利用合理弃风提高大规模风电消纳能力的理论研究

由于风电具有间歇性和反调峰性,其大规模接入电网必将影响电力系统各个方面。针对大规模风电接入电网将会恶化系统调峰的问题,提出在现有电源结构的情况下,利用合理弃风提高大规模风电消纳能力的理论研究方法。从风电反调峰性的角度论证了合理弃风的必要性和可行性。利用weibull分布拟合等效负荷曲线并作为分析依据,量化弃风功率对调峰的改善系数和弃风对风电发电容量的影响。以甘肃和陕甘青宁电网为例,对该方法进行验证,结果表明可以通过合理弃风放弃部分风电发电容量来改善系统调峰性能,提高大规模风电消纳能力,也可为电网规划人员提供决策支持。     

考虑核电调峰的风电-核电协调优化调度

针对沿海地区含陆上风电、海上风电和核电电力系统,研究了考虑核电调峰的风核协调调度问题。基于风电出力特性和核电调峰特性,分析风电和核电调峰的匹配性;以经济调度为原则,计及核电机组运行约束、弃风成本和核电调峰成本,建立风核协调调度模型,并提出细分核电调峰深度的方法来线性化核电调峰约束。算例分析验证了所提模型和方法的有效性,结果表明:风电出力与核电调峰特性相匹配,且风核协调调度可兼顾调峰灵活性和调峰成本,提高了含风电和核电系统的调度经济性,并使弃风减少;核电机组采用日负荷跟踪模式参与日调峰,并采用细分核电调峰深度方法精确优化核电出力,可有效降低系统总运行成本。     

减少弃风损失的储能容量和布局优化研究

针对我国大规模风电接入地区因系统调峰能力不足引起的大量弃风问题,提出采用大容量储能电池提高系统调峰能力、减少弃风损失的储能充放电策略。基于所提出的储能恒功率充放电策略,建立储能电站容量和布点优化的数学模型,并采用遗传算法进行求解。该模型以储能电站的投资和运行成本、网络损耗、调峰不足弃风及风电送出通道阻塞弃风损失之和最小为优化目标,考虑了储能电站的峰谷电价收益、计及了风力发电的碳减排效益,并满足电网的安全运行约束。最后,利用IEEE RTS79系统进行储能布局优化分析,验证了方法的有效性。应用该方法能够为解决大规模风电并网地区的弃风问题提供技术解决方案。     

考虑合理弃风的风电消纳方法研究

风力发电受自然来风的影响较大,具有明显的随机性与不确定性。随着大规模风力发电场的快速发展,其接入电力系统而导致的相关问题越来越明显。针对目前国内风电大规模接入受限的问题,以风电场弃风电量与系统为消纳更多风电而增加的调峰投资为约束,提出了利用系统低谷负荷时的合理弃风来提高风电的整体消纳能力的理论研究方法。最后通过利用所建立的风电消纳模型,以东北某区域电网为例进行了计算分析,得到了2015年与2020年在三种不同调峰平衡方式下的风电消纳能力,以期能为东北地区的风电规划与建设工作提供参考。     

考虑顺序性弃风惩罚的电力系统经济调度

为了提高电力系统风电消纳能力,提出一种基于风电并网友好性排序的灵活弃风惩罚模型。以风电场的出力波动性及预测精度来衡量其并网友好性,设置风电场的顺序系数;将分段弃风惩罚成本系数与顺序系数相结合,设置顺序性弃风惩罚成本系数,建立弃风惩罚模型;在此基础上,构建包含火电机组运行成本、环境成本、弃风惩罚成本及系统备用成本等的电力系统综合经济调度模型。采用经模拟退火思想改进的粒子群优化算法对调度模型进行仿真分析,结果表明灵活弃风惩罚模型可以合理减少弃风,并使并网友好性较高的风电场优先被调用,提高了电力系统风电消纳能力,提升了电力系统运行的经济性和安全性。     

风电优先调度对电力系统能源强度及经济成本的影响

近年来,中国风电产业快速发展,但同时面临着越来越严重的弃风问题,其主要原因之一是社会对风电发展的社会价值和经济价值还没有达成统一认识。利用京津唐电网2014年的实际数据,计算了在不同风电接入比例下,风电优先调度对电力系统能源强度和经济成本的影响,并进一步分析了为实现电力系统能源强度最低是否需要弃风的问题以及弃风出现的拐点及具体的弃风比例。研究显示,随着风电发电比例的增加,电力系统能源强度不断降低;为实现系统能源强度最低,在冬大和冬小负荷方式下,风电发电比例分别为14.19%和19.92%时将产生弃风,但此时弃风比例很低,接近于0;当风电发电比例分别为22.51%和24.62%时,为实现系统能源强度最低,冬大和冬小时弃风率也只有5.00%左右。研究还显示,随着风电发电比例的增加,电力系统经济成本不断下降。     

