中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
中文核心期刊
中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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大规模可再生能源并入电网使电力系统频率稳定支撑能力下降,给电力系统二次调频带来新的问题与挑战,电动汽车由于集群庞大且具有准确快速的动态响应能力而成为新型调频资源。首先,对规模化电动汽车参与调频辅助服务系统框架进行总结,从可调节容量直接量化和能量可行域两方面对电动汽车集群可调节容量量化方法进行归纳;然后,从模型、方法和应用等多个角度,对电动汽车参与电力系统二次调频的日前优化调度和实时控制过程展开综述;最后,对规模化电动汽车参与电力系统二次调频未来的研究方向和关键技术进行了展望。
电压暂降已成为最严重的电能质量问题,由于其不可避免,因此风险评估成为减小其影响的关键环节。首先分析了三类电压暂降风险量化指标,将风险评估方法分为基于仿真模拟、基于状态估计以及基于数据驱动三类方法,总结各类方法的优缺点与适用场景;其次,指出在新型电力系统背景下电压暂降风险评估面临的技术挑战;最后,对电压暂降风险评估未来研究方向进行了展望,以期为相关研究开展提供参考思路。
构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键驱动力。传统的以可控煤电装机为主导的电源结构,转变为以强不确定性、弱可控的新能源为主体的新型电力系统,将面临着灵活性资源短缺等挑战。以提升新型电力系统灵活性为导向,提出了灵活性资源聚合两阶段调度优化模型。第一阶段模型考虑分时价格型需求响应,以净负荷波动最小为目标平滑负荷曲线;第二阶段模型考虑分段激励型需求响应市场交易机制,融合电化学储能、抽水蓄能、改造火电等灵活性资源,以系统运行成本最小为目标设计最优运行方案。最后,算例结果和场景对比表明,需求响应能够充分挖掘负荷跟随系统调节的互动能力;改造后火电机组能够降低煤耗水平,提高调节能力,加强与系统灵活性需求时空匹配;各类储能积极响应电力系统调峰,促进了新能源消纳。
高比例可再生能源的间歇性进一步加剧了电力系统安全稳定运行风险,使得灵活性资源配置愈发关键,因此有必要开展电力系统灵活性资源规划配置研究。文章提出了一种考虑蓄电池与电制氢设备特性的微网灵活性资源配置与运行协同优化双层模型。上层目标为系统年碳排放量最小与年化综合利润最大,下层目标为系统日运营利润最大,开展满足电-氢负荷下的容量规划案例分析,并设置不同灵活性技术成本下降情景,设计经济性、清洁性、灵活性指标对比评判不同情景下两种技术的竞争力。结果表明:所提优化配置方法能够以较小的经济代价实现系统环境效益的大幅提升,目前蓄电池相较电制氢技术更具综合性优势,但后者在未来具有更大的获益空间和市场潜力。
成本效益研究有助于了解各市场主体的效益情况和交易意愿,从而指导市场制定更加合理的交易机制。文章提出了一种需求响应(demand response,DR)下计及电碳交易市场耦合的多个市场主体的成本效益分析方法。首先将碳交易中的单位碳排放成本计入各发电机组的报价函数中进行统一出清,体现碳交易与现货市场运营的耦合;其次,考虑了需求响应下电碳耦合市场中各个主体的交易机制,提出了发电侧、用户侧、负荷聚合商、储能运营商及电网侧的成本效益分析模型。最后,对中国某省电网某实际运行日进行了算例分析,结果表明,碳排放权交易市场运作将抬高电力市场出清价格,影响相关主体的成本与效益。
为了解决农村能源利用率低、能源供应可靠性差、环境污染严重的问题,设计了计及不确定性的农村虚拟能源系统两阶段模式。首先,从农村能源供给与农村能源需求的特性出发,设计考虑农村能源特性的虚拟能源系统框架;其次,分析农村虚拟能源系统的参与主体,设计多主体参与的农村虚拟能源系统投资模式,并从政府、企业、用户等主体出发,构建评估体系,优选农村虚拟能源系统的投资模式;然后,引入两阶段鲁棒优化模型刻画农村虚拟能源系统中负荷、出力及市场价格的不确定性,构建了农村虚拟能源系统的运营模式;最后,以中国北方某农村为例进行算例分析,算例结果表明所提虚拟能源系统两阶段运营模式具有实用性与科学性。
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。
风电的大规模接入可能引发严重的宽频振荡。宽频振荡与风电场的容量、接入点阻抗以及机组的运行工况等密切相关。文章采用阻抗模型方法分析风电并网系统的宽频振荡特性,明确宽频振荡约束下的风电接入容量与电网阻抗之间的关系。首先,建立了风电机组的全工况阻抗模型,该模型以风电机组端口工频电压和输出电流为变量;然后,基于全工况阻抗模型分析了风电机组输出功率、接入点短路比等对风电并网系统宽频振荡的影响;进而,分析了风电场容量与接入点之间的关系,为风电场的建设和运行提供参考;最后,通过时域仿真验证了全工况阻抗模型分析结果的准确性。结果表明,基于全工况阻抗模型可以确定在不同电网条件下考虑宽频振荡稳定时风电场的最大接入容量。
