含大规模新能源接入的日内滚动计划研究与应用

"十二五"期间新疆电网风电、光伏等新能源的装机容量倍增,在系统调峰、调频计划、备用安排以及风电、光伏新能源消纳与电网安全等方面面临新的挑战。尤其是风电、光伏出力具有较强的间歇性、随机性和波动性,难以像火电等常规能源发电机组一样灵活调度。为保证电网安全运行,最大限度消纳风电、光伏等新能源,积极实施了含大规模风电、光伏接入的调度日内滚动计划系统,考虑风电、光伏出力波动的日前发电计划、常规机组日计划电量完成偏差自校正以及风电、光伏含超短期预测的日内滚动计划。     

光伏出力特性指标体系和分类典型曲线研究

光伏发电近几年得到快速发展,其出力特性的分析研究逐步深入,但还没有形成成熟的光伏出力评价指标体系。针对这个问题,提出了面向电网运行的光伏出力特性指标体系。通过理论研究和数据测算,发现光伏出力的波动性较风电明显要小、规律性较强,完全可以采用简单、精炼的指标体系来表述。提出采用指标"季节属性"来表征光伏发电在不同季节的可出力时段,指标"平均出力"来表征光伏全天出力整体水平,指标"全日最大出力"来表征光伏出力对系统调节能力的影响。以某实际光伏电站出力为例,分析了所提评价体系的具体指标和分类结果。计算结果说明了通过核心指标体系,可以直观描述光伏出力特性,并有助于形成典型出力曲线,具有很好的应用前景。     

并网光伏电站置信容量评估

衡量光伏发电的置信容量是大规模光伏电站接入电网时需要考虑的问题之一。以光伏发电接入后系统可以减少的发电容量来评估光伏发电的置信容量,建立了考虑不同天气类型概率、最大辐射强度、云遮波动以及温度系数波动的年光伏出力波动模型。提出了基于序贯蒙特卡罗仿真的电力系统发电可靠性的计算方法,并以光伏发电接入前后的系统电力不足期望(loss of load expectation,LOLE)为基础,建立了目标函数,并用粒子群优化算法搜索光伏发电接入后系统的常规机组组合,使系统的可靠性水平与光伏发电接入前保持一致。某标准算例的仿真计算验证了上述模型和方法的正确性和有效性。     

计及发电量和出力波动的水光互补短期调度

水光互补对解决光伏并网和消纳难题具有重要意义。该文首先系统地将光伏发电出力波动分为固有波动、随机波动和间歇波动三个层次,并首次从提升系统功效的两个方面揭示了水光互补的机理。其次建立兼顾发电量和出力波动的双目标调度模型,并采用嵌套优化法求解,结合光伏发电的出力特征,改进了出力波动的度量方法,提出分阶段波动控制策略,以适应大规模光伏发电的接入。最后以四川省境内小金川河流域梯级电站群及其周边的光伏电站为研究对象,进行案例研究。结果表明在保证发电量的前提下,当接入较小规模光伏发电时,整体波动控制策略和分阶段控制策略都能较好地调节光伏出力波动,但随着光伏规模的增加,后者表现出显著的优势,验证了该策略的合理性。     

储能电池平抑光伏发电波动的应用

合理的储能技术能够有效缓解光伏发电对电网带来的负面影响。该文在验证了光伏波动低频特性的基础上,提出利用储能电池平抑光伏出力短期波动的运行策略及储能电池最优容量的评估方法。通过光伏出力预测,控制储能电池的存储与输出功率,减小光伏出力的不确定性。基于储能电池单位成本下最长利用时间,建立电池最优容量的数学模型。通过实例验证,总结了影响电池最优容量的关键因素,在实现光伏出力可调节的前提下,最大效率地利用储能电池。     

特约主编寄语

正逐步摆脱化石能源依赖,实现大规模可再生能源发展是全球能源变革趋势。预计到2050年,可再生能源出力在能源消费总量中所占比例将达到80%。随着以风电和光伏为代表的大规模可再生能源接入电网,传统的电力系统频率控制问题面临新的挑战和机遇。一方面,随着风电机组和光伏发电系统替代传统火电机组发电,使得在线机组的总转动惯量减小,维持频率质量的能力降低,而可再生能源发电出力的随机波动又加重了系统对调频     

多时间尺度的光伏出力波动特性研究

光伏出力的波动性是影响光伏发电发展的重要因素,通过对光伏电站的历史运行数据进行统计分析,研究了不同时间尺度下光伏出力的波动特性。文章简要概述了光伏并网发电的出力波动对电网的影响,定量分析了光伏出力的波动水平,通过对不同时间尺度的光伏出力波动数据进行3种分布函数的概率密度拟合并比较结果,得出不同时间尺度下光伏出力的波动性应选择不同的概率分布模型来描述的结论。     

