考虑N-1安全约束的含可再生能源输电网结构鲁棒优化

为提高大规模可再生能源接入系统的运行经济与安全性,提出在考虑可再生能源接入的电力系统中通过输电网络结构优化,在保证安全运行约束的前提下,降低系统运行成本,提高可再生能源的消纳比例。研究将该优化问题分为经济调度问题和N-1校验问题,两个问题交替求解。经济调度问题对输电网结构和机组出力进行优化;N-1检验问题以系统失负荷为优化目标,并考虑重合一条线路作为应急手段。两个问题均可建立为两阶段鲁棒优化模型,利用Benders对偶法求解。进一步提出了模型求解的加速方法,适应于工程实际应用。对IEEE 39节点系统的仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

可再生能源接入下考虑短路电流限制的发输电鲁棒规划方法

随着用电负荷密度增大、电网结构紧密程度提高及可再生能源接入带来的不确定性,短路电流越限问题突出.文中提出了一种可再生能源接入下满足短路电流限制的发输电系统鲁棒规划方法.首先,改进了计及网络拓扑结构和电源接入的短路电流计算方法,并内嵌网络结构优化和机组开停机操作优化短路电流水平.其次,采用自适应多面体不确定集合,考虑可再生能源出力不确定性和N-1随机故障,建立发输电系统三层鲁棒规划模型.上层为短路电流限制下的规划决策问题,以输电网扩展、电源建设年投资成本以及最差场景下的年运行成本之和最小为目标;中层寻找包含可再生能源出力与N-1随机故障的最差组合场景;下层为满足不确定场景运行约束的最优潮流问题.然后,利用对偶变换将三层问题转化为经典双层模型,采用列与约束生成算法进行有效求解.最后,IEEE 24节点系统的结果表明,规划方案在可再生能源出力不确定性下均能满足短路电流要求.     

综合考虑输电结构优化的含可再生能源电网规划方法

为实现高比例可再生能源的并网与消纳,未来电力系统需具有更为合理的网络结构和灵活的运行方式.综合计及可再生能源出力的不确定性和预想事故的影响,提出考虑网络结构优化的含可再生能源的电网规划方法.考虑规划可用资源限制,确定新建线路和升级部分现有输电线路开关以使其满足输电网结构优化的需要;在系统正常运行时,考虑可再生能源和负荷的不确定性以确定最优的调度方案和网架结构;对于既定预想事故,在系统正常运行调度方案的基础上,通过发电再调度和网络结构优化,最小化故障影响.通过改进的IEEE RTS-24系统验证了所提方法的有效性和合理性.     

可再生能源和特高压接入的输电系统规划研究

可再生能源与特高压在输电系统层面高渗透,给电网安全可靠运行带来一定影响。为全面评估输电系统运行状况,首先从经济性、可靠性、潮流、负荷、环境角度分析了可再生能源接入对输电系统运行规划的影响,从短路电流、穿越无功的角度分析了特高压接入对输电系统运行规划的影响,然后根据不同利益主体的侧重点不同,建立了考虑电网企业、政府、终端用户三个多利益主体的输电网规划方案评估指标体系,包括全寿命周期成本、风电场容量可信度等合计6种实用指标,采用模糊综合评估方法进行综合评估,最后通过某实际区域的输电网规划方案比选算例验证了方法的有效性并给出了比选结果。所提综合评估方法因考虑了可再生能源和特高压的广泛接入而更有应用前景。     

考虑大规模区外来电接入的输电网扩展规划方法

大规模区外来电将大量可再生能源馈入到受端电网,解决了用电资源与负荷发展不平衡的问题。提出了一种考虑大规模区外来电接入受端输电网的扩展规划方法。综合考虑可再生能源出力和负荷的不确定性,以线路投资成本、运行成本、弃能成本和失负荷成本之和最小为目标,建立了计及系统运行经济性的两阶段输电网随机规划模型。引入多参数规划方法,提出采用内嵌场景削减的改进Benders分解算法,将原问题分解成投资主问题和运行子问题,通过对大规模运行场景进行削减,以确保在最优投资决策下的电网规划方案。以改进后的Garver’s 6系统与河北某网500 kV及以上的实际系统为算例,验证了所提方法的有效性。     

计及风险备用约束的输电网风储容量双层优化

提高规划方案在电网调度运行中的适用性,是提高新能源消纳能力的有效解决措施之一。提出一种计及风险备用约束和多能源机组组合调度约束的输电网中风电场与储能电站联合配置的规划方法,充分利用电网灵活性资源调节能力并探索峰谷电价政策下的储能调峰盈利模式,综合考虑火电煤耗运行成本、风电弃风功率、储能建设成本与调峰收益、切负荷风险。采用双层优化方法,在外层基于向量序优化理论对配置方案做多目标评估筛选,在内层建立基于确定性备用约束的粗糙模型和基于N-1故障的概率性风险备用约束的精确模型的机组组合消纳运行模型。IEEE-RTS24节点系统算例结果证明,所提优化方法可平衡计算精度与计算速度,提高输电网的新能源规划、消纳和风险应对的能力。     