考虑大规模风电调峰要求的系统机组检修计划

考虑风电运行特性进行发电机组检修安排对优化风电利用和保证系统运行安全意义重大。综合考虑了风电出力运行要求、负荷变化特性与机组调节特性以及机组检修特性,以系统检修成本和风电弃风量为优化目标,以系统发电可靠性和系统调峰充裕性等为约束条件,利用Benders分解法将原始模型分解为主问题(多目标整数规划)和子问题(弃风量计算、系统发电可靠性和调峰充裕性)进行分散协调,对含大规模风电的电力系统机组检修计划进行了研究。最后,利用IEEE-RTS测试系统验证了所述方法的可行性与有效性。     

考虑风电大规模接入的电力系统调峰平衡分析

电力系统调峰平衡是其维持静态稳定的关键,在风电大规模接入的形势下,亟需研究风电接入对电力系统调峰平衡的影响。以适用于含风电电力系统调峰平衡计算的数学模型及算法为基础,研究了风电接入对电力系统调峰平衡的影响,并提出相应计算方法。在此基础上,以区域电网为例,根据其实际情况设计电网的调峰运行方式以及风电接入方式,基于电网实际数据,仿真计算了其在3种风电接入方式下的调峰盈余,分析了风电大规模接入对电网调峰平衡的影响,结果表明,风电大规模接入将对电力系统的调峰平衡带来显著负面影响,而影响程度与风电接入电网的方式密切相关。     

含风力-抽蓄发电的电力系统经济运行方式优化

为解决并网风电系统的调峰难题,减少弃风,增加电网消纳风电容量,采用抽水蓄能系统（pumped hydro system,PHS）储存弃风.从系统中各电源的特性出发,构建了含风力-抽蓄发电的电力系统数学模型,在满足系统需求和各类电源的技术特性下,以整个系统的运行成本最小为目标函数,采用实数编码的遗传算法进行仿真计算.结果表明：采用PHS不但能够减少弃风,而且在弃风时PHS获得的经济效益较没有弃风时获得的经济效益更好.综合各影响因素和评价指标的分析,得出了PHS在系统中的最优容量,对更好地利用风电及优化资源配置有一定指导意义.     

考虑风电季节特性的中长期机组检修计划研究

随着风电大规模的并网,电力系统调峰问题日益显著。风电的随机波动性造成电力系统调峰困难和风电难以消纳,低谷时段大量弃风的现象频繁出现。风电具有明显的季节特性,如果在制定中长期发电机组检修决策时考虑风电出力季节特性,能够显著减少弃风。利用主成分分析法和K-means聚类技术提取风电各季节典型出力模式,利用均摊法建立相应的通用生成函数,进而针对大规模风电并网系统,建立考虑风电出力季节特性的中长期机组检修计划优化决策模型,以各时段弃风电量最少和检修成本最小为优化目标。采用粒子群算法对建立的模型进行求解,通过算例验证了该模型与方法的可行性与有效性,显著提高了风电消纳能力。     

含柔性负荷火电机组深度调峰的源荷协调分层优化调度

风电大规模接入对系统调峰带来巨大挑战,为解决因系统调峰能力不足导致弃风问题,提出一种含柔性负荷的火电机组深度调峰的源荷分层优化调度方法。该方法分为上层和下层两个优化模型,上层以系统峰谷差最小为目标,旨在减少系统调峰压力;下层模型以系统成本最小为目标,确定各个火电机组出力。通过实际算例对比柔性负荷优化前后系统总成本,验证所提调度方法的经济性和有效性。     

考虑火电深度调峰的风光火储系统日前优化调度

深入挖掘火电机组深度调峰能力、实现风光火储多能互补运行是应对规模化新能源并网消纳的重要手段。提出火电机组深度调峰和爬坡成本、污染物惩罚成本、储能系统运行成本及新能源弃电惩罚成本的计算方法,建立了考虑火电深度调峰的风光火储系统日前优化调度模型。分别以风光出力最大、净负荷波动最小和系统运行成本最低为优化目标,并设定火电机组的不同调峰深度,对含高比例新能源的风光火储系统在典型日的优化调度策略进行仿真计算。结果表明：所建立的模型能够满足不同优化目标下的风光火储优化调度策略计算;通过提升火电机组深度调峰能力,可有效降低新能源弃电率。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

