基于潮流、可靠性线性化分析的海上风电场集电系统集中式拓扑优化

海上风电是新型电力系统的重要支撑，其集电系统需要大量昂贵海缆，占总成本比重较高，优化规划较为困难。为此，提出适宜集电系统的含网损线性潮流模型，基于决策变量构建潮流约束。考虑开关的优化配置，将可靠性综合成本引入模型，并对场景进行解耦，基于网络流模型构建故障功率流变量实现具有可靠性的数学约束化建模分析。综合多方面成本建立集电系统规划模型，将风机聚类后，进行集中式优化得到最优的拓扑设计。同时，提出标准成本的概念以综合评判设计方案与求解模型的优劣。最后，通过该方法与现有方法的算例对比，说明该方法得到的方案具有更低的标准成本，该模型具有更好的计算精度。综上，所提出的模型及方法更适宜于集电系统的规划分析问题。     

基于通用生成函数的海上风电集电系统可靠性与经济性评估

集电系统的可靠性与经济性对整个海上风电场的经济效益和可靠运行有重要影响。在考虑海上风电场集电系统多状态特性的基础上,对交直流集电系统的多种拓扑进行研究,提出了基于通用生成函数的集电系统可靠性评估模型和指标,该方法可以实现多状态系统的有效化简,并建立交直流集电系统经济性评估模型。算例分析以一个装机容量400 MW的大型海上风电场为例,结合拓扑结构、交直流方案和风电机组容量对集电系统可靠性与经济性进行对比。结果表明,交流集电系统的可靠性仍然高于直流集电系统,但直流集电系统一些拓扑结构有成本优势。通过灵敏度分析说明了集电电压对集电系统电缆损耗成本和可靠性的影响。     

海上风电场集电系统电压选择研究北大核心CSCD

随着海上风电大容量机组规模化发展,集电系统电气接线将变得复杂,选择合适的集电系统电压可有效减小集电系统有功损耗,降低建设成本,提高系统可靠性。文中研究了多种模式风电场集电系统结构形式,对比分析35 kV与66 kV集电方案技术特点,计算比较4种机型两种电压集电方案成本,并对集电方案成本进行灵敏度分析,评估集电系统电气接线可靠性。结果显示66 kV集电方案技术性较好,对大容量机组大规模风电场具有较好的适用性,但总体成本高于35 kV方案。35 kV集电方案是目前海上风电场集电系统主要形式,在66 kV电气设备和海缆价格适度降低后,66 kV集电方案将具有良好的应用前景。     

计及供能可靠性的电-气互联传输网络优化规划

现有电-气互联综合能源系统(IEGES)的传输网络规划仍侧重于考虑输电系统可靠性,对"电-气"双向联供的可靠性考虑不足;并且传统电、气子系统网络独立规划的模式将难以满足日益增长的综合负荷需求.针对上述问题,重点研究衡量IEGES供能可靠性,完善了"以电为主"的IEGES传输网络规划模型;将可靠性引入传输网络优化规划的目标函数和约束条件中,直接获得满足可靠性要求的规划方案,避免方案的反复校核与调整.建立了考虑可靠性的弃风成本、能量短缺成本、电-气耦合转换、供电供气平衡等因素的传输网络优化规划数学模型.为提高模型求解效率,采用增量分段线性化的方法对非线性约束进行线性化处理,将原混合整数非线性规划问题转化为混合整数线性规划问题进行求解.基于IEEE 39节点与比利时NGS 20节点联合系统的仿真结果表明:考虑供能可靠性的传输网络规划方案在提升系统经济性、可靠性和风电消纳能力等方面效果显著,可为IEGES优化规划提供技术手段.     

基于改进Pareto最优算法的海上风电场多目标微观选址规划

为了在海上风电场初步规划时可以兼顾考虑风机尾流影响、集电系统的经济性和可靠性,用风机层数表征集电系统可靠性,以风电场尾流折减系数、海缆投资、风机层数为优化目标,建立海上风电场多目标微观选址规划模型,并通过改进Pareto多目标优化算法求解最优解集,最后应用层次分析法进行最终优化决策。以某海上风电场的风资源分布状况为实例,验证了风机尾流、连接海缆及风机层数之间的相互制约关系,在规划时应予以综合考虑,同时证明了模型和方法的可行性,改进Pareto最优算法可以求出均匀分布的备选方案,层次分析法可以根据不同要求选择出对应的最优方案。     

