含可再生能源的微电网分时间尺度储能方案

为提高微电网的可再生能源消纳能力,提出一种基于分时间尺度储能的微电网经济调度模型,包括日前计划和日内实时修正两个阶段。采用新型压缩空气储能参与日前调度,综合考虑经济成本、环保、电价峰谷差及储能寿命损耗,建立了以综合成本最低为目标函数的最优经济调度模型。在日内阶段,根据可再生能源预测误差,考虑置信水平配置一定容量的蓄电池对运行计划进行实时修正,并校验补偿效果。通过对某示范微电网的算例仿真,验证了所提储能方案具有较强的削峰填谷能力,并且对可再生能源功率波动具有较好的平抑效果。最后,对不同储能方案的对比分析表明了本文储能方案的可行性与成本优势。     

欧洲电网的发展及其与全球能源互联网的兼容性

全球能源互联网(Global Energy Interconnection,GEI)旨在通过建立洲际输电走廊来实现可再生能源发电在全球范围内的自由调度。研究表明,GEI愿景可有效促进全球去碳化。然而,各地区电网的现有发展计划分别以独立的愿景为基础框架,其与GEI的兼容性尚不清晰。文章旨在讨论由欧洲输电网运行商联盟(European Network of Transmission System Operators for Electricity, ENTSO-E)提出的欧洲电网发展十年计划(Ten Years Network Development Plan, TYNDP)与GEI愿景的兼容性,提出一种结合电力系统技术经济分析模型和社会经济决策支持工具的多准则优化方法。通过该方法,在充分考虑环境、社会和政治因素的影响下,对GEI跨洲互联通道在欧洲电网本地的落脚点进行优化配置,并计算了2030年和2050年GEI情景下欧洲电网规划模型内部的最优潮流。结果显示,在GEI情景所预测的高负荷水平下,斯堪的纳维亚地区和欧洲大陆之间将出现分布广泛的阻塞,从而限制来自北极地区风电向欧洲大陆的调度。研究认为,GEI的发展与实施需要各地区电网间的密切配合。     

面向终端能源互联网的能效优化调度

实现能源的高效清洁供给是中国发展的当务之急,为了提高能源利用效率和消纳可再生能源,提出了面向终端能源互联网的能效优化调度模型。针对终端能源互联网多能流特性,引入(火用)的概念并计及系统并网和接入可再生能源的影响,提出了适用于终端能源互联网的新指标—能源利用(火用)效率,建立了相应的能效优化调度模型,通过算例验证了该指标和模型的合理性与优越性。结果表明：能源利用(火用)效率能更加准确地反映终端能源互联网对于能源的高效利用程度;能效优化调度可以促进能量的梯级利用和节能减排,且该调度方法与经济调度的优化结果存在一致性,有助于在增量配电网区域指导终端能源互联网外购电价的制定。     

基于深度强化学习的综合能源系统动态经济调度

综合能源系统的优化调度对于实现系统的多能互补和经济运行具有重要意义。然而,系统中可再生能源的间歇性以及用户用能需求的不确定性造成了系统中供需双方的随机波动,传统的调度方法难以准确地适应实际环境的动态变化。针对这一问题,提出了一种考虑可再生能源和负荷时变特性的综合能源系统动态经济调度方法。首先对综合能源系统动态经济调度问题进行数学描述,然后将该调度决策问题表述为强化学习框架,定义了系统的观测状态、调度动作和奖励函数,继而采用深度确定性策略梯度算法进行连续状态和动作空间下的动态调度决策。所提方法不需要对不确定性进行预测或建模,能够动态地对源和荷的随机波动做出响应。最后通过算例仿真验证了所提方法的有效性。     

基于风险的多区互联电力系统分布式鲁棒动态经济调度

为应对高比例可再生能源并网给调度运行带来的高不确定性,提出一种基于风险的两阶段鲁棒动态经济调度模型,可用于优化多区互联电力系统的联络线功率与区域发电及备用计划.在鲁棒优化模型中对所采用不确定集的边界进行优化,以评估弃风与失负荷风险.对联络线功率的优化包括两个方面:一是针对可再生能源预测出力制定基态联络线计划;二是针对实际可能出现的可再生能源出力制定功率调整计划,以实现区域备用共享.建立一种分布式调度体系,以实现各区域电力系统分散自治运行.采用动态乘子更新策略,避免了分布式优化算法参数选择的问题.在3区354节点系统上的算例分析验证了所提模型与算法的有效性.     

