大规模可再生能源接入下的电力系统充裕性优化(二)多等级备用的协调优化

随着间歇性可再生能源接入比例的逐步提高,系统所需备用容量也相应增加。如果仅采用旋转级备用提供系统备用容量,不仅从经济上不可行,长期维持高比例的旋转级备用容量引起的排放也违背了可再生能源发展的初衷。调节性能灵活的非旋转级备用提供备用服务,有助于提升系统充裕性,是促进高比例可再生能源消纳的重要途径。针对现有非旋转级备用优化研究的不足,首先,文中分析了市场机制下发电侧和需求侧非旋转级备用的调度模式及优化模型。然后,考虑到旋转级备用与非旋转级备用在不同充裕性事件场景下存在物理—经济特性方面的差异性及互补性,进一步提出了综合考虑旋转、非旋转备用的混合优化方法。最后,通过算例分析,验证了所提优化方法的可行性和有效性。     

适应大规模新能源并网的电力系统备用配置及优化综述

大规模新能源并网后,传统的备用体系在应对电力系统电源侧及负荷侧存在的双侧随机性时,存在经济性及可靠性欠优的问题,为保证系统安全稳定运行,需要对系统备用的配置及优化方法进行研究。文中阐述了大规模新能源并网对电力系统备用的影响,充分挖掘系统多类备用资源;并阐述了电力系统源、荷、储3类备用资源及其作为互联电网跨区备用的研究现状,用以应对大规模新能源并网环境下系统面临的各类长时间、大扰动、大容量功率缺额风险事件;详细分析了电力系统备用现有的各类容量配置方法及调度优化方法,并指出下一阶段的研究方向,为后续大规模新能源并网下电力系统的备用配置及优化方法研究提供参考。     

大规模可再生能源接入下的电力系统充裕性优化(一)旋转级备用的优化

大规模可再生能源接入需要及时响应的各级备用容量支撑,合理配置立即可用的旋转级发电侧和需求侧备用容量对平衡系统可靠性与经济性至关重要。建立有偿使用备用服务的市场机制,其基本任务是购入合适的备用容量,在满足潜在风险场景下调度需求的同时,降低系统总成本。这就要求:考察每个可选备用措施(RM)在风险场景下的备用价值;从中选取性价比较高的RM或其组合。三篇连载文章完成了场景集下多等级备用协调优化的具体建模与求解,作为连载的第一篇,文中在分析现有备用优化求解方法的基础上,提出了基于RM代价性能比的旋转级备用优化方法。以穷尽式寻优方法为精度基准,通过所提方法与混合整数线性规划方法的对比,验证了所提方法的有效性。同时通过算例,从效率和精度两个方面给出了所提优化方法在不同规模系统下的表现。     

计及源-荷多灵活备用资源的随机优化调度

大规模新能源并网给电力系统的调度运行带来了新的挑战。为缓解系统的备用压力,提出一种计及源-荷多灵活备用资源的随机优化调度方法。首先,基于场景生成方法建立可变场景模型,考虑了风电并网容量和光伏并网面积对新能源出力不确定性的影响。其次,建立电力系统中多种灵活资源的备用模型:在源侧,分别建立常规机组和风电/光伏的备用模型,并考虑了风电/光伏备用的不确定性;在负荷侧,引入激励型需求响应,对需求侧备用进行建模。然后,基于两阶段随机优化方法建立备用调度模型。该模型考虑了日前的运行和备用决策以及日内不确定场景下的弃风、弃光以及切负荷风险。最后,基于改进的IEEE RTS-24测试系统验证了所提模型的有效性。     

基于系统频率响应特征的电网广义旋转备用优化配置

现有的旋转备用配置方法多将旋转备用的来源限定于常规发电机组,较少虑及储能装置与柔性负荷等新兴电力设施对旋转备用优化配置的积极影响。为此,文中提出了电网广义旋转备用的概念;借助序列化建模思路与可描述随机变量取值相依结构的Copula函数,建立电网等效负荷(电网原始负荷与对应时刻点新能源发电出力的差值)波动量与预测偏差模型;综合考虑系统频率响应特征,以电网广义旋转备用购置成本、停电损失成本与弃新能源发电成本最低为目标,提出一种基于系统频率响应的新能源高渗透电网广义旋转备用优化配置方法。以新疆某新能源高渗透区域电网实际运行数据为依据,仿真验证了所提方法的可行性。     

