电池储能系统用于风电功率部分“削峰填谷”控制及容量配置

为缩减风电输出功率小时级的峰谷差,减小风电功率间歇性、波动性对规模化风电并网带来的不利影响,基于风电功率短期预测技术的小时级风电功率输出指令,提出风电功率部分“削峰填谷”控制策略,利用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）缩减小时级尺度的风电功率峰谷差,并在各时间窗口内将风储合成出力的风电功率波动限制在一定的带宽范围以内;提出基于正态分布的储能功率计算方法,基于电池储能系统优化控制策略,分析电池储能系统实现部分“削峰填谷”控制策略与储能容量之间的关系。仿真实验结果验证该控制策略下储能容量配置的正确性与可行性。     

考虑风电出力和电价不确定性的水风联合现货市场竞价策略

以风电为代表的新能源参与现货市场已是大势所趋,但出力不确定性导致其市场竞争力较弱,电价不确定性进一步增大了其承担的收益风险。联合具有灵活调节能力的水电是有效的解决途径,而制定符合决策者风险意愿的竞价策略则是其中亟需解决的关键问题。为此,从价格接受者角度提出了水电联合风电参与现货市场的竞价模型,模型中采用笛卡尔积组合后的典型场景集描述风电出力、市场电价等多种不确定性,采用条件风险价值衡量不确定性导致的市场风险并以风险因子作为决策者风险偏好纳入决策过程。模型中的非线性函数,通过引进0/1整数变量将其转换为混合整数线性规划模型予以求解。以中国西南某省梯级水电站和风电站为背景验证模型的有效性,进一步分析了风险偏好对竞价决策的影响。     

数据驱动下风电–抽蓄联合参与日前–实时市场随机鲁棒竞价策略

风电出力不确定性和波动性导致其市场竞争力较弱,且电价的预测偏差可能进一步加大其市场风险。为减少不确定性因素对风电-抽蓄联合系统收益的不良影响,由对抗变分贝叶斯神经网络生成以风电为代表的可再生能源出力场景,基于数据驱动方法对实时电价进行模糊不确定性建模。通过随机鲁棒优化建立风电-抽蓄联合参与日前和实时电力市场的三阶段模型,相较于常规的两阶段随机优化,增加了第三阶段鲁棒改进过程,保证了竞价方案能够既有经济性又能够有效应对极端场景、既有鲁棒性又不过分保守。结果表明,所提方法比传统不确定性分析方法具有明显优势,能够在避免人为假设的前提下,高效且真实反映可再生能源出力场景以及表征电价不确定性,可有效减少风电实时出力波动和电价预测偏差带来的较高不平衡惩罚。     

风电与火电“打捆”外送系统频率调控策略研究

风电与火电“打捆”外送是我国西部风电开发的一个重要特征。以具有典型意义的“风火打捆”仿真分析系统为例,研究了风电与火电之间的相互影响。围绕调差系数、前馈系数和伺服机构时间常数3个重要参数,分析了风功率波动条件下火电机组的一次调频特性。针对风机群体性脱网故障,提出了一种紧急提升火电机组功率的系统频率控制策略,通过监测风机脱网量和火电机组旋转备用量,计算火电机组的紧急提升功率量,将机组CCS由正常AGC控制切换为紧急提升功率的控制,实现减小系统频率波动幅度、提高频率稳定性的效果。针对电网侧不同的故障形式,比较了不同类型风机的响应特性。对固速风机在电网短路故障下发生转速失稳被过速保护切除的机理进行了较为深入的分析。     

西南水电“弃水”困局与对策

中国西南地区蕴藏着丰富的水能资源,该区域水电的开发利用对优化能源结构、促进区域经济低碳均衡发展具有重要战略意义。近年来,西南地区,特别是四川、云南2省,“弃水”现象愈演愈烈,引起了国家的高度重视和社会各界广泛关注。研究了西南水电“弃水”现状与复杂的成因,并针对电力规划、电力体制、厂网建设、政策、运行、市场、环保和利益诉求等多方面存在的不足,提出了促进水电消纳的对策建议。     