基于全局优化和多主体博弈的微网日前电热联合经济调度

针对含可再生能源的微网日前电热联合调度问题,开展了考虑全局利益统一与多主体利益均衡的优化结果对比分析。首先,基于多能源微网中各类能量产生/转化设备的效能模型,结合系统中储能装置寿命损耗、可再生能源丢弃、电动汽车调度成本等方面的分析,建立了各类设备的运行成本模型;其次,构建了以微网运行成本最佳为目标的微网单一主体日前经济调度数学模型,并提出了基于粒子维度熵的改进混沌粒子群算法;再次,构建了考虑可再生能源所有者、微网能源服务商、用户等多主体利益均衡的日前经济调度数学模型,提出了基于Nash均衡博弈的求解方法;最后,针对全局利益统一与多主体利益均衡2种模式在典型实例中的经济调度结果,开展了深入的对比分析,验证了所提模型与方法的有效性与实用性。     

Risk assessment and bi‐level optimization dispatch of virtual power plants considering renewable energy uncertainty

Aiming at the effective management of distributed energy resources (DERs ), we propose a bi‐level optimization dispatch model which consists of a virtual power plant (VPP ) and an independent system operator (ISO ) in order to achieve a coordinated dispatch between the upper level objective function of minimizing system's operation cost and the lower level objective function of maximizing the VPP 's net profit. However, the VPP 's dispatch strategy is variable due to the threat from unavoidable uncertainties including unit outage, load forecast deviation, and renewable energy forecasting error. In order to evaluate the influences of these risks on VPP 's dispatch strategy, a proper definition of expected energy not supplied (EENS ) and its relationship with VPP 's reserve capacity are provided. Also, chance‐constrained programming (CCP ) is adopted during the analysis. By including VPP 's risk cost into the dispatch model, VPP 's dispatch strategy is able to keep a balance between the potential risk and economic profit. In addition, a further discussion regarding the risk cost is conducted in view of renewable energy capacity proportion and the VPP capacity proportion. Based on the analysis results of the case study provided, the proposed model serves as a foundation for VPP 's economic and risk‐balanced dispatch.     

高比例可再生能源电力系统的输配协同优化调度方法

随着可再生能源的高比例接入和主动配电网技术的发展,传统的输配割裂的调度模式容易导致输电网与主动配电网间发、用电计划制定协调性不足,难以充分消纳集中式与分布式的可再生能源。为解决上述问题,提出一种针对高比例可再生能源电力系统的输配电网分层分布式多源协调优化调度体系,充分尊重并利用各利益主体的自主运行特性,实现分散自治、协同优化。输电网层面,利用改进区间法处理可再生能源不确定性,构造能量和备用协调优化模型。配电网层面,设置局部调度层,利用场景法对含储能系统的分布式可再生能源进行联合出力优化,将配电网层子问题构建为动态经济调度模型。在此基础上,利用目标级联法进行输配调度迭代求解,各层间仅需交换部分边界功率信息进行协调,最终获得输配协调的最优调度策略。算例结果表明调度计划的制定兼顾了输、配电网发电资源,有助于提高电网运行经济性和可再生能源消纳能力。     

全球能源互联网关键技术进展及展望

基于全球能源的利用和技术研究现状,探索了全球能源互联网(Global Energy Interconnection,简称GEI)的概念、关键技术及发展趋势。首先,分析了全球能源供需矛盾的现状,阐述了GEI的基本特征、重要功能和研究进展。其次,建立了GEI能源供需模型和优化控制模型,给出了模型构成元素的具体含义,客观分析了可再生能源(Renewable Energy,简称RE)发电技术、智能电网技术、储能技术和信息技术等相关领域需要深入研究的内容。最后,合理预测了GEI未来的发展轨迹,从技术和政策两方面提出了GEI的发展建议。     

