计及需求侧响应的含风电场的输电系统规划

对于包括大规模风电的电力系统,风电出力的随机性和间歇性对系统调节能力和备用容量提出了更高的要求。采用需求侧响应来应对风电出力波动,通过可中断负荷和价格激励机制实现对负荷的"削峰填谷",可以在相当程度上避免风电出力波动给电力系统安全性和经济性带来的负面影响,而这些措施应该在输电系统规划阶段就适当考虑,以最大程度改善电力系统的运行效率。在此背景下,提出计及需求侧响应的含风电场的输电系统规划方法。具体地,提出了考虑需求侧响应的含风电场的输电系统两层规划模型,其中综合考虑了输电投资成本、需求侧响应成本和弃风成本。之后,采用粒子群算法和原对偶内点法相结合的混合算法对所构造的优化模型进行求解。最后,用18节点和46节点算例系统说明了所提模型与方法的可行性和有效性,并分析了考虑需求侧响应后对含风电场的输电系统规划的影响。     

基于矩不确定分布鲁棒的微网经济调度

由于微网系统风电出力的分布函数无法准确估计,该文利用风电出力的矩(均值和协方差矩阵)不确定性,构建出风电出力的矩不确定集合,建立微网系统的分布鲁棒经济调度模型。该调度模型以可控机组的运行成本、网络损耗成本、与配电网的单向交互成本以及可中断负荷补偿成本之和的最小期望为目标,通过拉格朗日对偶理论,将分布鲁棒优化问题转化为半定规划(SDP)问题,借助内点法对SDP问题进行求解。仿真分析结果验证了所提模型的可行性和有效性。     

利用电网拓扑优化提高含风电系统的静态电压稳定性

为了降低风电并网对静态电压稳定性的影响,提出了采用网络拓扑优化(输电线路切换)的方法来提高含风电系统的静态电压稳定裕度。建立了以输电线路切换为控制措施的增强控制模型,该模型以最大化预测值确定的电力系统负荷裕度为目标函数,所有可能风电场出力场景对应的系统负荷裕度满足给定阈值要求,并且拓扑优化后的电力系统满足静态安全运行要求。针对大量风电出力场景引发的计算难题,提出了一种面向静态电压稳定问题的风电场景削减方法。为实现上述问题的快速求解以适应在线应用需求,提出了一种阶段式的有效切换线路识别方法。最后通过算例分析验证了所提出方法的有效性。结果表明,有效的输电线路切换能够提高含风电并网系统的静态电压稳定性。     

考虑多交易场景协调的光储联合系统优化配置模型

随着我国可再生能源的快速发展和电力体制市场化改革的不断推进,电力系统中光伏出力、市场调频及用户电力需求容量不断增加,多场景下的协调优化对电力市场交易的开展带来新的挑战。通过对光储参与电能交易、调频、调峰等多种应用场景时所获效益进行分析,建立一种基于多场景联合的优化模型,结合支持向量机和模型预测控制方法对目标函数进行求解,依据PJM市场规则进行多种市场交易的用户侧光储系统经济效益寻求。通过对中国某地区的实际光储系统交易数据进行仿真分析,验证光储系统联合优化时的经济性远高于参与多个单独应用场景后的叠加经济性,在促进可再生能源消纳、提高交易效率和推动电力市场化改革方面具有现实意义。     

联营交易模式下的输电阻塞管理模型研究

全面分析了电力市场交易的典型模式,即联营交易模式,总结了联营交易模式下输电阻塞管理原则。提出了一种新的阻塞管理模型,即通过序内少出力补偿、序外多出力补偿、安全裕度利用率的设置,得到以阻塞费用最小和线路安全运行为双目标的阻塞管理模型。考虑电力市场中的主要约束条件,得到既保证电力系统经济性又满足电力系统安全性的较优的阻塞管理方案。这种模型的显著优点是能够较为精确地确定发电计划,同时提供节点电价等经济信息,并且在双目标模型转化为单目标约束规划模型时操作简便。最后在求解模型时采用了SFEC算法,该算法针对电力市场实行实时结算的特点,达到了计算效率和效果的平衡。通过实例计算,表明模型的正确性及算法的合理性。     