为应对台风诱发的海上风电机组高风停机(high wind-speed shutdown,HWSS)事件,提出了一种含风储联合发电系统的多时间尺度协调调度方法。首先,基于历史和即时信息进行台风全生命周期模拟,得到强度时变的台风轨迹集合;基于台风轨迹和风电出力曲线,进一步计算该台风轨迹集合下风电场的可用出力,并纳入所提出的模糊集合中。其次,考虑风电出力波动对各类型备用需求的影响,提出了多类型备用需求的次小时级调度框架,以避免机组小时阶跃变化造成调度方法不可行的风险。然后,在此基础上,通过确定性转化形成可求解的混合整数线性规划问题。最后,在增加了2个海上风电场的IEEE-RTS系统上进行了仿真实验。实验结果表明,所提出的调度策略能够在台风极端天气下,充分利用风储联合发电系统的灵活性,通过预调度提升系统韧性。
由于风资源分布的差异性,风电场内不同机组的减载备用能力不同。在预留减载备用时,风电场应考虑不同机组的减载备用能力差异。针对该问题,构建了双馈风机的可用调频容量模型,在此基础上,提出了考虑风速差异的风电场调频备用协调控制策略。该策略根据不同风速机组的可用调频容量差异协调风电场的调频资源,在满足备用容量的同时充分利用转子动能,通常仅需控制部分风机,简化系统复杂性。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了系统仿真模型,仿真结果表明所提策略使风电场内不同风速的机组协调配合,改善系统的频率调节能力,缓解同步机调频压力。
光伏发电采用储能型准Z源逆变器(quasi-Z-source inverter,qZSI)能够降低功率波动,但非线性储能型qZSI常采用线性PI控制策略,难以达到理想的控制性能,为此提出基于非线性Lyapunov控制的储能型qZSI控制系统。首先,为满足负载功率要求,设计出储能单元能量管理系统;然后,根据Lyapunov理论为储能型qZSI系统设计出能量存储函数和控制律,并选取合适的Lyapunov控制增益;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,在4种不同工况下对所提Lyapunov控制与传统PI控制两种控制系统做了控制性能实验仿真比较,结果表明所提Lyapunov控制系统的响应速度更快、控制精度更高、鲁棒性更强。
针对传统配电网分布式光伏承载能力评估方法中未考虑光伏集群的问题,构建了一种以光伏集群为评估单元的承载能力双层评估模型。模型外层通过价格弹性系数描述负荷需求变化,以售电商收益最大为目标优化分时电价,采用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行求解。内层以不往主网反送电作为指标,考虑电压偏差和设备热稳定约束,提出灵敏度排序方法求取光伏承载能力。在我国某县域实际配电网中求取了配电网光伏集群的承载能力,验证了所提模型和算法的有效性。
多微电网间分布式交易可促进新能源的消纳,提高配电网运行的安全性。然而其个体趋利性强和出力不确定性等问题可能使交易主体发生严重违约行为,影响分布式电能交易的经济性。因此,提出计及信誉值和电气距离的多微电网分布式电能交易区块链模型。首先,针对分布式电能交易中存在的违约行为,提出基于合约完成率的信誉值评估模型,并结合其报价信息调整购售电主体的交易次序。其次,为促进交易主体选择就近交易和提高交易效率,在智能合约中设计了计及电气距离的交易撮合机制,并提出根据市场进程和自身信誉情况的报价更新策略。再次,为实现配电网运行的安全性,在交易撮合过程中引入了实时动态网络安全校核方法。最后,基于Matlab和IDE-Remix平台对智能合约进行仿真分析,算例结果证明了所提分布式交易机制的合理性和有效性。
市场环境下,含分布式资源的园区正参与到配电网的协调运行过程中。如何保证配电网安全运行及调动其积极性,实现多园区与配电网的利益均衡,是当前亟需解决的关键问题。针对此问题,引入配电网节点边际电价对多园区的协调运行进行价格传导。首先,配电网公司进行多园区的协调运行,基于配电网节点边际电价对各园区内部的需求响应过程进行趋优引导。然后,采用多代理模型对园区内的分布式资源进行代理,利用传导的配电网激励价格计算各代理的交互利益,园区根据各分布式资源代理的交互利益优先级进行协调优化。最后,通过算例仿真结果证明所提方法的有效性,通过对传统优化方法与基于交互利益优先级的园区协调响应策略开展对比实验,结果证明了提出的交互利益优先级理论可以更加快速地寻找到多代理的最优需求响应组合,配电网节点边际电价可以更好地引导多园区实现对配电网的有效支撑。
随着我国电力市场的改革和节能减排政策的推进,针对发电行业的市场型政策日益增多。从燃煤发电企业参与碳排放权市场和发电权市场的角度出发,以企业利润最大化为目标,研究了发电商在电力市场中的5种组合交易策略,利用Matlab中的fmincon函数对发电企业的最优发电计划进行了计算,使燃煤发电商在众多政策背景下最大化自身经济性。研究结果表明,对于环保节能的大容量机组,同时进行发电权交易和碳排放权交易时所获得的利润明显高于单纯的发电权交易或碳排放权交易;对于一些发电成本较高的机组,可将其发电权全部出售,以此获得一定的利润。同时,分析了拍卖比例、发电权价格等因素对企业利润和碳排放量的影响。