基于飞轮储能的火电机组一次调频研究

随着新能源在电网中的占比逐步提高,电网频率的稳定性受到了严重挑战,对电网中火电机组的调频能力提出了更高的要求。然而传统火电机组对功率的调节响应慢,难以满足一次调频的快速需求,且频繁的扰动也会对火电机组造成严重磨损,降低机组运行的安全性和经济性。飞轮储能技术凭借其快速响应功率变化的优势为解决火电机组调频问题提供了新的思路。基于MATLAB建立了飞轮储能辅助火电机组参与一次调频的两区域电网仿真模型。仿真结果表明,飞轮储能辅助火电机组参与调频能极大提高机组的调频质量,最大暂态偏差减小了29.5%,常规火电机组出力波动也明显减小,波动范围缩小了34.2%。机组出力波动小有利于机组原状态的恢复,延长机组寿命,提高电厂经济性。     

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。     

基于不同可调度热源的风电出力平滑模型

风能具有随机性和间歇性,导致风电出力具有波动性。计及供暖热源机组爬坡速率、发电出力与供暖出力间约束以及热源距离用户的供暖热水管道距离等因素,以等效风电出力波动最小为目标函数,建立基于不同热源机组的风电出力平滑模型。提出利用电力热泵作为补偿热源,将爬坡速率作为热源机组进行出力调节的响应约束,同时将热源距离用户的供暖热水管道距离转化为热水输送时间,作为风电出力调度的关键参量。模拟计算表明：1）新型风电出力调度方法可以有效平滑风电出力;2）基于不同热源的风电平滑效果存在差异,使用抽凝式热电联产机组的调节效果最好     

风电场与AGC机组分布式协同实时控制

受风电预测相对负荷预测水平较低的影响,常规自动发电控制(automatic generation control,AGC)机组计划出力与实际最佳出力有较大的偏差。如何在最大化消纳风电的同时减少风电波动对AGC调节裕度的影响,成为大规模风电接入背景下实时控制的主要问题。为此,构建分钟级时间尺度下的风电场与AGC机组分布式协同实时控制模型,提出适用于大规模风电并网下实时控制过程的分布式增量一致算法,将净负荷增量的预测值在常规AGC机组与风电场之间通过等边际成本法则进行分配,以降低系统运行成本和提高系统风电消纳能力。算例表明,所提策略的应用既可以保证AGC机组调节性能,又可以在一定程度上降低风电受限量和系统的运行成本。     

计及多能源分频互补的新能源并网调度优化

风电、光伏发电等新能源电力的强波动性、弱支撑性给电力系统稳定性带来不利影响。为此,在研究风电、光伏出力随机波动特性的基础上,通过离散傅里叶变换(DFT)分析补偿风、光电联合出力的电力曲线功率频谱密度,提出利用火电、水电、储能等多能源分频补偿控制模式以应对高比例新能源并网波动问题。首先利用两次小波包分解将波动补偿量分解为低频、中频与高频分量;然后以年运行成本最小化为目标在引入波动量罚系数的基础上根据不同能源机组出力特性优化不同补偿机组容量。通过对西部某地区风电场群及光伏电站数据进行分析,验证了所提调度优化方法的正确性和可行性。     

风光水火联合运行电网的电源出力特性及相关性研究

通过调研西北电网大量实际运行数据,提出常规火电与热电联产机组的调峰深度以及影响水电调节能力的主要因素。基于数理统计分析方法提出风电、光伏集群出力的季特性、日特性以及概率分布曲线,为风光水火联合运行电网不同时空尺度下生产运行模拟提供依据,从而确定各类电源的合理配置和经济运行方案。分析证明:光伏出力与时间相关性强,风电出力与时间相关性弱。风电与光伏互补性不明显,水电与光伏互补性明显。风光水火联合运行电网的新能源接纳能力不宜采用小方式下调峰平衡的简单估算方法,应通过电力系统生产运行模拟仿真确定各类电源的合理装机规模和结构。     

考虑光伏电站高渗透接入的火电机组一次调频参数优化

随着局部地区光伏并网容量的增加、光伏电站渗透率不断增大,光伏波动对系统电压波动和稳定特性的影响逐渐凸显,可考虑应用火电机组良好的调峰调频特性来满足更高渗透率的光伏接入。首先,通过建立非标准工况下光伏发电系统模型,分析了光伏发电的功率输出特性,阐述了不同渗透率下,光伏出力波动对系统特性的影响机理;其次,通过仿真遍历测试的方法,依据响应性能差异对比,确定优化火电机组一次调频放大倍数和时间常数的整定原则,以提高光伏电站高渗透率的接纳能力;最后,对新疆喀什地区电网进行了实际仿真验证,结果表明优化火电机组的一次调频参数有助于系统接纳光伏电站后维持其稳定运行,为光伏并网规划提供了有力支撑。     