面向碳中和电力系统转型的电氢枢纽灵活性应用

我国“碳达峰”、“碳中和”目标将加速电力系统向以风、光发电为主的高比例新能源电力系统的演变进程,保障电力系统灵活运行是高比例新能源电力系统转型的核心。氢作为一种清洁、零碳、多功能的二次能源载体,可与电能相互转换,并长期高效储存,在高比例新能源电力系统灵活性调节方面将扮演不容忽视的角色。系统分析了未来各阶段电力系统特征演变及灵活性资源需求,电-氢相互转换及氢储存技术,研究和展望了电-氢枢纽在大规模可再生能源电力系统中参与灵活性调节的应用场景。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

分布式抽水蓄能电站与新能源发电联合参与现货市场的两阶段优化运行策略

随着我国电力现货市场建设的不断推进，新能源参与现货市场已成为大势所趋，但新能源出力的不确定性导致其市场竞争力较弱。分布式抽水蓄能电站作为目前较为成熟的储能技术，易与新能源联合运行，平抑其出力波动。为此，研究在现货市场双结算机制下分布式抽水蓄能电站与新能源发电组建联营体参与日前-实时市场的两阶段随机优化模型，引入CVaR（条件风险价值）来量化新能源出力和市场电价的不确定性对联营体收益的影响，实现联营体在日前市场阶段的投标优化和实时平衡市场阶段的滚动自调度优化。通过算例分析，验证了所提方法可提高联营体在现货市场的收益，并讨论了风险偏好系数、抽水蓄能电站库容对于联营体收益的影响。     

考虑预测误差的风电场电量投标博弈分析

随着电力市场化改革的深入发展,风电等新能源需要逐步与火电等其他传统电源进行竞争,同时风电等新能源出力的不确定性也增加了其在市场上博弈的复杂性。文中针对现货市场中风电场采用电量投标模式下的利益博弈问题,考虑风电出力的不确定性及预测误差,基于日前、日内2级现货市场出清模型,推导了风电场在不同投标组合情形下市场博弈均衡点的解析式,并采用实际风电出力及预测数据进行了仿真验证。对市场均衡下的风电投标结果进行分析,结果表明:在风电场电量投标模式下,风电场的博弈策略与风电出力预测值及预测误差有关,风电场可通过提高预测精度降低其投标收益风险;同时,此投标模式下风电场的投标策略出现了日前电量持留,加剧了风电场的投机行为,增加了市场运行风险。     

含电动汽车和风电机组的虚拟发电厂竞价策略

对于含电动汽车和风电机组的虚拟发电厂,由于可调度充放电的电动汽车数量和风电机组出力均存在明显的不确定性,这样虚拟电厂在电力市场中参与竞价时就必须考虑这些不确定性。在此背景下,计及上述不确定性因素的影响,并在下述假定的基础上研究了含电动汽车和风电机组的虚拟发电厂竞价策略:风机出力的上下限为随机变量;日前能量市场和调节市场电价均为波动区间已知的随机变量;虚拟电厂中可调度充放电的电动汽车数量足够大,能够在平抑虚拟电厂内的风电机组出力波动的同时参与调节市场竞价。在同时考虑电动汽车电池放电损耗成本以及调节备用被实际调用比例的情形下,构建了虚拟电厂参与日前能量市场和调节市场的联合竞价策略的鲁棒优化模型。之后,采用IBM公司开发的高效商业求解器CPLEX 12.2对模型进行了求解。最后,通过算例对所构建的模型和采用的方法进行了验证,算例结果表明了所建立模型的合理性和求解方法的有效性。     

含风电和电动汽车的VPP现货市场投标鲁棒优化模型

当风力发电商(WPG)和电动汽车(EV)聚合商组成的虚拟电场(VPP)参与市场投标时,风电出力的不确定性、预测出力偏差以及市场价格的波动性,都是VPP在参与市场投标时需要考虑的因素。在计及上述因素的影响下,文中研究了由WPG和EV聚合商组成的VPP在日前市场和实时市场的联合竞价模型:假定VPP是价格的接受者,综合考虑日前和实时价格的不确定性,在日前市场中根据风电出力和市场价格的预测结果进行日前竞价,然后在实时市场上参与实时竞价。VPP不但可以通过EV充放电平抑WPG投标偏差,还可以根据价格信号进行充放电投标,实现削峰填谷。通过引入偏差考核机制,在日前和实时市场结束后进行统一结算。基于合作博弈理论,利用Shapley值法将总收益在WPG和EV之间根据各自的贡献进行合理分配。最后,通过算例验证了模型的可行性和有效性,结果表明VPP参与日前和实时市场可以增加收益,降低出力和价格不确定性带来的风险,为新能源参与现货市场的建设提供参考。     