考虑就地消纳与外送相协调的可再生能源生产模拟

为了实现高渗透率间歇性可再生能源就地消纳与外送相互协调,通过分析可再生能源出力与负荷的相关性,建立可再生能源机组生产模拟计算模型。同时优化考虑电网安全约束的不同电源开机组合,开展电力系统生产模拟研究。基于可再生能源就地消纳和外送通道建设综合考虑后的经济性为约束的模型函数,确定各个间歇性可再生能源的消纳电量、外送电量和弃电电量,从而使得电网系统能够获得在就地消纳和外送相协调运行模式下的最优综合效益。最后通过算例及仿真结果对所提的模型进行验证。     

考虑多重不确定性的综合能源系统日前优化调度

可再生能源出力和负荷的不确定性对综合能源系统优化调度提出了挑战。由可再生能源、大电网、热电联产机组、储电系统、储热系统和燃气锅炉等设备以及热、电负荷组合构成的综合能源系统经济调度模型,考虑到系统中可再生能源发电和负荷预测误差等多重不确定性特征,提出一种基于区间线性随机机会约束规划的优化调度策略。用概率分布函数描述系统中可再生能源发电预测的不确定性,用区间数描述负荷预测不确定性,由此构建了一个区间线性随机机会约束规划模型,利用Gurobi求解器对模型进行求解。通过一个热电综合系统将所提方法与单一的区间线性规划和随机机会约束规划模型进行了对比研究。结果表明,所提方法平均运行成本更低,对预测精度的依赖性更低,在保证系统安全运行的同时能提高综合能源系统运行的经济性。     

考虑风电及分时电价的机组组合问题研究

近年来,风电等清洁能源的接入以及负荷侧分时电价的管理增加了电网调度的复杂性,为实现在风电接入及分时电价管理背景下的火电机组的经济调度和分时电价策略优化,首先研究了负荷需求对峰谷时段电价的响应模型,接着基于模糊机会约束理论建立了考虑风电及分时电价的机组组合模型,然后提出了一种双层混合粒子群算法求解该机组组合模型,以得到与风电相配合的分时电价定制策略以及火电机组出力值。最后仿真结果表明,所提出的方法可以实现负荷侧分时电价策略与供电侧火电出力的有效配合并降低火电机组的发电成本。     

面向新型电力系统的输电网与分布式变速抽水蓄能联合规划

针对高比例新能源场景下分布式变速抽水蓄能的容量配置及其在电网中的位置接入问题,提出了输电网和分布式变速抽水蓄能的联合规划方案。首先,考虑了各类抽水蓄能的运行和库容约束、火电机组的出力和爬坡约束以及输电网的传输能力,以分布式新能源的经济消纳为优化目标,建立了分布式变速抽水蓄能和输电网间的联合规划模型。然后,通过凸松弛方法将该模型转化为混合整数线性规划模型,以两阶段优化方法求解得到了分布式变速抽水蓄能与输电网的联合规划方案。最后,采用两个标准测试系统对比验证了所提含分布式变速抽水蓄能的联合规划相较于定速抽水蓄能的规划方案,能更好地与其他灵活性资源相协调以消纳风光可再生能源,总体上可降低约20%的成本。     

基于系统频率响应特征的电网广义旋转备用优化配置

现有的旋转备用配置方法多将旋转备用的来源限定于常规发电机组,较少虑及储能装置与柔性负荷等新兴电力设施对旋转备用优化配置的积极影响。为此,文中提出了电网广义旋转备用的概念;借助序列化建模思路与可描述随机变量取值相依结构的Copula函数,建立电网等效负荷(电网原始负荷与对应时刻点新能源发电出力的差值)波动量与预测偏差模型;综合考虑系统频率响应特征,以电网广义旋转备用购置成本、停电损失成本与弃新能源发电成本最低为目标,提出一种基于系统频率响应的新能源高渗透电网广义旋转备用优化配置方法。以新疆某新能源高渗透区域电网实际运行数据为依据,仿真验证了所提方法的可行性。     

基于非时序模型的新能源消纳能力评估方法

随着风电和光伏装机容量的快速增长,弃风和弃光问题日益突出,开展新能源消纳能力研究,建立消纳能力量化评估体系对电网调度的运行和控制工作有着重要的意义。文中提出了一种基于非时序分析模型的新能源消纳能力量化评估方法。该方法基于概率分析理论,首先利用阿基米德Copula函数构建了新能源理论出力的概率分布,通过负荷特性构建了系统新能源消纳空间的概率分布,进而得到了系统新能源弃电功率的概率分布。然后,再通过新能源弃电功率的概率分布计算得到新能源弃电率,评估系统的新能源消纳能力。最后,基于EPRI 36机组系统验证了所提方法的正确性和有效性,并分析了负荷、新能源装机容量、常规机组调峰率以及备用水平对弃电率的影响。     

