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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可再生能源配额制实施后,售电公司面临着电力交易市场和绿证市场的多市场组合交易决策问题。基于配额制下售电公司市场交易框架及模式,考虑售电公司多种购电渠道的购电成本、柔性合约成本、绿证交易成本及售电收入,以条件风险价值法度量相关不确定因素带来的风险值,构建多市场组合交易决策模型。运用多场景法对风电出力、集中竞价市场出清价格、绿证价格等不确定因素生成典型场景集,以售电公司收益最大、市场交易风险最低为决策目标,采用GAMS软件对决策模型进行编程求解。算例仿真分析了风险规避系数、风电出力不确定性、可再生能源配额比例等因素变化对售电公司收益的影响,对模型的有效性进行了验证,为配额制下售电公司参与多市场交易决策提供理论指导。
碳达峰、碳中和对可再生能源提出了更迫切的发展要求。为缓解电网调峰压力的同时降低碳排放,提出了一种基于绿证-碳交易机制的风-火-蓄联合调峰控制策略。该策略为分层控制,上层模型为保证抽蓄电站的削峰填谷效果和收益,以净负荷峰谷差最小和抽蓄收益最大为目标;下层模型以系统总运行成本最低为目标,并引入了划分区间的阶梯式碳交易机制和量化罚款幅度的绿色证书交易机制,旨在保证系统经济性的同时满足低碳性。仿真结果表明,所提出的绿证-碳交易机制控制策略可减少火电机组出力1.69%,降低系统总运行成本4.09%,验证了策略在低碳经济发展方面的作用。
点对点(peer-to-peer, P2P)交易是一种适合分布式电力产消者参与电力市场的新型交易方式。基于市场化视角并综合考虑产消者的经济效益和分布式清洁能源就地消纳情况,设计了基于双轮竞价博弈的电力P2P交易流程,建立了以经济效益为目标和以申报电量出清为目标的双轮竞价博弈模型。针对一个包含居民、办公、商业等不同类型电力产消者的社区进行算例分析,结果显示:相较于连续双边拍卖、单轮竞价博弈以及全额与电网(peer-to-grid, P2G)交易的方式,双轮竞价博弈方式下经济效益分别提升19.01%、28.78%、56.81%,分布式清洁能源就地消纳率分别提升10.51%、24.05%、85.10%。结果表明,采用合理的竞价方式和报价策略,可增加分布式电力产消者的收益,也可提高P2P交易效率,促进分布式清洁能源就地消纳,助力“双碳”目标的实现。
锂离子电池作为目前主要的新型储能技术,得到了高度重视和发展,单个电池储能电站的装机规模越来越大。由于大型储能电站往往由众多小容量、标准化的储能系统单元聚集而成,如何实现多储能单元集群的高效控制与管理,是储能电站整体性能的重要保证。针对大型储能电站的集控技术进行研究,在系统功能需求分析的基础上,提出了基于EtherCAT的集控架构和网络分层方法,对集控管理层、单元控制层和受控设备层进行了优化设计,并对通信能力进行了计算。最后搭建了实验平台验证了所提架构和设计的有效性,为大型储能电站参与电力系统多种运行的快速性和可靠性提供了技术参考。
在大规模新能源接入及负荷增长情况下部分变电站存在容量不足问题,为确保电力公司运行经济性,文章对比分析配置储能电站及变电站升级扩容两种方案。首先考虑方案经济性、可靠性及环境指标建立综合评价指标体系进行评估,其次以最大化配置储能效益为规划目标,考虑储能系统全寿命周期成本与提升电网运行可靠性、延缓电网升级改造及降低配电网运行网损三部分效益建立储能成本-效益模型,然后采用改进进化算法进行仿真确定储能系统的配置容量,并通过评价体系得到最佳规划方案。结果表明:在当前电网运行水平和模式下,配置储能系统可以延缓电网升级改造,提升电网整体运行水平,可为后续大规模新能源并网应用储能系统平滑新能源出力、延缓电网升级改造提供规划参考。
