系统UOD问题及含偏微分方程约束的不确定优化方法。     

高渗透率可再生能源接入系统中储能应用综述

具有间歇性和波动性的可再生能源大规模接入系统给电网电能质量、安全稳定等方面带来不利影响,储能技术为高渗透率可再生能源接入系统提供了解决方案。在梳理现有储能装置类型及其典型应用的基础上,给出了储能从电能存储环节到电能变换环节的基本模型、从单点控制到多点协调控制的控制策略,分析了储能在高渗透率可再生能源接入系统中平抑功率波动、参与峰荷管理、提升传输能力、改善电能质量、参与系统调频、增强系统运行安全性等方面的应用场景,并从装置开发、优化规划、运行控制和运营模式等方面探讨了储能大规模应用的发展趋势,分析了其对能源互联网发展的推动作用。     

协调大规模风电汇聚外送的储能配置优化规划

可再生能源富集中心与负荷中心分布上的不均衡,以及风电出力的反调峰特性,导致网络潮流对可再生能源高渗透率地区的大规模风电汇聚外送的约束日益凸显。结合风电汇集区及外送通道的布局特征,计及配置储能前后外送电通道利用率提升的影响,以储能系统配置净收益最大化为目标,建立协调大规模风电汇聚外送的电网侧储能优化配置混合整数线性规划模型,优化决策电网侧储能的选址定容及运行策略。算例分析表明,协调风电汇集区和外送通道空间分布优化规划电网侧储能,可提升外送通道的利用率,促进可再生能源消纳。     

虚拟电厂参与下含高渗透可再生能源系统的运行策略

为电力系统能够规模化灵活控制分布式可再生能源与可控负荷参与系统市场交易和优化调度。本文提出一种虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)参与下含高渗透可再生能源的双层优化调度模型,将虚拟电厂作为独立市场主体参与系统调度,两层之间交替求解,实现协同优化;同时利用威尔分布、贝塔分布模拟风电、光伏的随机性,计及可再生能源出力不确定性带来的高估与低估成本。针对双层优化模型,混合整数、非凸、非线性、多目标的特点提出一种新颖的多目标飞蛾扑火算法(Multi-objective Moth-flame optimization, MOMFO)。最后通过修改后的IEEE39节点为算例验证文中提出的模型可均衡各层收益主体,在维持安全稳定运行的前提下,系统运营利润最大化,有效实现了电力系统的可持续性发展;同时也验证了多目标飞蛾扑火算法的有效性与竞争性。     

新能源为主体电力系统的需求侧资源利用关键技术及展望

能源转型背景下的电力清洁低碳化将推动传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统发展.新型电力系统中的电力供应保障和安全稳定运行能力将受到高比例新能源的极大挑战,传统电力系统运行模式下单靠电源侧资源已无法满足安全稳定且经济高效的电力供应要求,必须充分挖掘需求侧资源的潜力,由"源随荷动"向"源荷互动"转变.文中首先阐述了新型电力系统面临的电力安全可靠经济供应新形势,其次研究分析了国内外需求侧资源利用实践,在此基础上,提出了面向新型电力系统的需求侧资源利用关键技术,并从资源开发重点、运行管理、市场机制、政策措施、商业模式5个方面对中国新型电力系统需求侧资源利用进行了展望.     

计及主动配电网转供能力的可再生电源双层优化规划

在主动管理(AM)模式下,提出了一种考虑主动配电网转供能力的可再生电源(RES)优化配置模型。以年综合费最小为上层目标,每个场景的配电网运行费最小为下层目标,该模型计及了系统故障负荷的转供和包括RES出力切除、RES功率因数调整、有载调压变压器分接头调节和需求侧管理在内的4种AM措施。考虑RES出力随机性及负荷波动性,利用准蒙特卡罗模拟和奇异值分解生成风、光荷相关性样本矩阵并采用模糊C-means聚类对场景进行缩减。应用动态小生境差分进化与原对偶内点算法相联合的策略对模型加以求解。通过算例对比是否考虑AM措施和转供能力下的三种情境仿真结果验证了模型和方法的有效。     

高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架

大力发展可再生能源是应对能源危机和环境问题的重要手段,高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征。文中从高比例可再生能源接入带来的强不确定性和高度电力电子化带来的稳定机理变化两个方面,分析了高比例可再生能源电力系统面临的关键科学问题。在此基础上,从中国未来电力系统结构形态分析与电力预测、含高比例可再生能源的输电系统规划、含高渗透率可再生能源的配电系统规划、电力电子化电力系统稳定性分析、含高比例可再生能源交直流混联系统的优化运行等5个方面,提出了高比例可再生能源电力系统的研究框架,重点阐述了这5个方面的相互关系。最后,对未来高比例可再生能源电力系统的研究进行了总结和展望。     

海岛可再生独立能源电站能量管理系统

建立可再生独立能源电站是解决无电网海岛的能源短缺问题,并促进这些地区经济发展的重要举措.文中介绍了珠海市担杆岛研建的一个风能、太阳能、波浪能3种可再生能源以及备用柴油机组成的混合发电站.采用了海水淡化装置作为可控负载,在可再生能源能流密度较大、电力过剩或淡水紧缺时,投入海水淡化装置,利用多余的电力制造淡水,解决海岛淡水不足的问题.为了更合理地管理能量,设计了基于上、下位机的可再生独立能源电站的能量管理系统.该系统对蓄电池的电压和电流信号进行实时监测,以此估算蓄电池的储能状态,对能流进行控制,并利用全球移动通信系统(GSM)模块TC35i,把电站的状态信息发送到相关人员的手机上.运行结果显示,能量管理系统提高了可再生能源的利用率,延长了蓄电池的使用寿命,为海岛独立能源发电站的高效、稳定运行提供了有力的保障.     

基于时序运行模拟的新能源配置储能替代火电规划模型

随着风电、光伏自身成本不断下降,经济性上逐步具有替代火电的条件,同时,随着风电、光伏替代火电规模的增加,系统需要引入储能来应对系统不断增强的净负荷波动.为更加科学地量化评估新能源配置储能替代火电的经济性和规模,首先建立计及电力系统灵活性需求、基于精细化时序曲线运行模拟的电源和储能联合优化规划模型,以系统总成本最低为优化...