调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度

大规模可再生能源的接入给电网调峰带来了巨大挑战,使得当前调度模式下发电机组均衡地完成其电量进度愈发困难。针对电网的日内调度计划,提出了调峰辅助服务与电量协调优化的日内调度模式,避免调峰服务市场机制与现有调度模式产生冲突。在该调度模式的基础上,建立了调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型,实现了调峰资源与常规发电资源的协调调用,最优化系统的总调度成本。为了加速求解该调度模型,提出了以识别起作用安全约束为特征的迭代求解算法。最后,通过基于IEEE-30节点系统和实际省级电网的算例分析验证了所提模型方法的有效性、高效性与实用性。     

基于表达谱的时间粒度自适应调度模式

随着可再生能源渗透率不断提高,常规火电机组小时级日前调度可能因可再生能源的波动而不再适用。为此引入粒计算理论,定义并分析了风电、负荷时间序列的信息粒度表达谱,同时提出了一种基于表达谱的时间粒度自适应调度模式。该模式提供了调度时段内包含多种时间粒度的火电机组启停和出力安排,以更好地适应净负荷变化。首先,建立了电力系统信息粒子,并在分析表达谱中粒子变化规律的基础上,采用Ward法实现功率-时间粒子的横纵方向双层粒化,形成典型电力场景和自适应时间粒度,以此设置火电机组自适应运行模式。其次,利用双重粒子群方法对5,15,30,60 min时间粒度下的调度模式进行机组组合和经济调度模型的双层求解。最后,以改进IEEE 39节点互联区域测试系统为例,验证了所提调度模式的合理性和有效性。     

基于机会约束的主动配电网动态经济调度方法

分布式电源在主动配电网中大规模接入后,需要对主动配电网进行动态经济调度,以降低主动配电网整体运行成本。由于可再生能源出力具有随机性和不确定性,主动配电网的动态经济调度面临广泛随机性,这对调度策略的可靠性提出挑战。为此,提出一种基于机会约束的主动配电网动态经济调度模型,该模型考虑了分布式电源出力及负荷预测的不确定性。由于该模型无法被直接求解,文章利用凸松弛原理,将原机会约束模型转化为确定性混合二阶锥规划模型。基于IEEE-33节点系统的算例表明,该模型可有效求解出主动配电网的最优经济调度策略,且电压越限率和线路容量越限率被严格控制在给定的机会约束概率以内。此外,算例结果表明所提出基于机会约束的经济调度方法优于传统确定性经济调度和鲁棒经济调度模型。     

考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度

为了提高可再生能源消纳率及减少发电过程中碳排放对环境的污染,提出了一种考虑热网约束和碳交易的多区域综合能源系统优化调度模型。首先,通过热网管道和节点的基本方程描述热网系统,建立区域综合能源系统与热网耦合模型;其次,分析国内外两种碳交易机制的特点,建立以系统运行成本、碳交易成本和可再生能源消纳惩罚成本之和最小为目标函数的低碳经济调度模型;最后,以冬季某热网连接的多区域综合能源系统为例,采用混合整数线性规划对模型进行求解,分析2种碳交易机制对系统经济运行和碳排放的影响。结果表明,通过热网连接多个区域综合能源系统,能充分利用区域间负荷的互补特性,减少系统碳排放,提高可再生能源的消纳率。     

基于一致性理论的独立微电网分布式动态经济调度

独立微电网是提高可再生能源利用率的有效途径,动态经济调度是微电网系统运行的重要环节。文中给出了独立微电网动态经济调度模型,提出了一套基于一致性理论的分布式实现方法,各参与者依靠本地计算以及邻居间的少量信息交互实现系统优化。计算分为两个阶段:在第一阶段,各单元通过平均一致性算法获得全网信息,并以最大化利用可再生能源为目标预设可控负荷的用电计划;在第二阶段,各单元通过更新发电机或储能系统时段间的出力上下限,将原问题解耦为一系列单时段经济调度问题,再采用一致性牵引算法根据等微增率准则逐个计算每个时段的最优出力。通过仿真算例验证了所提模型与算法的有效性。     

含风电的电力系统鲁棒优化调度

风力发电是目前较为成熟的一种可再生能源发电技术,其出力具有随机性和间歇性,电力部门很难对其进行准确的预测。风电的不确定性给电力系统的经济调度带来重大挑战,如何最大化利用风电资源以及减小风电波动对系统供电侧的影响,是经济调度常需要解决的问题。文中建立了含风电且以最低发电成本为目标的鲁棒优化调度模型,该模型考虑机组的自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)响应来应对不确定性出力波动,维持系统功率平衡。然后模拟实际场景,分析该鲁棒调度方法的安全性和经济性。     