考虑氢负荷响应的化工园区电-氢耦合系统协同优化调度

为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象,中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径,随之产生了越来越多的电-氢耦合系统,本文以化工园区为例,提出了考虑氢负荷响应的园区级电-氢耦合系统协同优化调度方法。首先,以实际绿氢绿氨工业园区为基础,提出了典型园区级电-氢耦合系统架构,并从系统的源-网-荷-储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电-氢耦合系统模型。其次,以实现园区整体效益最大为目标,并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项,同时考虑氢负荷的需求侧响应,使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源,基于此进行化工园区电-氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性,对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明,电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况,实时调整自身出力功率,在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易,减少园区购电成本与弃风弃光,同时,考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下,进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。     

基于BIPV功率与负荷预测的智能建筑EMS双时间尺度多能互补优化模型

建筑光伏(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)发电功率出力的随机波动特性,新型负荷与传统负荷的相互作用、需求侧响应和分时电价对负荷特性的影响是智能建筑能量管理系统(Energy Management System,EMS)优化运行必须考虑且亟待解决的突出问题。以BIPV功率、负荷功率与室外温度预测值为基础,在建立的建筑室内环境参数与建筑能耗的数学模型上综合考虑系统整体的经济性与用户舒适度,联合日前、日内两个时间尺度建立了智能建筑EMS的两阶段优化模型。日前尺度计及分时电价,以系统运行经济性为目标,制定可控电源机组启停、可平移负荷、储能装置的优化运行方案;日内尺度则在日前优化基础上综合平衡系统经济性和用户舒适度,对可控电源功率及可控负荷功率进行滚动优化。通过两个不同时间尺度上的协同优化,以实现多类型电源、储能及参与需求侧响应负荷的"源-荷-储"多能互补优化运行。最后通过实际数据的算例仿真验证了所提模型的有效性。     

计及风光出力相关性的静态电压稳定概率分析

基于Copula函数和非参数核密度估计,建立计及风光出力相关性的离散联合概率分布,针对不同状态进行连续潮流计算,得到节点电压、系统负荷裕度和临界电压的离散概率分布,采用半不变量和Gram-Charlier级数拟合负荷裕度和临界电压的分布曲线。以风电场和光伏电站接入IEEE14系统为例对本文方法进行验证,与蒙特卡洛模拟法和随机响应面法进行比较,结果证明所提方法的正确性和精度,并对风光不同相关性进行仿真分析。最后以节点电压方差、临界电压和负荷裕度均值为指标对系统电压稳定进行分析,对系统薄弱节点进行无功补偿以提高电压稳定性。     

考虑配电网三相不平衡度的分布式光伏并网容量规划

大量分布式光伏并网可能会给配电网的网损、电流三相不平衡度和电能质量带来负面影响。为合理地规划分布式光伏并网容量,提出了一种综合考虑配电网三相不平衡度、系统经济性、电压偏差和静态电压稳定裕度的规划方法。利用动态时间弯曲距离来描述时间序列的相似性,采用改进K-means聚类算法,得到规划区负荷有功功率及与规划区纬度相同区域已知光伏出力的典型场景。利用博弈论的思想基于改进层次分析法和熵权法得到综合权重,将多目标优化问题转换成单目标优化问题,并采用改进的量子粒子群算法对其进行求解。最后利用改进的IEEE33节点配网系统和某地区实际配网系统进行了仿真验证,研究结果表明所提分布式光伏并网容量规划方法的合理性和有效性。     

计及碳排放权交易与需求响应的风电并网调度优化模型

为缓解风电出力随机性、波动性对系统安全运行的影响,提升风电并网电量,引入需求响应理论和碳交易机制,分别构建了需求响应协助风电调度优化模型、碳交易协助风电调度优化模型;进一步构建了需求响应和碳交易协同作用下的风电调度优化模型。随后以10台火电机组和2 800 MW的风电场构成模拟仿真系统,对所提模型进行算例仿真。结果显示需求响应的引入能够平滑用电负荷曲线,提升了风电并网空间。碳交易的引入提升了火电发电成本,增加风电参与发电调度的竞争优势。同时引入需求响应和碳交易能够最大化减少风电弃风,提升机组利用效率,降低系统发电煤耗,系统利润较单一引入需求响应的328.45万元和碳交易的293.38万元提升至330.62万元。因此,需求响应和碳排放权交易能够促进风电并网调度,协同效益明显。     