电力现货市场环境下园区型综合能源系统多阶段联合优化运行

针对国内最新电力现货市场规则,设计了园区型综合能源系统参与电力市场的系统框架和运行模式,基于多时间尺度多步递进优化的思想,建立了包含日前、日内、实时三阶段联合优化经济运行模型:在日前和日内阶段,采用随机优化概率约束解决光伏、负荷的不确定性问题,通过线性规划算法求解现货日前市场最优申报用电量和日内24 h功率计划曲线;在实时阶段,采用模型预测控制算法,形成了对功率、电价信息的滚动跟踪预测和校正反馈,实现与实时市场的同步滚动优化.算例分析结果表明,该优化经济运行模型可以使园区用户积极跟踪电力现货市场价格波动,通过降低综合用能成本有效提升盈利空间.     

考虑不确定性因素的虚拟电厂竞标模型

考虑了由风电场、抽水蓄能电站和燃气轮机组成的虚拟电厂(VPP).VPP可参与中期合同市场、日前市场以及平衡市场的运营,以利润最大化为其优化目标.由于电价和风电出力的不确定性以及不平衡惩罚的存在,VPP的竞标存在风险.针对电价预测精度较高、误差分布规律可以较为准确描述的特点,采用随机规划的方法处理电价的不确定性;针对风电出力预测精度较低、概率分布难以准确刻画的特点,采用鲁棒优化的方法处理风电出力的不确定性,即将不确定的风电出力限定在一个确定的区间内,通过调节鲁棒系数决策出不同程度上抑制不确定性影响的优化调度方案.基于上述两种方法,并考虑环境成本,建立了VPP鲁棒随机竞标模型,提高了VPP的实际利润,同时减轻了计算负担.算例分析证明了鲁棒随机竞标模型的有效性.     

考虑不确定性的火电发电商现货-深度调峰市场优化决策

针对电力现货市场与深度调峰市场联合运行背景下发电商电能量利润空间压缩、深度调峰功能亟待拓展等问题,提出考虑不确定性的发电商现货-深度调峰市场优化策略。基于Stackelberg博弈,构建兼顾联合市场利润和风险的发电商日前报价策略双层优化模型。在上层模型中,以发电商联合市场利润最大化为目标,对发电商分段报价进行优化;在下层模型中,考虑竞争对手报价场景的不确定性,提出电力现货-深度调峰市场联合出清模型。针对净负荷不确定性,引入波动不确定度参数,将双层模型转换为基于信息间隙决策理论的发电商现货-深度调峰市场决策模型。基于安徽省实际市场数据进行仿真验证,得到适应不同负荷场景的发电商联合市场日前报价策略,结果表明考虑不确定性的联合优化决策能够有效规避负荷不确定性带来的利润波动风险。     

碳排放约束下虚拟电厂鲁棒优化竞标模型

虚拟电厂中的可再生能源发电出力和电力市场的电价具有不确定性特征,在虚拟电厂的竞标中如何处理这些不确定性因素的影响值得深入研究。应用鲁棒优化的方法处理风电出力和电力市场电价的不确定性,同时考虑碳排放约束对虚拟电厂竞标的影响,建立虚拟电厂鲁棒优化竞标模型。算例分析结果验证了所提模型的经济性和鲁棒性,显示了鲁棒优化法处理含有不确定性参数的优化问题的有效性,且碳排放约束会使虚拟电厂竞标策略发生变化。     