基于等效负荷区间和随机生产模拟的新能源接纳能力快速计算方法

新能源大规模接入电网,对电网的调峰造成了巨大压力,并导致系统弃风率增大,因而快速准确地计算系统常规机组的最优开机容量及其对应的弃风率十分重要。基于此,提出了基于等效负荷区间和随机生产模拟的新能源接纳能力快速计算方法。首先,引入等效负荷区间和可信容量的概念来初步确定传统机组开机容量;然后,运用随机生产模拟中的时序卷积和持续卷积计算各类电源上网电量,利用时序卷积将风电出力和负荷出力及联络线功率在时间尺度上进行序贯卷积,可以准确计算出该区域新能源接纳电量,利用持续卷积可以快速计算出常规机组周期内的发电量;最后,以某省电网为例,对所提模型、算法的有效性进行了验证。该方法可应用于风电电源规划、调度中开机容量的确定、风电场弃风率的快速计算等场合。     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

跨区特高压直流外送优化提升新能源消纳能力研究

随着跨区特高压通道陆续建成投产,“三北”地区外送能力逐年增加,但新能源弃风、弃光问题并未根本解决。结合电网生产运行实际情况,对多区域间特高压直流外送功率协调优化促进新能源消纳开展研究。首先,分析了典型地区新能源弃电功率的分布特点,研究了不同区域间新能源发电功率的互补性;然后,建立了考虑跨区直流功率优化的新能源消纳能力计算分析模型;最后,针对多地区测算了跨区特高压直流互补促进新能源消纳的效果。算例分析结果表明,所提出的特高压直流优化运行方法提高了全网的新能源消纳能力,可实现多地区新能源消纳空间的充分利用。     

满足非水可再生能源发电量占比目标的“源-网-储”协调规划

“源-网-储”协调规划是提高非水可再生能源发电量占比的关键技术之一。计及非水可再生能源和负荷的时序特征,提出了基于时序生产模拟的“源-网-储”协调规划方法。在静态规划的基础上,考虑电源、网架和储能的动态运行特征,将非水可再生能源发电量占比作为约束条件以提高模型的适用性。采用多面体集合刻画非水可再生能源和负荷的不确定性,建立满足非水可再生能源发电量占比目标的两阶段鲁棒优化模型,并引入不确定性调节参数以降低决策方案的保守性。通过强对偶理论和大M法将难以直接求解的min-max-min问题转化为双层规划问题,并采用列和约束生成算法求解得到非水可再生能源和储能的多点布局方案以及线路扩展方案。以IEEE 118节点系统为算例,分析了非水可再生能源消纳目标及不确定性对规划方案的影响,结果验证了所提方法的有效性。     

考虑大规模可再生能源接入的输电设备检修计划

随着可再生能源的快速发展,对于高电压等级(500 kV及以上和部分220/330 kV)的输电设备检修计划编制,必须考虑可再生能源输送能力的保障。为此,提出了一种大电网输电设备检修计划编制方法。利用等效负荷的概率密度函数和日最小开机出力计算弃风电量,作为检修计划的优化目标之一;针对光伏、水电的特性分别提出适合其外送通道设备检修的时段。考虑输电断面运行安全,建立了基于多约束条件的大电网检修计划模型,采用混合整数规划方法对该模型进行求解。以实际电网的年度检修计划编制作为算例进行了验证。     

考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

摘 要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性,提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面,电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关,因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先,以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数,建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着,对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理,将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后,利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型,获得帕累托最优解集,并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后,利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。     

含大比例新能源的电力系统规划中“合理弃能”问题探讨

在含大比例新能源的电力系统中,为消纳占比极小的新能源尖峰电量,需要占用系统大量的调峰资源,降低系统安全稳定性和经济性,若允许放弃一定的新能源电量,可以降低系统总体调峰需求,减少调峰电源建设,避免昂贵的边际消纳成本。首次在中长期扩展规划中探索新能源"合理弃能"问题,在新能源消纳成本和消纳效益中寻找平衡点,并采用GESP电源规划软件,计算电力系统安全经济发展下的新能源规划合理弃能率及该弃能率下的系统规划成本,并以中国各大区域电网为例,得到2020年的规划合理弃能率为3%~10%。     

基于AP聚类和鲁棒优化的电网规划灵活性评估

高比例可再生能源的并网,给电力系统规划的灵活性带来了挑战。本文考虑源-荷双端的不确定性,提出了一种基于AP(affinity propagation)聚类和两阶段鲁棒优化的电网规划灵活性评估方法。首先,本文提出了基于AP聚类的远景年典型日负荷建模方法。其次,以区间的形式考虑可再生能源出力的不确定性,构建基于鲁棒优化的电力系统规划方案灵活性评估模型。最后,在整个周期的角度和各时间断面的角度提出了一组电网规划灵活性评估指标。本文利用IEEE RTS-24算例验证所提出方法的合理性。