中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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随着可再生能源装机规模快速增长,灵活性需求规律随之转变,同时电化学储能等灵活性资源技术、经济性也随之改善。如何在规划中兼顾灵活性需求演化规律与储能技术发展对提升系统灵活性与经济性至关重要。为此,文章开展了考虑灵活性需求演化规律的灵活性资源动态规划方法相关研究。首先,分析了可再生能源渗透率增长与灵活性供需间演化关系,揭示了多阶段灵活性资源规划的原理及影响因素;然后,考虑灵活性需求演化规律与储能技术经济性持续改善,构建了多阶段灵活性资源优化配置模型,并给出了模型的求解思路;最后在算例中兼顾未来储能技术经济性持续改善与火电机组逐步退出的双重成本,验证了多阶段灵活性资源优化配置方法的可行性和有效性,为未来风电的协调发展提供了指导性的建议。
高比例新能源接入下的电力系统供给侧波动性和随机性加剧,新能源弃电和系统供电能力二重矛盾凸显,源荷储灵活性资源规划是保障供电可靠性与新能源消纳的关键手段。基于广义旋转备用定义,从兼顾保供/消纳双目标角度揭示了新型电力系统运行模拟机理;在此基础上建立了融合投资决策与年度8 760 h时序运行模拟为一体的源荷储灵活性资源优化规划模型;最后,基于高比例新能源接入的省级电网数据进行仿真分析。结果表明,随着新能源渗透率增大,系统弃电率和缺电率越来越高,源荷储灵活性资源可有效减少缺电率和弃电率,且火电的灵活性改造、填谷型需求响应和储能(充电)对“弃电”的灵敏度较高,削峰型需求响应和储能(放电)对“缺电”的灵敏度较高。
构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统需要多时间尺度储能体系作为支撑。“双碳”目标驱动下能源转型的关键在于量化新能源与储能投资所带来的碳减排效应,其本质是新能源等零碳能源对不同碳排放强度传统能源的替代,由于不同地区资源禀赋、电源结构、负荷特性等方面的差异,新能源和储能投资所带来的碳减排效应和协同环境价值同样存在较大的差异性。为此,围绕计及协同环境价值的新能源与多时间尺度储能联合规划方法展开研究,构建了计及协同环境价值的新能源和储能联合规划框架,从运行特性、区域异质性、市场机制三个层面阐述了新能源与储能联合规划中的协同环境价值,进而,提出了适应多元化低碳政策的新能源与多时间尺度储能联合规划模型。最后,基于实际系统数据验证了模型的有效性,算例结果表明低碳政策和区域异质性将会显著影响新能源与不同时间尺度储能投资决策的协同环境价值。
目前已有的考虑风电场储能配置方法相关研究缺少对电力市场交易场景的考虑以及储能充放电成本计算。因此提出一种考虑多交易和储能充放电成本的风电场日前交易和日内交易的储能容量配置方法。首先,通过Canopy-K-means聚类方法对日内电价历史数据进行聚类以确定日交易场景。其次,参考北欧电力市场交易模式,提出储能单次充放电成本折算方法和考虑多场景的风电场参与日前日内市场的储能配置方法。最后,以丹麦某风电场作为算例,结果表明该储能配置方法的全年净收益比单场景储能配置下最高可以提高6.92%,比无配置储能下提高5.11%,验证了所提方法的可行性及有效性,为风电场储能配置方法提供参考。
居民用户配置共享储能可以降低储能的配置成本,提高储能带来的套利收益。针对目前居民用户共享储能配置存在的容量冗余问题,提出一种考虑容量削减的居民用户共享储能优化配置方法。首先,以全体居民用户在共享储能全寿命周期内的净收益最大为目标构建共享储能优化配置模型,获取居民用户的充/放电策略;其次,运用统计学原理,对该充/放电策略进行分析,计算居民用户同时充/放电的概率;再次,引入削减比例系数对共享储能初步配置结果进行修正,通过对居民用户的同时充/放电概率进行约束,以计及运行风险成本的共享储能配置成本最小为目标确定最优的削减比例系数;最后,通过算例进行验证,结果表明,所提的共享储能可在传统共享储能的基础上进一步缩减储能配置规模,减少共享储能的配置成本。