我国碳市场已进入第二履约周期运行,碳市场为火电企业增加碳排放成本项,以市场手段推进电力行业碳减排。文章构建了以火电系统成本优化为目标的电力系统模型,可以模拟碳市场的经济影响,是分析碳市场对系统运行影响的有效工具。采用自下而上编制的全国厂级火电碳清单,考虑全国各省尽量满足风光水核可发电量消纳的源网荷运行平衡,构建计及碳市场成本的全国电力系统模拟模型。模型可模拟得到当前碳配额规则下火电厂碳市场成本的区域分布,可模拟当前碳市场导致系统碳减排的效果。结果表明,当前碳市场强度配额机制可有效鼓励低煤耗火电机组多发,以经济手段推动火电机组组合优化,有效降低系统碳排放强度,促进全国电力系统碳减排。
未来电网的演化将由负荷驱动的单一模式转变为源荷双驱动模式,亟需多样化灵活性资源多元互动发展实现高比例可再生能源愿景,而演化驱动的有效辨识及演化路径的综合优选可明确未来电网的发展方向及指导具体实施路径的构建。文章首先从技术成熟度及潜力、能源成本方面分析电网演化面临的不确定性,提出海量演化路径生成方法。然后提出数据驱动的演化路径分析方法,包括路径降维与可视化、基于时变模式的驱动因素辨识、基于帕累托前沿的最优路径建议生成。最终以我国华北地区为例分析了高比例可再生能源电网的演化路径。分析结果表明,未来华北地区光伏逐步超越风电成为最主要发电资源,2060年碳排放量较2030年将下降81%;影响演化各层面的主要因素基本相同,但各因素之间相对重要程度略有不同,在经济和环境层面,最重要的影响因素是煤炭价格,电池储能最大可投资容量是技术层面的主要影响因素。为实现兼顾低成本和低碳排的演化路径,应努力降低可再生能源和电池储能单位投资、煤炭价格,提高电池储能配置上限。
目前,直流微电网的保护方案主要是基于传统保护思想,由于直流故障时冲击电流大、上升速度快,可供使用的数据信息极少,导致对保护装置的快速检测和开断能力要求较高,大幅增加了系统的建设运行成本。以典型直流微电网为研究对象,深入分析了AC/DC、DC/DC等电压源型变流器的故障特性,提出了一种具备直流故障穿越能力的电压源型变流器控保协同策略,通过设计通用的直流故障穿越模块,能够在故障发生时快速隔离故障,并主动输出稳定可控的短路电流,以降低保护检测难度;同时,该附加模块还能自动诊断外部故障清除情况,以快速恢复系统运行。最后通过仿真验证了所提控保协同策略的有效性。
近年来台风、暴雨等极端天气对电力系统的安全造成巨大影响,电力系统的弹性成为人们关注的热点。配电系统弹性是系统应对极端事件的预防、抵御、响应及快速恢复供电的能力。提出了一种考虑智能软开关(soft open point,SOP)和分布式电源(distributed generation, DG)的配电系统弹性提升方法,在多阶段弹性提升过程中考虑了DG规划、主动孤岛运行、SOP快速故障隔离和供电恢复。首先建立了SOP数学控制模型和考虑SOP的配电网供电恢复模型;然后提出了多阶段弹性评估指标和方法,建立了含SOP的多阶段混合整数线性规划模型,并考虑了每个阶段的网络拓扑和操作约束;最后在IEEE 33标准算例上进行分析计算,验证了所提弹性提升方法的有效性。
网络化通信是智能电网的重要组成部分,但其带来的通信时滞导致维持多微网系统频率稳定更加困难,因此有必要研究网络化时滞下多微网互联系统的负荷频率控制问题。针对该问题,文章提出基于改进协同量子粒子群算法的分数阶PID控制器参数优化方法,以提升网络化通信时滞下多微网互联系统控制器的控制性能。首先,建立了具备风储特性的多微网互联系统仿真模型,并在模型中考虑了网络化通信时滞。其次,借鉴协同与混沌的思想对量子粒子群算法进行改进,优化了算法在粒子群多样性及高维度适应性等方面的性能,使之适用于高维度空间寻优问题。最后,借助MATLAB仿真实验分别从不同时滞下的稳定极限、阶跃扰动下的动态性能、长时间随机扰动下的CPS指标三个方面验证了所提优化方法的可行性与有效性。