两种备用容量分散决策方法及其比较

电力市场中的辅助服务一般都是集中处理的,系统运行人员负责确定并购买所需的备用容量,再把相应的费用分摊给用户,备用容量决策一般基于经验和规程,不进行优化计算,所以这种做法可能导致低效率,在市场环境中,应鼓励采用分散决策方法,以便通过市场的“无形之手”达到市场均衡点和市场效率,文中提出了两种分散决策方法来确定备用容量,即分别基于合同和联营体的分散决策方法,这两种方法在实现中均应用保险理论来引导备用容 量的最优分散决策,并同时减少用户的停电损失,证明了在一定条件下,基于联营体的方法更加有效,可以在电力市场中考虑采用。     

考虑新能源资源及出力特性的全局备用容量优化方法

提出一种考虑新能源资源互补特性及预测出力特性、基于跨区特高压直流联络线的全局备用容量优化技术.首先,分析中国新能源资源的相关及互补特性,研究不同区域整体资源互补运行的可行性;然后,提出基于新能源预测统计特性的系统实时备用容量优化方法,建立基于时序生产模拟方法的跨区域全局备用容量优化技术;最后,以"三北"地区为例,开展考...     

风险评估下的光伏高渗透率孤岛系统备用策略

大规模接入光伏等新能源由于其波动性和不确定性,会从源端严重影响孤岛多能互补发电系统的供电可靠性,并使得系统面临一定风险。因此,合理的系统备用配置是新能源高渗透率下的孤岛电力系统避免较大的风险损失的关键。提出了一种两阶段的新能源高渗透率孤岛系统备用优化策略,第一阶段主要优化孤岛系统的小时级发电计划,在第二阶段中,建立了基于条件风险价值(CVaR)的分钟级系统备用优化模型,完成分钟级系统备用容量优化,再运用离散化的方法计算得到系统备用CVaR值,最后利用Cplex高效快速求解该模型。仿真结果表明,所提出的备用优化策略能够均衡备用变化风险和供电可靠性。     

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。     

考虑需求响应与风电不确定性的两阶段鲁棒旋转备用容量优化模型

以风电为代表的新能源大规模并网威胁到了传统电力系统的稳定运行,对备用容量的配置也有了新的要求。在新电改和能源需求侧改革的背景下,用户侧的需求响应（demand response,DR）资源在备用容量配置的问题上凭借其灵活性和可操作性越来越得到重视。为此,文章分别从基于价格和激励的需求响应参与备用容量优化角度,提出了以调度成本和备用成本最小为目标函数的两阶段鲁棒优化模型。利用列和约束生成（columa and constraint generation, C&CG）算法将其分解为考虑风电不确定性的日前备用容量优化配置主问题和实时备用电量分配子问题,运用AD算法计算子问题并寻找“最坏点”代入到主问题中进行迭代求解,提高了求解效率。算例结果验证了模型的有效性和正确性,并表明需求响应作为一种灵活的调控资源可以有效促进风电消纳,同时可以降低系统调度成本和备用成本。     

考虑灵活性的储能容量多阶段分布鲁棒规划

储能作为一种灵活性资源,具有促进新能源消纳和电力系统安全稳定运行的作用。然而受储能投资成本的制约,难以仅依靠大规模的储能满足系统的灵活性要求。为此,提出了一种考虑灵活性的电力系统储能容量规划模型,计及现有可调节的传统发电机组对灵活性的影响,并采用分布鲁棒机会约束描述新能源出力的不确定性;根据系统不同时间尺度的运行特性,综合考虑储能的投资成本、新能源出力的不确定性和系统运行的灵活性,建立了多时间尺度下的储能配置模型;采用多阶段迭代线性优化的方法提高求解效率。基于IEEE-RTS 24节点系统进行算例分析,结果验证了所提方法在求解储能配置容量方面具有较好的经济性和鲁棒性。     