“双碳”背景下,配合分布式光伏规划开展储能规划是目前地市供电公司规划部门的重点工作之一。文章提出了面向分布式光伏消纳的中压配电网储能选址定容实用化模型和求解方法。首先利用生产模拟仿真分析分布式光伏并网对配电网的影响;其次基于鲁棒思想提出了场景削减方法,选取分布式光伏对配电网影响严重的场景集;最后提出了中压配电网选址定容的线性优化模型,以储能每小时最大充放电功率(电量)最小为目标,利用灵敏度系数法将线路过载和节点电压越限约束表达成储能充放电功率的线性函数。对改进的IEEE 33节点系统进行案例分析,研究表明文章提出的求解方法将双层优化问题化简成为单层优化问题降低了问题的复杂度,场景削减减少了约束条件数量,线性优化能快速有效地确定储能的位置和容量。
分布式能源的渗透率不断提高给配电网带来更加复杂的电压质量及安全稳定问题,单一的无功或储能优化配置难以满足现代化电网日渐多元化的需求。提出一种储能与无功相结合的配置策略,用以满足新能源配电网在有功调节与无功补偿两方面的需求,实现灵活性、电压质量、经济性三方面的权衡优化,适应不同渗透率新能源的影响。首先,以灵活性需求、无功需求两方面为目标建立配电网安全稳定评价体系;其次,考虑规划层与运行层的耦合性,建立配电网储能-无功优化配置双层模型;之后,使用小概率随机突变法改进标准粒子群算法,减小计算过程中陷入局部最优的可能。最后,使用改进的IEEE 33节点配电系统进行仿真测试,验证所提方案的合理性、有效性。仿真结果表明,所提方案能够有效改善配电网的经济性与安全稳定,且在不同的新能源渗透率下均能得到多目标兼顾的最优配置方案。
随着分布式能源大规模分散接入配电网,集中式配电网运行控制模式难以满足广泛感知、弹性可控、协调运行的需求。基于“群内自治、群间协调”的集群控制方式可以降低配电网运行控制的难度,集群划分是实现配电网分散式优化运行的关键。为此,提出一种考虑源荷储匹配的配电网集群划分方法,考虑集群内节点间功率互补特性,结合基于电气距离的模块度指标,建立兼顾集群结构性和源荷储资源匹配性的综合性能指标,实现集群的划分。针对风光出力的不确定性,将可再生能源出力偏离预测值视为一种扰动状态,构建两阶段配电网概率优化调度模型,采用同步交替方向乘子法(synchronous alternating direction method of multipliers, SADMM)进行集群优化调度。最后,以改进的IEEE 33节点系统进行算例分析,验证了所提配电网集群划分方法和分散式优化运行策略的有效性与可行性。
先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)装置因具有大容量、寿命长、污染少、成本低等优点而日渐受到关注,其大容量多能联供联储特点与建筑能耗特征相匹配,接入由多建筑微网构成的区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES),两者相得益彰。文章建立了一种含AA-CAES的由多个建筑微网组成的区域综合能源系统模型,考虑压缩空气储能设备储气、储热双荷能状态以建立季节性效率优化模型,对AA-CAES的运行模式进行季节性优化,在区域内多能流平衡约束分析的基础上构建关于系统综合效益最优的二次约束问题,利用Gurobi求解器求解。仿真表明,改进的AA-CAES可协调区域内多个建筑微网的多能优化,提高系统经济性、节能性、环保性,促进可再生能源就地消纳与能源梯级利用。
受制氢机单机容量限制,电制氢厂站由多台制氢机构成集群,以满足光伏制氢一体化工程的规模化需求。考虑到制氢机启停、爬坡调节惯性,提出集群调度方法,动态调整启停状态及功率分配,以适应光伏出力的时序不确定性。首先,基于伊藤理论建模光伏出力的连续时间随机过程;而后,构建制氢机集群调度的随机优化模型;继而,基于随机微分方程的轨迹灵敏度展开,将随机规划变换为确定性优化求解;最后,根据所得制氢机启、停指令及功率分配的仿射控制律,实现滚动优化。基于内蒙古自治区某在建工程的算例分析表明,对比确定性优化方法,所提方法可提升光伏消纳和制氢收益。
为了促进新能源的消纳,研究分布式电氢耦合系统的多时间尺度运行优化非常有必要。首先,从不确定性与响应特性2个维度分析了电能、氢能、热能系统的特性;然后构建了日前-日内-实时的多时间尺度运行优化模型;接着采用深度强化学习对优化模型进行求解;最后,以某一区域的分布式电氢耦合系统为例进行算例分析,算例结果不仅验证了深度强化学习的有效性,同时验证了电氢耦合系统在新能源消纳方面的效果。
