新能源侧储能优化配置技术研究进展北大核心CSCD

储能作为提升新能源消纳量的一种重要手段,在“碳达峰、碳中和”要求大力发展风光等新能源背景下,“新能源+储能”模式将成为国家“十四五”期间新能源发展主流趋势。已有的储能相关综述文章主要归纳总结了各种储能本体技术的发展和储能在电力系统中的应用场景,对储能优化配置技术研究综述尚少,特别是新能源侧储能,因此了解储能在新能源侧的优化配置技术十分必要。本文首先介绍和分析了新能源侧配置储能的发展现状,包括“十四五”期间各省份颁布的政策、国内典型示范工程和应用场景;其次探讨了储能优化配置技术中2个关键问题,储能系统选型和储能系统规划模型。在选型方面,对比和分析了各种电池类型的优缺点和适用场景,在构建储能系统规划模型方面,综合考虑风光出力不确定性、经济性、环保性和技术性等不同因素对规划模型的影响,列出了具体的数学表达式和相应的规划方法;最后,针对新能源侧配置储能的政策制定、储能本体技术的发展、系统选型、优化模型的建立和优化配置仿真软件平台的开发等关键性内容提出建设性意见,为未来新能源侧配置储能实际工程项目的建设提供借鉴和参考。     

模糊控制优化下的混合储能系统辅助燃煤机组调频仿真北大核心CSCD

在新能源并网容量日益增多的背景下,提高燃煤火电机组的调频能力是满足目前电网新能源消纳调频需求的主要途径之一。对此,利用由飞轮储能与电化学储能组成的混合储能系统辅助火电机组提高调频性能是重要的技术手段。本工作针对600 MW供热机组,在Matlab/Simulink中构建混合储能系统辅助燃煤火电机组调频的仿真模型,并对提出的控制策略进行仿真验证。结果表明,机组耦合混合储能系统能有效减少电网频率变化量,降低汽轮机输出功率波动,稳定主蒸汽压力;针对混合储能系统中的功率分配系数,利用模糊控制策略进行优化,发现模糊控制策略能够在连续的充/放过程中,使混合储能系统保持良好的功率变化适应性。     

计及多影响因素的发电侧混合储能系统容量配置方法及配置工具北大核心CSCD

储能是推动主体能源由化石能源向可再生能源转变的关键技术,对提升清洁能源消纳,保障电力连续稳定输出,提升火电效率,保障电能质量具有突出作用,是实现多能协同、清洁低碳、安全高效能源体系的重要支撑。本工作主要聚焦新能源场站参与电网一次调频应用场景下的储能系统配置,综合考虑了不同储能系统技术出力特性、储能系统成本、储能系统使用寿命、储能系统经济性等诸多因素,并在考虑储能系统能量及功率平衡、储能荷电率限制、储能出力置信度等多约束目标的基础上,运用多时间尺度小波分析、储能容量迭代优化算法和雨流计数电池寿命预测等数值分析理论,开发出适用于新能源场站参与一次调频的混合储能系统配置方法,并基于MATLAB开发了储能配置专用计算工具。本工作通过一个400 MW风电场参与一次调频场景中储能的配置验证了所开发的混合储能配置方法及工具。     

考虑多时间尺度灵活性的含大规模风电电力系统机组组合研究

考虑机组多时间尺度启停约束,建立系统多时间尺度灵活性供给模型;考虑风电预测误差分布时变性,建立多时间尺度灵活性需求分析模型;基于混合整数线性规划方法,提出考虑多时间尺度灵活性的含大规模风电电力系统机组组合模型.模型能够充分反映含大规模风电电力系统多时间尺度灵活性供需平衡关系,在保证灵活性和安全性的前提下,提高运行经济性...     

基于改进海洋捕食者算法的配电网储能多目标优化配置北大核心CSCD

分布式电源(distributed generation,DG)的大量接入是配电网重要发展趋势之一,而储能系统的合理配置是提升配电网接纳DG能力的重要手段。本工作考虑高比例DG接入配电网造成电能质量下降问题,建立使配电网电压偏移最小、线损率最低、储能规划成本最优三个指标的储能多目标优化配置模型;针对目前侧重改进传统优化算法求解储能配置多目标优化问题性能不足方面,采用一种基于快速非支配排序和边界交叉构造权重设置参考点的方法对海洋捕食者算法改进,进而求解配电网储能多目标优化模型,得出储能在配电网中的最佳并网位置、额定容量和储能电池调度周期内的充放电功率。通过在IEEE-33节点系统上进行算例分析,结果显示:采用改进的多目标海洋捕食者算法能够有效地求解出在最优储能规划成本下使配电网经济、稳定运行的储能配置方案,及储能电池运行周期内最佳的充放电策略;并且通过对比多种智能优化算法,证明了所提改进海洋捕食者算法在求解储能多目标优化配置问题上具有良好的收敛性能、分布性能。     