考虑源网荷储效益提升的电力现货市场出清优化模型研究

随着我国在“双碳”目标背景下电力现货市场的发展,以风电、光伏等代表的可再生能源将参与到现货市场出清,由于可再生能源的波动性和不确定性,需要通过需求侧响应和储能间的协调,在保证电网调节灵活性的前提下实现市场多主体效益提升,因此开展考虑源网荷储效益提升的电力现货市场出清优化策略研究。考虑参与日前出清阶段各方的效益,将电网不同峰谷差的调节需求纳入到竞价过程中,提出考虑源、网、荷、储收益分配的现货交易体系;为保证系统低碳运行,考虑供能侧的碳排放权交易,建立基于供能侧、储能侧,电网侧、需求侧多方效益协调的电力现货市场出清优化模型,通过算例仿真分析验证所提模型的有效性和优越性。     

高渗透率可再生能源微电网的风柴荷协调调频策略

微电网中包含的高渗透率风机、光伏及柴油机、负荷等元件使微电网调频困难。为充分利用风柴荷备用资源对微电网调频性能的改善作用,考虑微电网频率总体最优,提出了一种基于高渗透率可再生能源微电网的风柴荷协调调频策略。考虑风柴荷与微电网频率特性的相互作用,推导了含高渗透率风电的微电网频率特性,建立了风柴荷联合调频下微电网频率特性模型,对比分析了不同调频参数下的微电网频率特性。其中风机和柴油机始终优先参与调频,可控负荷仅在负荷突变量大于风柴备用容量时参与调频,同时可控负荷调频系数根据频率波动大小而改变,兼顾风柴调频备用与供电可靠性,使微电网既能充分利用风柴调频能力,又能减少可控负荷调频压力,保证了需求侧供电的可靠性。仿真结果表明,所提出的调频策略可有效改善高渗透率可再生能源微电网的频率稳定问题,并减轻可控负荷调频压力。     

光储式5G通信基站集群灵活性聚合与协同调度策略

5G通信基站通常配备光储,数量庞大、功耗可调,是一种优质的电力灵活性调节资源。提出了多类型光储式5G基站集群灵活性资源聚合方法以及参与电网调峰的协同调度策略。首先,分析休眠机制下多类型基站功耗可调特性与计及基站备用电量的储能调节能力。基于极限场景思想,构建了光储式5G基站的灵活性空间量化模型。在此基础上,利用闵可夫斯基和法刻画异构基站柔性资源的时空耦合能量轨迹,得到海量基站集群的灵活性资源聚合可调域。其次,建立了基站集群聚合资源参与电能量市场和辅助服务市场的协同调度优化模型,提出了基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)的分层分布式基站集群协同优化调度策略,将大规模基站集群调度问题降维分解为统一协同调峰功率响应、聚合功率自治调度和基站集群功率分配3个子问题进行求解。通过算例对比分析可知,所提策略可降低通信基站69.86%的用能成本,为提升通信资源利用率和电力系统灵活调节能力提供了有效手段。     

考虑备用服务的电动汽车代理商竞价与定价联合优化

电动汽车代理商(EVA)的出现有望改善电网与大规模电动汽车的互动用电问题。以EVA为研究对象,分析其运营过程中的购、售电市场行为,提出其参与备用服务市场后的竞价与定价联合优化方法,以提高代理商在参与电网能量交易中的经济收益并降低电动汽车的充电成本。在建立日前能量市场和备用服务市场的统一出清模型的基础上,考虑EVA与车主的主从博弈,建立EVA的竞价与定价策略的双层优化模型,得到EVA在日前市场的最优竞价策略和充电费用的制定策略。通过算例分析表明所提模型的有效性,验证所提策略的经济性和灵活性。     