多虚拟电厂参与日前电力市场的鲁棒竞标博弈方法EI北大核心CSCD

针对风电出力的不确定性和多元决策主体间的复杂博弈关系对虚拟电厂(VPP)参与日前电力市场的竞标方案的影响,提出了一种基于非合作博弈理论和鲁棒优化思想的多VPP参与日前市场的竞标博弈方法。设计了多VPP同时参与能量市场和调峰市场的非合作博弈框架和相应的交易流程。建立了各VPP在其余竞标主体报价方案的基础上,聚合多种分布式能源参与市场交易的非合作博弈竞标模型。计及风电出力不确定性对VPP运营的影响,通过强对偶理论和鲁棒优化方法将确定性竞标模型扩展为鲁棒优化模型,并在模型中引入了鲁棒调节系数来灵活调整VPP竞标方案的保守性。通过重复执行多轮竞标博弈的求解策略,直至各市场主体均不能从单方面改变投标方案中获利后,确定各VPP在日前市场中的综合出清方案。算例分析表明,所提方法给出了VPP在能量市场和调峰市场的投标优化方案,可为VPP最优参与电力市场多类型交易产品提供参考。     

考虑CVaR的“新能源+储能”电厂日前市场投标策略

双碳背景下我国正积极构建以新能源为主体的新型电力系统，大力推进电力市场化改革。大量新能源电厂无序上网将会对电力系统的安全稳定运行带来巨大压力，也不利于其作为独立主体参与市场化竞争。将“新能源+储能”电厂作为价格接受者，以“报量不报价”的形式参与电力现货交易。采用随机优化方法构建新能源出力场景、日前及实时出清电价场景，采用K-medoids方法将数量众多的场景转化为数量有限的概率化确定性场景。以日前收益最大为目标，考虑条件风险价值并计及不平衡惩罚费用，建立“新能源+储能”电厂参与日前市场的最优投标策略模型并求解。最后，以某风电厂的历史出力数据以及现货市场电价数据开展数值仿真，仿真结果验证了所建投标策略模型的有效性。     

发电负荷双侧报价的日前电能市场出清模型及其定价分析

在发电单侧报价的日前电能市场中,负荷侧市场主体缺少主动参与定价的能力,随着我国各试点省现货市场建设的推进,下一步将建设发电、负荷双侧参与报价的电能市场。由于电力资源的特殊性,双侧报价的优势仍须进行定量分析。文章分析了电能现货市场中发电、负荷双侧报价的国内外研究现状,面对负荷侧统一电价、放开市场化的比例以及虚拟投标等问题,建立了综合考虑上述因素的日前电能市场多时段出清优化模型,在过渡阶段令负荷侧市场成员申报在虚拟负荷中心节点,计算并对比分析在不同的经典场景下双侧报价与单侧报价对日前电能市场价格的影响。最后,基于仿真算例分析,验证了双侧报价出清模型和定价方法的有效性和可行性,双侧报价能较好促进多种场景下的电能市场竞争。     

基于合作博弈的含清洁能源发电商参与现货市场竞价策略及收益分配

随着清洁能源发电技术的成熟及其建设成本的下降,含清洁能源发电商在参与电力市场时逐渐从补贴对象转变为自主竞价的市场主体。一方面,火电机组具有较好的调节能力,但在较低的预期能源价格期间,昂贵的生产成本可能导致其单独参加现货市场竞标时缺乏竞争力;另一方面,清洁能源出力和现货市场电价的不确定性导致发电商在参与电力市场竞争时需承担投标偏差造成的损失,收益大幅下降。采用风火联合竞价策略可以促使二者优势互补、共赢发展。首先,以含清洁能源发电商参与现货市场竞价利润最大为目标,建立考虑投标偏差惩罚的风火机组联合组成的含清洁能源发电商两阶段随机整数优化竞价模型,采用条件风险价值理论评估清洁能源和电价预测偏差风险,并得到最优竞价策略。对联合后获得的收益,利用合作博弈论中的核仁解给出火电机组与清洁能源机组间的收益分配方法。算例仿真验证,所提竞价策略有效提高了含清洁能源发电商的利润,降低了投标偏差惩罚对含清洁能源发电商收益的影响,增强了含清洁能源发电商在参与现货市场的主动性。