考虑极端灾害下系统韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划

近年来,在未来多能互补、综合能源系统的背景下,气电联合配网得到迅速的发展。然而,当前全球各地极端灾害频发,给能源系统的安全性带来了严峻的挑战。针对极端灾害对系统造成的失负荷影响,为兼顾系统的经济性与安全性,提出了一种考虑极端灾害下系统韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型。首先,以规划成本与运行成本最小化为目标,建立考虑电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的气电联合配网扩展规划模型;然后,考虑极端灾害的作用,建立考虑韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型,该模型包括基础场景与极端灾害最坏场景,其中基础场景考虑系统的经济性,以规划成本与基础场景运行成本最小为目标,极端灾害最坏场景则通过韧性约束保证系统的安全性,所提模型通过主问题–子问题迭代求解。最后,算例仿真发现：通过增加电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的规划投建,系统的经济性得到明显提升;而在面对极端灾害的影响下,通过分布式燃气机组的发电和电动汽车、储能设备的放电,系统失负荷情况得到减少,但随着系统韧性的增大所需单位规划成本会大幅增加。本文为在规划层面提升系统韧性提供了一种有效与实用的方法,为未来减小极端灾害对系统造成的影响的方案提供了一定参考。     

计及电动汽车负荷的智能配电系统多阶段规划模型研究

电动汽车(plug-in electric vehicle,PEV)的大规模接入使得传统配电网的规划方法和模式发生了变化。为此,提出了一种计及PEV负荷的智能配电系统多阶段规划模型及其求解方法。首先,在考虑PEV负荷接入和系统规划可靠性指标要求的条件下,以配电网建设和运行成本最小化为目标,构建了包含变电站、分布式电源(distributed generation, DG)和线路在内的智能配电系统多阶段规划模型;其次,在考虑系统充裕度要求和经济性要求的条件下,提出了一种新的多阶段规划模型求解方法,通过模型简化和倒序运算,实现了智能配电系统多阶段规划模型的快速求解;最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的可行性,并且分析了PEV渗透率和充电模式对智能配电网规划结果的影响。     

基于置信度校验的新能源多厂站互补优化

针对新能源厂站发电的不确定性,以同时含有光伏电站和风力发电场的电力系统为研究对象,提出一种基于置信度校验的新能源多厂站互补优化方法。以降低备用需求、提高经济效益为目标建立新能源多厂站不确定性互补优化模型;使用粒子群优化算法结合内点法对优化模型进行求解,得到风电及光伏最优出力;为满足互补优化模型中的不确定性约束条件,对求得的最优出力进行置信度校验。采用所提互补优化方法在MATLAB环境下编程,对安庆地区电网2020年的新能源出力情况进行优化。结果表明:利用本文所提互补优化方法可对新能源出力进行优化,新能源出力最大提高159%,备用容量最大降低100%,经济效益提高69%,从而验证了所提互补优化方法的有效性。     

电压稳定的事故筛选及二分法求PV曲线的研究

为实现在线电压稳定性分析,提出一种新的简单而实用的快速算法,以筛选严重事故和确定其PV曲线.采用扩展潮流模型,应用最优乘子法求解潮流方程.对每一个预想事故,在系统要求的最小负荷裕度所对应的负荷水平时,求解潮流方程和筛选出不满足负荷裕度要求的严重事故;在基本负荷水平下,以严重事故后系统潮流方程是否存在平衡点为依据,确定严重事故后系统PV曲线"鼻尖"点所在的区间;用逐次二分"鼻尖"点所在区间的方法,求出严重事故后系统的PV曲线.New-England39节点系统和IEEE118节点系统算例表明:此算法简单有效,易于实现.     