基于多主体收益的电-气综合能源系统协调规划研究

随着我国各种异质能源系统的发展建设以及对综合能源系统规划研究的深入,根据不同能源间多能互补的优势和特点研究最合理的综合能源系统规划方案,对于我国综合能源系统规划建设及可持续发展具有重要意义。提出了一种市场环境下计及多主体收益的电-气综合能源系统协调规划方法。首先,分别基于电力系统和天然气系统的特点及网络约束,构建相应的收益模型,进而结合电-气综合能源系统中的异质能源间的耦合机理分析,充分考虑各能源主体间的博弈关系,构建计及多主体收益的电力系统和天然气系统协调规划模型;然后,利用迭代搜索法求解该模型;最后,利用仿真算例对所提方法的正确性和有效性进行验证。     

暂态频率约束下考虑新能源最优减载的机组组合双层优化策略

大规模风、光等新能源并网引起的惯量降低给新型电力系统安全运行带来了新的挑战,其中尤为突出的是暂态频率安全。文章在充分利用新能源频率支撑作用的基础上,提出了暂态频率约束的机组组合双层优化策略。构建了计及新能源场/站频率支撑的新型电力系统频率响应模型,推导了暂态频率特征量的解析化表达式,进而在传统机组组合模型的基础上,构建了考虑动态频率约束的机组组合优化模型;引入原子搜索算法,协同考虑频率支撑的新能源最优减载优化与机组组合优化,建立了双层优化策略。以含风电及光伏的10机系统为例进行计算分析,结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

系统状态特征化及其在配电网重构中的应用

该文研究配电网动态重构问题。首先针对配电网可能缺乏足够量测的特点,提出系统状态特征化的概念,并在此基础上建立给定时段内配网有功能量损耗的评估模型,该模型将有功能量损耗分解成3个部分,各部分物理意义清晰,可根据系统实际的量测配置分别求取,极大地改善了算法适应性;其次在考虑负荷变化的情况下,依靠有功能量损耗评估模型,提出一个以能量损耗最小为目标的重构策略,在寻优过程中将开关状态的变化问题转化为回路电流源的叠加问题,仅需要一次弱环网潮流计算,有效降低了动态重构所需的计算量。最后应用此策略构造一个迭代修正算法,对IEEE-33节点配电系统的仿真计算验证文中所提方法的合理性和有效性。     

含虚拟储能的新能源高渗透电网深度调峰备用决策模型

随着西北新能源并网容量的快速增长,新能源消纳需求与反调峰特性的矛盾成为电网运行面临的严峻挑战,但电力运行的逐步市场化也为新能源消纳提供了新途径。基于此提出新能源高渗电网中虚拟储能、深度调峰共同参与备用的市场决策模型。首先,考虑新能源的波动性,构建引入不确定度的新能源备用模型;针对用户侧资源的价格敏感性,构建基于“虚拟储能”的“充放电”能力的备用模型;其次,基于火电机组深度调峰技术确定不同调峰深度的补偿机制,构建火电深度调峰参与备用的模型;最后,以新能源消纳为核心,系统调峰备用成本最小为目标,构建虚拟储能、火电深度调峰共同参与的备用决策模型。算例结果验证了所提决策模型对保证系统调峰备用容量的有效性。     

基于相变储能系统主动响应能力挖掘的配电网经济调度

为了解决配电网面临的供电电压不合格和潮流分布欠优等问题,提出基于相变储能系统(PCMTESS)需求响应的配电网经济调度策略。介绍PCMTESS的构造和工作机理,分析热力侧的能耗规律,建立计及热耗散的热力侧和计及无功调节能力的电力侧封装模型。在此基础上,考虑潮流分布约束和分布式新能源出力特性,以配电网的购电成本最小化为目标,在综合考虑光伏、风机、负荷不确定性的条件下,建立统一的配电网调度模型。提出主、子问题交互迭代的求解策略,实现优化模型的高效求解。基于IEEE 41节点配电网的仿真结果表明,所提PCMTESS在维持室温舒适的前提下,能够优化配电网的潮流分布和改善电网的电能质量;所提调度模型为配电网的安全经济调度和综合能源消纳问题的解决提供了一个崭新的视角。