光伏系统液流电池储能优化配置北大核心CSCD

液流电池具有长时储能成本低、系统安全性高等特点,适用于大规模长时储能的应用场景,通过对液流电池系统进行合理的规划配置,可以平抑新能源发电系统的间歇性和波动性,对于保障电网安全稳定运行具有重要意义。目前缺乏基于液流电池技术特性和运行特性展开的新能源系统与液流电池优化配置方法研究,随着我国能源快速转型,充分发挥液流电池技术及运行特点,优化配置新能源系统中液流电池容量,对建立新型电力系统有着积极作用。本工作以光伏与液流电池联合发电的局域网为研究对象,提出了适用于光伏系统的液流电池储能优化配置方法,通过对液流电池系统中各个模块系统的运行特性、系统初投资和全寿期运维成本进行了深入地研究分析,基于液流电池系统具有功率与容量模块相分离的特点,对大规模液流电池系统的功率和容量配比进行了优化设计。综合液流电池系统模块优化设计的结果,对光伏与液流电池联合发电的局域网系统进行运行策略优化,在保证局域网供电稳定运行的同时,以液流电池系统初投资与全寿期运行成本之和最小为目标函数,求解得到优化液流电池优化配置方案。算例应用表明,大规模液流电池系统功率和容量配置为1 MW/8 MWh时为经济性最优的兆瓦级液流电池模块设计,25年运行期LCOE为0.292元/kWh;在本工作应用的局域网中储能优化配置的目标函数在储能配置为20 MW/160 MWh方案达到最优解。     

考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价方法研究

针对多点分布式储能系统的灵活性评价问题,深入讨论分析了电力系统灵活性的定义、内涵,提出了考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价指标和方法,并基于河南电网侧储能电站示范工程进行案例分析,验证了方法的适用性和有效性。研究表明：考虑聚合效应的灵活性评价指标和方法能够有效地量化多点分布式储能系统响应系统不确定变化时的灵活调节能力,有助于提高储能电站调度运行的量化决策水平,具有一定的工程实用价值。     

基于EMD分解的混合储能辅助火电机组一次调频容量规划北大核心CSCD

高新能源渗透率的新型电力系统更容易发生发电侧与用户侧的负荷失衡,从而造成电网频率波动,这对电网安全带来了巨大的挑战。提升发电侧主动调频支撑成为解决这一问题的关键。储能技术辅助调频主力的火电机组参与发电侧一次调频不仅可以提升电网安全性,也能降低机组磨损,提升机组运行的经济性。现存一次调频储能容量配置方法比较单一。因此,本文提出了一种基于EMD分解的混合储能辅助火电机组一次调频容量规划方法。使用EMD对储能的目标功率进行处理,并将处理后的IMF分量进行重构,从而确定混合储能的功率与能量配额,以归一化成本为最优目标,完成储能系统规划,弥补了现存研究未充分考虑功率高低频响应导致的储能配置方案不合理,不能充分利用不同形式储能特性造成的储能投资成本高、储能系统收益低、调频效果不理想等缺点。并以宿迁660 MW机组为一次调频算例验证了本文方法的可行性与经济性。研究结果可以为参与一次调频的火电机组储能规划提供一定技术参考。     

综合考虑多类型灵活性资源的主动配电网优化调度方法研究

随着可再生能源渗透率不断增大,主动配电网的波动性和不确定性问题愈加突出。多类型资源协调优化可以有效提升系统的灵活性,促进可再生能源消纳。针对高渗透率主动配电网的灵活性需求,文章提出了一种综合考虑多类型灵活性资源的主动配电网优化调度方法。该方法从节点灵活性和网络灵活性出发,结合节点灵活性资源的物理特性,对灵活性供给进行量化建模,从而得到系统综合灵活性供给的模型。通过对网络灵活性资源智能软开关的实现原理、控制模式和运行特性的分析,建立了联合储能的智能软开关的运行模型。在此基础上,提出了灵活性充裕率和传输充裕率两个灵活性评估指标,并将灵活性效益纳入优化目标,构建了计及经济性、节点灵活性和网络灵活性的多目标优化调度模型。最后,采用内嵌潮流计算的多目标粒子群算法对所提的模型进行求解,以改进的IEEE33节点系统为例验证了所提方法的有效性。     