基于风险的电网运行方式优化策略

保证电力系统安全运行的首要防线为预防与控制,电网风险防控对防止恶性事故具有关键作用。通过发电功率再调度与切负荷的方式对电力系统运行方式进行优化。优化模型一般以系统运行风险和发电成本最小作为优化目标,通过控制变量、约束条件求解优化模型,可以得到协调系统安全性与经济性的最优控制方案。     

考虑阶梯碳交易机制的含混氢天然气综合能源系统容量配置

针对综合能源系统的低碳排放要求与负荷需求特点,提出一种考虑阶梯碳交易机制和混氢天然气的综合能源容量配置方法。首先,为缓解风光能源出力波动性建立以氢气储能为媒介的氢能系统,再考虑氢能对天然气的替代作用,创建由氢储能与液化天然气构造混氢天然气的综合能源系统架构;然后,引入阶梯碳交易机制约束系统碳排放;最后,以包含运行成本和年化投资成本的年投资总成本为目标函数,进行容量配置优化。算例仿真结果验证了所提模型和策略能有效降低碳排放和年投资总成本,对综合能源配置具有重要参考价值。     

基于期望值二层规划的输电线路检修计划优化

针对输电线路检修计划优化问题（TMSOP）,考虑负荷、发电机出力、线路故障率及检修资源的不确定性,建立基于期望值二层规划的优化模型.模型计及系统静态安全风险,对不安全现象的概率和后果进行综合评估,并将风险指标用静态安全控制成本来量化计入目标函数中.利用蒙特卡罗方法、内点法、粒子群算法和禁忌表等混合智能优化算法来求解模型的Nash均衡和Stackelberg-Nash均衡.优化结果不仅确定了线路检修计划和检修资源安排,还明确了检修期间输电网风险最低的运行方式.最后通过IEEE-RTS的算例验证了模型和算法的可行性.     

考虑水电富集地区线路利用率的阻塞场景筛选及电网扩展规划

在水电富集地区,输电网中的水电比例较高,受水电丰枯特性影响,部分输电线路利用率季节差异巨大,因此,研究输电线路利用率同系统经济性协调的扩展规划模型和方法具有重要意义。基于此,本文提出一种考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展方法,考虑水电丰枯特性的影响,以输电线路的利用率引导输电网扩展规划决策。首先,考虑输电线路的安全裕度与发展裕度提出输电线路利用率指标。其次,以最小化输电网的发电成本、失负荷惩罚成本与弃水惩罚成本为目标函数,建立含高比例水电的输电网最优经济调度模型,并在此基础上提出输电线路的阻塞利用率和输电网的阻塞率计算方法。而后,通过分别计算丰水期负荷大方式、丰水期负荷小方式、枯水期负荷大方式以及枯水期负荷小方式四种运行场景下输电线路的阻塞利用率和输电网的阻塞率,对严重阻塞场景进行筛选。最后,以输电网线路建设成本、输电网运行成本、失负荷惩罚成本以及弃水惩罚成本最小为目标函数,提出考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型,将严重阻塞场景纳入含高比例水电的输电网扩展模型中,形成输电网线路投资决策。算例仿真结果验证了所提考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划方法的有效性。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的主动配电系统优化运行

主动配电系统的优化运行有利于实现对间歇性可再生能源的完整消纳、提高系统运行的经济性以及降低负荷的峰谷差。通过引入潮流平衡,燃气轮机爬坡,蓄电池容量等约束条件,从主动配电系统的经济性和削峰能力两个方面出发,建立了兼顾经济运行成本和净负荷方差两个运行指标的主动配电系统优化运行的数学模型。为实现对多目标多约束的主动配电系统优化运行问题的求解,提出了基于改进NSGA-Ⅱ算法的求解方法,此算法将反向学习机制应用到种群初始化中,并引入改进的算术交叉算子,提高了算法的全局搜索能力和保持了种群多样性,利用逼近理想解排序法从帕累托最优解集中筛选出最优方案。最后,通过算例验证了所提模型及算法的有效性和正确性。     

平抑联络线功率波动的微网混合储能容量优化

为合理配置微网混合储能系统的容量,降低联络线功率的波动性,提出平抑联络线功率波动的混合储能系统容量配置方法。首先,以净负荷和联络线期望功率的偏差平方最小为目标,以联络线功率的上下限以及最小调节时间为约束,优化得到联络线期望功率。其次,依据净负荷功率以及优化得到的联络线期望功率计算得出混合储能系统功率。然后,建立了以混合储能系统全生命周期成本为目标,以蓄电池以及超级电容器工作频段的分界频率为优化变量的混合储能系统容量优化模型,并应用粒子群算法求解该模型获得最优的储能系统功率和容量。最后,采用实际微网运行功率数据,进行了案例验证,仿真结果证明了所提方法的经济性和有效性。