基于储能的光伏并网点电压越限控制方案

由于光伏出力的不稳定性光伏接入配电网后容易引起并网点电压的越限问题,这也是限制光伏发展的重要原因之一。储能系统(ESS)因拥有快速充放电响应能力故通过吸收和发出电能可以有效地解决电压波动问题,分析了光伏接入配电网后并网点电压越限的原因以及电压调节的机理,提出一种基于功率 电压的控制方案控制储能系统充放电来调节并网点(PCC)的电压,通过与光伏逆变器配合实现并网点的电压的调节,结果表明提出的方案能够有效地解决电压越限问题。     

间歇式电源并网系统的中长期特性仿真研究

间歇式电源的大规模发展及并网运行,在带来巨大经济效益的同时,也给电网中长期过程的频率稳定和有功平衡带来了巨大的影响。在间歇式电源机电暂态模型的基础上,对风电、光伏中长期自动发电控制(automatic generation control,AGC)子站进行建模,该模型可以接受调控中心AGC总站的调度命令,对间歇式电源进行功率调节。然后,利用甘肃电网的某典型日负荷、风速及光照曲线,深入分析了间歇式电源的波动特性及风光互补特性,验证了上述模型具有模拟中长期频率波动的能力。在此基础上,以平抑间歇式电源带来的联络线功率波动为目标,对机组出力计划、二次调频系统等控制策略的效果进行了分析。最后通过仿真计算论证了机组出力计划和AGC系统具有平抑间歇式电源功率波动性的作用。     

考虑水光协调性与经济性的水电站优化调度

为降低光伏出力波动性、提高水光互补综合系统的电量效益,本文以西藏装机容量最大的藏木水电站与其拟规划的光伏电站为例,选择晴天、阴天和雨天三种典型日,以系统总出力波动平均值表征水光互补综合系统协调性,以水光综合出力电量效益、水电旋转备用补偿效益之和表征系统经济性,建立考虑水光协调性与经济性的水电站机组尺度优化调度模型,在枯水期典型日下,揭示系统协调性与经济性转换关系,分析水电、光伏发电日内运行规律。结果表明：水光互补综合系统协调性与经济性呈现明显的竞争关系,晴天、阴天和雨天三种典型日系统总出力波动平均值由3.5 MW降低至2.5 MW,相应经济效益分别减少0.62%、0.38%、0.22%。研究结果对提升水光互补系统协调性与经济性具有实际指导意义。     

平抑光伏出力波动的混合储能系统控制策略

针对由电池和超级电容器构成的混合储能系统,设计了一种平抑光伏出力波动的储能控制策略。基于含阀值判断的低通滤波算法制定储能系统总充放电功率,在平抑光伏出力波动的同时避免对储能系统的过渡调控。综合考虑储能介质充放电状态,基于滑动平均原理制定储能介质的功率分配策略,以充分发挥不同储能介质的优势,优化储能系统的整体运行性能。仿真分析验证了所设计控制策略的有效性,储能系统可以较小的调控代价完成对光伏出力波动的平抑,且超级电容器平抑功率波动的快变分量,有效降低了储能电池的充放电次数。研究结果对混合储能系统在平抑光伏出力波动中的应用提供了理论参考。     

高渗透率光伏参与电力系统调频研究综述

光伏发电的波动性和随机性会造成高渗透率光伏发电系统输出功率随机波动,进而加重了电网频率调节负担。同时高比例光伏发电接入系统,会替代部分常规机组,进一步削弱了电网调频能力。针对高比例光伏并网对电网频率稳定带来的全新挑战,分析了光伏发电接入系统对电网频率稳定性的影响机理。介绍了当前光伏发电参与系统频率调节的技术路线。最后,结合当前我国电网和新能源发展实际情况,展望了今后需要进一步关注的问题。     

利用燃气机组和热泵减少不确定因素影响的电网调度

电网运行因传统电力负荷预测的不确定性和光伏、风电等随机性电源规模导入而日益受到影响。基于智能电网调度系统,提出通过控制集中式供热、发电设备的热、电出力,并使分散式热泵与之相配合,让热力管网起到一个储热系统的效用。这样可以利用热、电传输特性存在的差异,在建模过程中将热源与终端用户之间的热水管道传输距离和热泵耗电负荷作为新的优化变量。针对电力负荷跟踪问题,1通过减小燃气机组的供热,增加了发电出力可调节范围,配合分散式热泵耗电供热所增加的电力负荷,可以等效改变电力负荷,跟踪目标负荷曲线;2不同热泵性能系数(COP)下的负荷跟踪效果一致,但COP越大节能效果越好。针对并网间歇性电源等效发电出力波动最小的目标函数,可以将热电联产机组和电厂侧集中式水源热泵构成联合热电源,增加其热、电的调节范围。计算结果表明:间歇性电源发电等效出力得到了有效平滑;不同空间分布的热负荷对平滑效果差异影响较小,但对于能耗有较大影响;远端型热负荷分布下节能效益最好,约为3%。