基于拓扑冗余度评估的大型海上风电场集电系统优化

深远海风电场环境恶劣,集电系统成本高昂,拓扑规划的经济性、可靠性矛盾尤其突出。文中根据深远海风电场的特殊性以及集电系统对可靠性的更高需求,提出集电系统拓扑结构的冗余度定义,建立基于集电系统拓扑冗余度的多目标优化模型,将经济性、可靠性这对矛盾的变量进行最优规划。案例分析以一个大型海上风电场为例,基于拓扑冗余度评估,从全寿命周期成本的角度对其集电系统拓扑结构进行优化。结果表明,拓扑冗余度最优的结构虽然初始成本略高于放射形结构,运行8年后的全寿命周期成本优势明显,可以满足深远海风电场集电系统的工程实际需求。     

海上风电场集电系统开关配置最优化及可靠性评估

海上风电场集电系统中的海缆修复困难,需要在电缆两端增设开关以减少停运的影响。研究了此开关最优配置问题。首先,考虑了风电场中自动断路器和隔离开关的所有可能配置方案,构建了开关配置布尔变量,得到了包含发电量损失成本和设备成本的全项目周期效益现值表达式。其次,根据链形拓扑的特点,提出并证明了链形拓扑集电系统中电缆远离母线侧不应配置开关的规律,减少了决策变量的数目。引入辅助变量使约束条件线性化,使模型成为标准0-1规划模型。随后利用求解器进行了算例分析,所得结果的综合效益较工程方案提升了4.2%。最终,对影响因素进行了灵敏度分析,指出了开关价格与故障定位时间的变动是对于综合效益影响很小的因素,并基于解析法对最终设计方案进行了可靠性评估。该研究对于集电系统的规划具有一定的指导作用。     

大型海上风电场集电系统拓扑结构优化与规划

集电网络是海上风电场电气系统的重要组成部分,其拓扑结构的设计选取与海底电缆的路径和截面密切相关。针对集电网络常见的放射形、环形2种结构,以电缆成本最优为目标,建立经济性优化模型,采用单亲遗传算法(single parent genetic algorithm,SPGA)对模型进行求解,以实际案例对2类结构的经济性进行优化,从中选取2种最优结构作可靠性评估,结合经济性及可靠性的定量分析数据,给出了每种方案的各自适用范围,为大型海上风电场集电网络规划提供了有效的优化方法。     

考虑电气元件多重故障的海上风场集电系统可靠性与经济性评估

随着海上风电场装机容量日益增加,风电场集电系统拓扑结构将成为影响海上风电场可靠性与经济性的关键因素,为此本文提出了风电场集电系统可靠性评估模型与经济性评估方法。考虑了集电系统内部电气元件的多重故障,采用分块枚举法,比较了风电场集电系统不同拓扑结构的可靠性,计算得到年电量不足期望值和系统等效可用率等可靠性指标以及不同拓扑结构下风场运行容量概率模型。并计及系统可靠性对经济性的影响,综合考虑一次投资成本和故障机会成本,计算得到不同拓扑结构的经济性指标。通过算例分析得到,单边环形拓扑结构的可靠性最高,链形拓扑结构的经济性最优。与以往评估集电系统拓扑结构可靠性与经济性的研究相比,本文考虑了电气元件的多重故障,得到了不同拓扑结构风场运行容量概率模型,评估结果准确合理,研究更具广泛意义。     

计及风资源约束的双天气模态海上风电系统可靠性评估

与陆上风电场相比,海上风电场运行条件恶劣,维修困难,对电气系统的可靠性要求更高。沿用常规的可靠性分析方法,仅仅考虑设备电气故障并不能完全反映海上风电场的可靠性水平。提出了一种考虑风资源约束的双天气模态风力发电机可靠性模型,利用基于邻接终点矩阵的最小路集/割集算法完成了从风电机组到集电系统、海上汇集站、输电线缆、岸上变电站的海上风电系统全环节可靠性评估。算例分析表明,风资源约束对海上风电场可靠性的影响要大于电气元件故障的影响,而正常/恶劣的双天气模态更利于精确刻画海上风电系统的可靠性特性。     

基于机会约束的区域能源互联网优化运行

为保证区域能源互联网的可靠、经济运行,基于机会约束理论对不确定环境下的优化运行方法展开研究。考虑风电出力预测误差随机变量,建立燃气轮机备用容量机会约束条件、备用偏差风险成本目标函数,进而提出一种考虑备用容量的区域能源互联网随机优化运行方法。仿真结果表明所提方法能够有效管控风电并网带来的运行风险,在提高系统运行可靠性的同时,兼顾系统运行和燃气轮机备用的经济性。     