计及源荷双侧不确定性的跨区互联电网源网荷协同调度

日益完善的跨区互联结构、大规模间歇性新能源并网以及负荷侧参与调度能力的提升对电网调度提出了新的挑战,因此研究了源荷双侧不确定和可调度情况下跨区互联电网的协同调度问题。首先,以当前国内跨区互联电网的分层调度架构为基础,构建了计及联络线的跨区互联电网源网荷协同调度模式;然后,考虑到不确定性因素对系统约束条件和调度目标的影响,基于随机机会约束规划建立了该调度问题的基础优化模型。最后,考虑到基础模型存在寻优求解困难等方面不足,进一步提出了上层火电机组启停/联络线功率,下层火风光机组出力及柔性负荷调度量的改进分层优化模型,并采用2类粒子群算法分别对上下层模型进行求解。对不确定环境下的所得调度计划进行了分析,验证了所建分层优化模型的合理性以及求解方法的有效性。     

基于模型预测控制的微电网多时间尺度需求响应资源优化调度

为了解决微电网自身分布式能源就地消纳及参与上层电网需求响应的功率调度问题,提出一种微电网多时间尺度需求响应资源优化调度方法。建立了微电网多时间尺度需求响应调度框架,结合微电网的运行成本和需求响应补偿收益建立了日前最优经济调度模型;为了校正可再生能源和负荷的预测偏差,基于模型预测控制(MPC)方法建立了以联络线功率偏差和储能荷电状态(SOC)偏差最小为目标的日内滚动优化调度模型,通过引入可调容量比例因子考虑了微电网联络线功率的调节能力,保证微电网在消纳可再生能源的同时具备一定的可调容量;以实际微电网示范工程为例分析验证了所提方法的有效性和可行性,实验结果表明所提框架可使微电网有效地参与短时需求响应市场。     

计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度

能量枢纽(Energy Hub, EH)是实现多种能源互补利用的载体,而园区级能量枢纽中存在着大量的不确定性因素,包含可再生能源出力波动、负荷预测偏差、机组故障、外界环境及用户用能规律等。构建了一个包含冷热电联产系统、蓄热设备、电动公交车换电站的商业园区能量枢纽模型,研究了在不确定性因素下园区能量枢纽经济运行问题。以最小综合运行成本为目标函数,提出了一种计及机会约束规划的园区能量枢纽经济调度模型,将燃气轮机热电备用出力、后备电力市场购电设置为能量枢纽机会约束。所建模型为典型的0-1混合整数线性规划问题,基于Matlab/Yalmip/Cplex解算器进行求解。算例分析了不同运行场景、置信水平对园区能量枢纽经济调度的影响,结果表明:所建立的模型能够协调多种能源的运行,可以为方案决策者在风险与经济之间提供参考。     

基于机会约束理论的微电网随机优化调度

随着风能、太阳能等可再生能源的开发利用,基于分布式电源的微电网安全经济调度日益引起人们关注。本文考虑了风能和太阳能的随机性和互补性,以及储能蓄电池中能量的不确定性,提出在满足系统功率平衡约束和运行约束的条件下,建立基于机会约束理论的微电网随机经济优化模型。该模型以微电网用电总费用最小为目标函数,利用抽样平均近似(SAA)法将机会约束条件转化为确定性条件,并采用粒子群算法进行寻优求解。最后,通过对随机优化模型和确定性模型进行了对比,并研究了置信度水平和抽样次数对调度的影响,算例结果表明了该随机优化模型的合理性和有效性。     

采用同步型交替方向乘子法的微电网分散式动态经济调度算法

微电网中各类电源特性各异,网络通信能力不足以及对发电单元隐私保护的需求,对集中式经济调度提出了挑战。综合考虑常规发电机组的发电成本、新能源发电的弃置费用、储能装置的折旧费用及网络有功损耗,按照各发电单元和储能装置在网络中的接入位置进行分区,从而建立微网分散式动态经济调度模型。采用同步型交替方向乘子算法,每次迭代过程中相邻区域之间仅需交换电压相角信息,即可实现各区域经济调度之间并行求解,从而得到最优解。并以某实际微网为测试系统,验证了所提算法的正确性和有效性。