抑制风电并网影响的储能系统调峰控制策略设计

大规模风电并网引发调峰问题的本质原因在于风电出力具有不可控性,电池储能系统能够实现对电能的吞吐而被认为是控制风电出力、提高电网接纳风电能力的有效手段。针对风电出力反调峰特性导致系统调峰容量不足的情况,分析了大规模风电接入对负荷低谷时段常规机组出力计划制定的影响机制和储能系统对提高电力系统调峰容量的调控机制,设计了含动作死区参与负荷低谷时段调峰的电池储能系统控制策略。算例分析表明,所设计电池储能系统控制策略可有效减少因风电接入所引发的火电机组启停调峰次数,大大提高电网运行的经济性。     

促进风电消纳的太阳能-燃煤热电联产系统性能研究

冬季供暖期内,因热电冲突带来的供热机组调峰能力受限是中国“三北”地区出现大量弃风现象的主要原因。为促进新能源规模化消纳,以锡林浩特600 MW太阳能-燃煤热电联产系统为研究对象,建立了太阳能集热场、热电联产机组等关键设备数学模型,在实际气象条件及负荷需求下,研究太阳能-燃煤热电联产系统与100 MW风电场的多能协同运行特性及年综合性能。结果表明,相比于原机组,太阳能-燃煤热电联产机组调峰下限可下降150 MW,从而促进风电规模化并网;在配置有51万m²槽式集热场、3 h蓄热罐的情况下,年弃风量从0.21 亿kW·h减少至0.07 亿kW·h,弃风率从7.91%下降至2.70%,下降幅度为62.2%;同时,太阳能集热发电量为1.5 亿kW·h,共可节煤4.9万t/年,减少二氧化碳排放13.2万t/年,效益显著。     

蓄热式电采暖负荷参与风电消纳运行策略研究

为了就地消纳大规模风力发电功率和提升电网调峰能力,将蓄热式电采暖与具有反调峰特性的风电进行结合,提出了风电与蓄热电采暖联合运行模式。模式中考虑风电机组、火电机组以及电采暖的相关约束,以系统总的发电成本最小为目标,构建了蓄热式电采暖负荷参与风电消纳优化运行模型。通过运用适应模型求解的遗传算法求解该模型,得到蓄热式电采暖负荷参与电网互动优化运行方案。仿真结果表明,基于蓄热式电采暖负荷参与风电消纳的运行策略是有效和实用的。该策略从电源侧的角度提高了系统的风能消纳水平,从电网侧的角度提升了系统的调峰能力,缓解了风电并网对系统造成的调峰压力。     

考虑调峰效益和电量效益的风蓄联合运行优化模型及算法

大规模具有随机性、波动性和反调峰特性的风电接入电力系统后,给电力系统的运行调度带来了很大的挑战。抽水蓄能电站具有快速启动带负荷、调峰能力强等良好的运行特性,让抽水蓄能电站配合风电出力将有利于降低风电并网对电力系统的影响,提高风电利用率及电力系统运行的技术经济性。以最大化风蓄联合运行的调峰效益及电量效益为目标建立了风蓄联合运行优化模型,并研究了求解所建立的多目标优化模型的启发式算法。通过算例验证了所建模型及方法的有效性及实用性。     

考虑安全环保及补偿的火电机组调峰经济性研究

火电机组深度调峰是促进新能源消纳的有力手段,为了研究火电机组参与调峰的经济性,并考虑日益上涨的煤炭价格,建立了综合发电成本模型。从燃料材料消耗、投资运营、机组寿命损耗和环境损失等方面对机组调峰发电成本进行分析,结合调峰补偿政策建立调峰运行效益模型。对案例机组进行发电综合成本计算,分析不同负荷及煤炭价格波动下火电机组的调峰效益,以不同的调峰效益为目标为机组提供补偿报价策略。     

计及核电风险量化的多源互补调峰调度方法

为了应对大规模可再生能源并网造成的电力系统灵活经济调峰难题,本文提出了一种计及核电风险量化的多源互补调峰调度方法。首先,分析核电低负荷的调峰机理,并考虑其调峰风险量化指标,从而实现核电的经济安全运行;然后,以总运行成本最低为优化目标,在目标中权衡弃风光损失和不同电源参与调峰增加的发电成本,建立含风、光、火、核、抽蓄的多源互补调峰调度模型,并对模型进行求解;最后,实际算例证明了所提优化调度模型的有效性。算例结果表明,与火电调峰、无储能参与的核电调峰相比,所提模型可减少弃风弃光量94.17%,碳排放下降1.24%,进而验证了多源互补模式不仅可提升高比例风光电网调峰能力,而且可实现多源互补系统的低碳经济运行。