考虑参与多市场交易的电网侧储能优化配置

基于电网侧储能投资者的角度,提出一种考虑多市场交易模式的电网侧储能系统优化配置双层模型。模型外层以储能投资综合效益最大为目标,考虑了储能能量市场收益、调频市场收益、调峰市场收益和投资成本;内层以系统运行成本之和最小为目标,考虑系统的发电成本、调频服务成本、调峰服务成本和弃风成本。通过内外双层模型综合考虑了储能的规划和运行决策问题,模型在改进的IEEE39节点进行仿真,算例证明了所提模型的有效性。     

计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置北大核心CSCD

本工作研究了计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置问题。首先,提出了适用于含源配电网供电可靠率指标的计算方法,具体考虑了负荷时序、分布式光伏出力及储能系统运行特性。然后,基于上述计算方法,提出了计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置模型,综合考虑了配电网的可靠性和经济性指标,约束条件包括配电网潮流、系统功率平衡、光伏出力以及储能系统运行。最后,以17节点配电网为例,利用遗传算法对本研究模型进行求解,得到了含光伏配电系统中储能系统的最优安装位置和容量。并且,分析讨论了储能和分布式光伏同步配置、储能在系统侧集中配置等不同的安装方案以及子目标权重系数的设置对目标函数的影响。     

考虑多场景需求的储能和直流系统频率响应特性协同优化方法北大核心CSCD

新能源具有显著的波动性和不确定性,且提供的转动惯量有限,大规模新能源并网对电力系统频率调节带来了严峻挑战。同时,在异步联网方式下,随着直流规模的不断增加,进一步减小了系统的转动惯量,需要通过储能和直流频率限制控制器(FLC)改善送端电网各扰动场景下的频率控制能力。首先,基于某送端电网的仿真数据构建统一频率模型,分析电网在严重故障和常规扰动场景下的调频需求。在此基础上,针对各类场景下的频率问题,构建了储能控制器和直流FLC调频参数的联合优化模型,通过动态调整两者的调频参数能够兼顾不同场景下的系统调频能力、对受端电网的频率影响程度以及调频经济性。然后,根据所建模型的特点采用遗传算法分层递进求解优化问题,实现对储能控制器和直流FLC调频参数的综合最优设计。最后,在MATLAB仿真平台模拟该送端电网的常见扰动进行效果验证。仿真结果表明所提方法不仅能够兼顾严重故障场景下的送受端电网频率控制,还可以改善常规扰动场景下的送端电网频率特性以及调频经济性。     

基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法北大核心CSCD

分布式储能系统(distributed energy storage system,DESS)对电力系统调峰至关重要,其选址和容量配置一直是业内研究热点,然而DESS规划配置方面依然存在经济技术分析不够全面和计算复杂度较高的问题。基于此,本文提出了一种基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法。首先建立了全面的DESS经济模型和运行约束模型,相对传统仅考虑投资成本和运行成本的缺陷,增加了储能运行调度带来的经济效益;然后通过功率损耗灵敏度(power loss sensitivity,PLS)进行选址,可降低寻址问题的维度并提高优化效率;接着利用贪婪算法将DESS划分为诸多单元分别优化,并将每个单元的决策过程简化为简单模型,可显著提高求解效率;为验证所提方法的有效性,本文以浙江嘉兴市某小区负荷数据为例,在MATLAB R2015b中进行仿真分析。结果表明:①相比遗传算法,本文算法仅能得到局部最优解,获得的经济效益略低,但差距不大,可显著提高计算效率;②相比于整体优化,其优化结果相同,但不涉及网损等成本计算,计算效率进一步提高。     

考虑可再生能源消纳与灵活性需求的电力市场优化决策研究

可再生能源配额制与电力市场改革同步推进,电力系统灵活性需求急剧增加.为促进可再生能源的消纳,提高电力系统的灵活性,本文提出了一种电力市场双层优化决策模型.先是考虑风光负荷之间的相关性,建立了灵活性需求的概率模型;进而建立多市场主体下考虑省间-省内可再生能源和常规能源交易的双层优化模型;最后利用KKT条件和拉格朗日对偶理...     

平抑风电功率波动的飞轮储能系统容量配置方法北大核心CSCD

为使风电场有功功率变化满足国家标准中有功功率变化限制的推荐值范围,采用飞轮储能系统平抑风电场有功功率输出。基于低通滤波方法,由飞轮储能系统响应风电场有功功率输出的高频成分,降低并网功率波动对电网一次调频的影响。通过建立不同截止频率和不同飞轮储能系统功率容量下的双层寻优模型,得到满足飞轮储能系统约束条件、风电并网有功功率变化要求和经济性指标的最优化飞轮储能系统容量。建立飞轮储能系统模型,仿真验证飞轮储能系统能够较好地响应功率指令,有效平抑风电功率波动。     