为推动我国高比例清洁能源接入和高比例跨区电力输送的新型互联电力系统建设,降低源荷不确定性对清洁能源跨区消纳和省内-省间电力平衡的影响,提出考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统优化调度方法。首先,设计了计划-市场双轨制下新型互联电力系统省内-省间双层优化调度模式。其次,采用矩不确定集合刻画风光发电和负荷功率的不确定性,并提出由此引起的系统弃风弃光分布鲁棒条件风险度量模型。最后,以省间和省内总购电成本最小为目标,建立新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度模型,并通过对偶优化理论将该模型转化为易求解的半定规划问题。数值仿真结果表明,所提模型促进了西部地区清洁能源跨省跨区消纳,降低受端系统运行成本的同时,有效提高了系统应对源荷功率不确定性波动的能力。
电锅炉作为高比例可再生能源电力系统中重要的负荷侧调节资源,其蓄热水箱温度可行域的确定不仅影响系统安全性,而且与风电消纳密切相关,然而两者之间缺乏精确的计算模型。提出一种采用模糊控制算法根据蓄热水箱初始温度及风电情况对蓄热水箱温度可行域进行模糊确定,进而进行电锅炉系统优化调度的方法。首先,建立了电锅炉系统中不同运行工况下蓄热水箱、热网以及建筑的特性模型。其次利用模糊控制算法,结合蓄热水箱初始温度及风电功率大于电负荷的时长,计算每日的蓄热水箱温度上限,进而建立电锅炉系统优化调度模型。最后以长春市某教育局微站所用电锅炉系统构建仿真算例,验证所提方法的有效性。算例结果表明,所提方法能够调动建筑负荷侧资源参与风电消纳,降低电锅炉系统结垢风险,减小系统运行成本。
台风等极端天气频发,给海上风电机组检修计划的制定带来了挑战。一方面,定期检修不能及时应对台风等恶劣天气的影响,而状态检修随机的检修时段不便于实际操作;另一方面,海上风电机组定期检修计划需要合理考虑多方面因素。因此,考虑台风影响,提出双层检修优化策略:上层定期检修优化以检修成本、海上风电系统送出能力、受端电网可靠性三方面的指标综合评分为优化目标;下层状态检修优化以检修成本最小为目标,在上层定期检修优化之上优化安排状态检修计划。之后通过算例对所提双层检修策略进行对比评估。算例表明,与定期检修和状态检修相比,所提双层检修计划能够在检修成本增幅不大的情况下,有效提高系统可靠性和海上风电系统送出能力。
降低机械载荷、提高发电量以及平抑功率波动是风电系统的主要控制目标之一。研究发现,在持续性风速激励下,轴系扭振除特征频率振荡分量以外还存在与风速同频的宽频受迫扭振,而现有扭振抑制方法不仅无法应对受迫扭振,在不适当的参数下甚至会产生不利影响。文章聚焦于持续波动风速作用下风电机组的多目标发电优化控制,根据低频段削弱、同时特征频率增强的分频段轴系电气阻尼虚拟配置原则,基于小信号频域分析法揭示了扭振、最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和功率波动3个优化目标受控制器参数的影响规律。综合考虑了MPPT和功率波动对宽频扭振镇定的约束及3个目标的综合优化,针对全风速段不同工作模式分别设计控制器结构和参数,最后通过控制综合形成一套完整的控制策略。控制器硬件在环仿真表明所提控制策略可有效实现持续性风速激励下的多目标发电优化控制。
针对高比例新能源电力系统,通过分析电力电量平衡和爬坡平衡原理,提出电力系统运行时所处的4种组合状态。研究考虑爬坡灵活性的可靠性指标,扩展了原有可靠性指标的适用性。在此基础上,通过修正负荷的方法确定系统开机容量,以确保同时满足系统电力需求和爬坡需求,并留有足够的热备用。建立了关于机组、负荷以及爬坡需求的联合概率密度模型,采用生产模拟技术实现对提出指标的计算。最后利用可靠性测试算例,构建了多种新能源占比场景,验证所提指标和方法的有效性。仿真结果表明高比例新能源背景下,传统可靠性指标结果将偏向保守,建议使用考虑爬坡灵活性的可靠性指标。