随着常规火电机组和储能系统联合参与调频在电力系统中取得规模化应用,储能系统和火电机组联合调频控制策略成为二次调频的关键问题。基于两阶段储能荷电状态(state of charge,SOC)实时预测方法,对调频系统完成跟踪自动发电控制(automatic generation control, AGC)指令后的荷电状态进行主动预测;参考预测所得SOC数据和AGC指令,得到兼顾系统调频能力及储能SOC状态的联合前馈控制指令,确定火电机组和储能系统不同状态下的出力目标,实现储能和火电机组对AGC指令跟踪的互补协调运行。同时,在储能系统内部引入基于荷电状态的储能单体均衡策略,优化储能系统SOC一致性,提升储能系统整体动作深度。在MATLAB/Simulink中构建联合调频典型场景,对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,所提控制策略在优化AGC指令跟踪效果、提升系统综合调频指标及改善储能单体SOC状态等方面具有显著优势。
近年来,电网的节能降损工作受到广泛关注。随着灵活调节资源大规模接入配电网,充分挖掘灵活调节资源的降损潜力显得至关重要。提出一种面向降损场景的移动储能与网络重构两阶段协同优化策略:第一阶段,采用场景分析法刻画源荷不确定性,以综合网损最小为目标建立网络重构模型,并求解最优重构方案。由于配电网节点较多,为缩小搜索范围提升求解效率,提出一种网损灵敏度分析方法,并结合重构方案为移动储能预先筛选充放电节点集合。在第二阶段,以配电网网损及移动储能通行成本最小为目标函数,综合考虑移动储能的连接/通行状态约束、充放电功率/容量约束和电力网的功率平衡、潮流安全约束,构建交通网-电力网融合的移动储能充放电调度模型,并调用CPLEX求解器求解移动储能的通行及充放电功率调度方案。最后结合IEEE 33节点配电系统进行仿真分析,仿真结果表明有功网损降低552.17 kWh,降损幅度达31.9%,验证了所提策略的有效性。
随着储能技术的快速发展,为保障风电并网的安全、稳定,在风电并网处采用混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)进行风电平抑已经成为目前主流的风电平抑方式,但这些平抑策略的平抑功率大多存在较高的滞后性。为此提出一种基于混合储能的新型风电平抑策略,该策略通过灰色预测和自适应Savizkg-Golag(SG)算法相结合,获得风电并网参考功率和混合储能系统出力参考功率,再根据锂电池和超级电容的储能特性,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)算法对混合储能系统出力参考功率进行分解,实现混合储能系统出力的合理分配。最后,经过算例分析验证该策略具有良好的风电平抑效果,并可以解决传统平抑策略平抑功率存在滞后性的问题,从而减小储能系统荷电状态(state of charge,SOC)曲线的波动幅度,进而降低储能系统的容量配置需求。
风电场配置储能系统(energy storage system,ESS)是当前提高风电场响应调度计划能力的有效手段。为提高风电场可调度性和风电消纳量的同时,延长ESS的使用寿命,提出一种计及谷时段风电消纳的风储联合发电系统跟踪风电计划出力控制策略。首先,基于风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在1天内的充电和放电区间。其次,根据充放电区间段的划分,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间以修正实际风电功率与计划出力上限值之间的向上偏差为目标存储电量,在放电区间以修正实际风电功率与计划出力下限值之间的向下偏差为目标释放电量。最后,结合储能系统当前荷电状态(state of charge,SOC)和峰谷分时电价,提出了采用模糊控制器修正ESS出力的控制方法。仿真结果表明,所提控制策略在提高跟踪调度计划能力和风电消纳的同时,延长了ESS使用寿命,并且具有良好的“峰谷套利”收益。