考虑光伏储能和可控负荷的配电网检修计划优化

主动配电网（active distribution network, ADN）是传统配电网的一个发展方向,其特点是能够对接入配电网的分布式电源（distributed energy resources, DER）进行主动控制和主动管理,这会对配电网检修计划的制定产生一定的影响。以含有光伏-储能联合发电系统和可控负荷的配电网为例,研究分布式电源在配电网检修中所能起到的作用,建立了相应的二层优化模型。其中子模型为单设备检修优化模型,考虑天气情况对光伏发电出力的影响,通过对储能电池和可控负荷的优化设置来减小功率损失;主模型为全检修计划优化模型,考虑储能电池容量约束,优化目标为减少检修全过程中的经济损失。针对模型特点,采用混沌粒子群分层优化算法和改进的TSP搜索算法进行求解。IEEE33节点系统的仿真结果显示了模型的正确性和有效性,比较不同条件下的仿真结果可以说明分布式能源的接入有助于降低配电网检修造成的损失。     

考虑温控负荷聚合调控的新能源-储能联合规划

新能源合理配置储能对促进新能源消纳、实现减排脱碳具有重要意义。本工作考虑温控负荷聚合调控,围绕电网的低碳减排和承载能力提升,提出新能源-储能联合规划方法。首先,计及等效热容、等效热阻等热力参数建立温控负荷聚合模型,并进一步分析温控负荷与储能协同运行对配电网承载能力的影响。然后,将表征配网承载力的潮流分布均衡指标和表征配网碳足迹的碳排放指标作为目标函数,嵌入经济利润机会约束,构建双层规划模型,外层为选址问题,内层为定容问题。随后,对模型进行二阶锥松弛后,采用麻雀搜索算法+凸优化求解器的混合算法进行高效求解。最后,算例表明储能和温控负荷的协同运行有利于配网潮流时空均匀分布,提高了新能源渗透率并降低了系统的碳排放。     

考虑风电出力不确定性的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度北大核心CSCD

风电和抽水蓄能电站联合运行可以平抑风电随机波动、提升风电消纳率。文章针对多个风电场的出力不确定性,采用概率性序列方法进行处理,提出了一种基于厂网协商机制的风电-抽水蓄能联合调度模式,并建立了基于机会约束规划的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度模型。模型以风电-抽水蓄能互补系统总发电收益最大为目标,综合考虑了抽水蓄能电站的水力约束、机组运行约束和系统功率平衡约束。为提高模型求解效率并获得全局最优解,文章将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后使用商业化求解器LINGO进行求解。优化调度结果表明,抽水蓄能电站能够很好的补偿风电出力的波动性,并显著提升互补系统的总发电收益。     

考虑光伏波动的有源配电网分布式储能双目标优化规划北大核心CSCD

文章针对光伏不确定性出力的场景下合理高效求解分布式储能优化配置方案的问题,建立了基于误差场景模拟法的有源配电网分布式储能优化规划模型。基于节点电压综合灵敏度分析方法进行了储能布点优化,避免了储能选址问题的大规模求解;以配电网综合成本和电压波动总和最小为双目标,构建了分布式储能优化规划模型;采用基于ε-约束法对双目标优化模型进行求解,并计及主观权值修正进行了折中最优解的选取。通过误差场景模拟光伏出力偏离预测值的不确定波动,规避了光伏出力随机性对储能配置方案的影响。通过仿真算例验证了所提分布式储能优化规划方法的有效性与适用性。     

含分布式新能源和机电混合储能接入的微网协调控制策略北大核心CSCD

含分布式光伏等新能源接入的微网作为大电网的补充目前应用日趋广泛,但是随着新能源在微网系统中的占比比例不断增加,其出力的波动直接影响到微电网系统整体的稳定性。飞轮储能属于功率型储能系统,能够适应短时高频次充放电,相比于超级电容系统其环境适应性更好且全寿命周期内无污染。飞轮与电池储能系统相结合能够平滑分布式新能源出力波动,提升微网系统稳定性,但是飞轮储能和电池储能运行特性差别较大,控制难度较高,目前在微网系统内应用较少。本文设计了一种含分布式光伏、电池/飞轮机电混合储能系统接入的交直流混合微网运行拓扑,并在此基础上提出了基于电池/飞轮机电混合储能系统的微网系统协调控制策略,根据飞轮和电池剩余容量的不同,将混合储能系统划分为不同状态,以此为依据同时考虑不同类型储能系统输出额定功率和分布式新能源功率波动大小,对飞轮和电池的充放电电流进行调节,从而减小由于新能源接入引起的微网内功率波动。本文基于MATLAB/Simulink环境搭建了基于交直流混合母线的微网系统,仿真结果验证了所提微网协调控制策略的有效性。