海上风电机组分阶段预防性维修策略

针对海上恶劣环境所引起维修费用昂贵的问题,结合部件失效率曲线,提出了海上风电机组分阶段预防性维修策略。首先引入容量因子,修正海上风电机组单位时间停机损失。其次,视风电机组为多部件复杂系统,结合维修情况更新部件和机组可靠性。在考虑预防性维修成本和对机组可靠性提高量的影响下,构建费效比(return on investment,ROI),采用离差标准化方法,确定各个部件的维修方式。以单位时间维修成本最低为目标,部件可靠性为约束,采用反向粒子群算法(opposition based learning-particle swarm optimization,OBL-PSO),得到最优维修时间间隔和全寿命周期内预防维修次数。最后,以某海上风电机组为例进行仿真分析。仿真结果表明,分阶段预防性维修策略比传统等时间间隔的维修策略减少了停机维修次数,能够进一步降低维修成本,为海上风电机组维护策略的制定提供指导。     

计及火电机组灵活性改造的电源扩展弱鲁棒规划

风电出力的不确定性给电力系统规划与优化运行带来较大挑战。对火电机组进行灵活性改造能有效提升电力系统的灵活性、促进风电的消纳。文中利用盒式约束与1-范数约束对不确定风电出力进行建模,考虑火电机组的灵活性改造技术优势和经济耗费,从电力系统价值整体提升的角度出发,建立了以投资费用与系统运行成本之和最小为优化目标的电源弱鲁棒优化规划模型。所提模型改善了传统鲁棒规划模型的保守度,提升了规划方案的经济性。以改进的IEEE-RTS24节点系统与区域电网实际系统对所提模型进行仿真分析,算例结果验证了所提模型的鲁棒性与经济性。     

基于GA的发输电合成系统最优可靠性计算新方法

将可靠性和经济性相结合,提出了基于总拥有费用法的发输电合成系统最优可靠性算法的总体框架,进而在概率安全性和概率充裕度综合评估基础上,将综合评估风险指标和可靠性经济评估理论相结合,建立了基于遗传算法和蒙特卡罗仿真相结合的最优可靠性计算模型和算法。算法使最终求得的各元件的最优解所对应的规划方案的总成本最小。最后对IEEE—RTS标准测试系统进行了计算,结果表明所提模型和算法是可行的。     

基于可靠性电价-赔偿机制的电网规划研究

传统电网规划目标函数一般是投资和运行费用最省。这种模式没有兼顾可靠性对用户的影响,更无法体现不同用户对可靠性的不同要求。在电力市场环境下,为了通过签订可靠性电价-赔偿合同,使不同用户对停电时间的要求得到体现,建立了一个基于可靠性电价-赔偿机制的电网规划模型,并提供求解方法。该模型通过事后赔偿机制,将可靠性转化为经济指标,使经济性与可靠性达到统一。另外,在该模型中,有不同风险偏好的供电商能够自由调节风险-收益,以满足自身的需要。     

基于粒子群算法的风电场集电系统优化设计

大型风电场的集电系统拓扑结构和配置,关系着整个风电场的安全和可靠运行,其建设成本是大型风电场投资成本的重要组成部分。文章总结了集电系统拓扑设计的三个主要依据,构建了可靠性和经济性评估模型,提出了考虑工程实际约束条件下采用K-means聚类和粒子群算法实现集电系统的优化设计方案,最后将所提方法模拟应用于某一海上风电场集电系统设计中,通过可靠性与经济性评估结果,证明了所提方法的有效性。     

风/光/储微网规划经济性影响因素分析

风/光/储微网是实现分布式能源优势互补、高效利用的有效形式。然而,影响其经济性的因素众多、影响程度各异。对风/光/储微网内经济性影响因素的关键程度进行了量化分析。基于对微网运行方式的分析,建立了微网规划经济性模型。该模型以年净收益最优为目标,考虑了微网中微源特性、与上级电网间功率平衡和供电可靠性等约束,并建立了经济运行评价指标。在此基础上,通过计算影响因子来量化规划层面和运行层面各影响因素的关键程度。以云南某地实际微网为算例,分析结果表明,合理配置储能可提升微网规划经济性;风/光/储微网经济性的关键影响因素在规划层面包括储能等效循环次数、风光发电单元装机成本和贴现率等因素,在运行层面包括风光发电单元售电电量和售电单价以及单位环境收益等因素。     

计及风电置信风险成本的多目标最优潮流计算

风电并网不确定性给电力系统最优潮流带来的风险性难以评估。首先基于风电机会约束概率提出了风电的高估/低估置信风险成本计算方法。然后计及风电置信风险成本构建了经济/环境多目标最优潮流模型,并提出了一种基于非劣性排序的复合回溯搜索(NSCBS)算法,以实现对多目标最优潮流模型高效准确的求解。最后以IEEE30节点为例进行计及风电置信风险成本的多目标最优潮流计算。结果验证了所提出方法的有效性和优越性。