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综合智慧能源关键技术

特约主编:朱继忠,黄琦
出版时间:2022-09-25
进入“十四五”时期,在能源革命和数字革命双重驱动下,可再生能源、储能、智慧能源等一大批新兴能源技术正以前所未有的速度加快迭代,成为全球能源向绿色低碳转型的核心驱动力。在此背景下,国家能源局、科学技术部联合编制了《“十四五”能源领域科技创新规划》,将能源系统数字化智能化技术列为重点任务,提出聚焦新一代信息技术和能源融合发展,促进能源产业数字化智能化升级,开展各种能源厂站和区域智慧能源系统集成试点示范,引领能源产业转型升级。能源互联网、智慧能源、综合能源服务等新模式、新业态持续涌现。综合智慧能源是实现“双碳”目标的战略选择,是构建新型电力系统的重要基础,是能源安全战略的关键支撑,是能源企业数字化转型的必然方向。
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  • 综合智慧能源关键技术

    2022,5(5): 417-418 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.001

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  • 一种基于合作博弈的深度调峰补偿策略

    2022,5(5): 419-428 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.002

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    在风电大规模并网的需求下,为尽可能消纳风电,亟需增加火电机组调峰深度,但火电机组因难以得到合理的调峰补偿而缺乏调峰积极性。为此,首先分析了火电机组的深度调峰能力,建立了火电机组全过程的调峰成本分段函数;提出以最大相对满意度为目标的深度调峰补偿策略模型,并分析了现有调峰市场下火电机组的报价模式;最后以火电机组总发电成本最小为目标构建电力系统经济调度模型。算例结果表明,火电机组进行一定程度的深度调峰能提高系统运行经济性,但进入投油深度调峰后火电机组运行成本剧增,收益低于常规调峰,此时需要对机组进行额外补偿;提出的补偿策略能根据机组参与深度调峰意愿的最小收益进行补偿,保证火电机组参与深度调峰的积极性。

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  • 面向调频应用的扁管式可逆固体氧化物电堆控制特性分析

    2022,5(5): 429-438 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.003

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    良好的电化学动态响应性能以及功率输出的长期耐久性是高温可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)应用于调频等电力辅助服务的技术基础。针对一种新型内嵌微流道的扁管式电堆,从调频控制的角度,试验考察了RSOC电堆的发电/电解工作控制特性、负荷动态响应特性以及长时间运行衰减特性。结果表明,新型电堆燃料传质特性良好,可优先选择氢气流量、水氢比、工作温度等参数实现对应发电/电解模式下的调频应用控制。在温度控制不变的情况下,动态试验表明了新型电堆受传质/传热影响,电压弛豫时间难以达到秒级,单一电参量的调控难以满足调频控制精度需求,需要进行电压环、电流环的串级控制,才可实现精准调频。可靠性方面,相较单电解工作模式,发电/电解工作模式反复切换下,新型电堆出现了工作性能优化现象,故认为通过合理的工作模式切换策略,RSOC电堆可用于长期可逆动态运行工况,满足辅助调频的寿命要求。

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  • 面向“碳达峰、碳中和”的新型电力系统的潮流计算

    2022,5(5): 439-446 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.004

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    在含高比例可再生能源的新型电力系统中,由于不考虑电力电子变换器的阻抗特性,使得潮流计算的精度降低。为此,需要一种基于本地控制器阻抗特性的由大量分布式发电机组成的新型电力系统潮流计算方法。首先,基于小信号扰动法和dq轴、αβ轴、abc轴之间的等效变换,对变换器的源端等效输出阻抗矩阵进行了估计。然后将总线-分布式电源等效阻抗模型转化为总线-总线的阻抗模型。同时,将等效阻抗模型嵌入雅可比矩阵迭代过程中,提高了潮流计算方法的精度。最后,利用IEEE-4 总线测试系统、PG&E-69 总线测试系统和IEEE-118 总线测试系统对基于本地控制器阻抗特性的潮流计算进行了仿真,表明所提出的潮流计算方法更为准确。

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  • 考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法

    2022,5(5): 447-453 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.005

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    随着“双碳”背景下新型电力系统的建设,传统的单一供能网络逐渐发展成为多能耦合的综合能源系统。综合能源系统在信息采集和传输过程中会不可避免地出现量测误差,而传统的加权最小二乘法无法抑制其影响,影响状态估计的精度。为此,提出一种考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法。首先,在考虑电力系统、热力系统以及耦合元件运行特性的基础上,建立电热综合能源系统量测模型。其次,将基于Huber估计的抗差状态估计方法拓展到电热综合能源系统中,提出电热综合能源系统抗差状态估计方法,并对电热耦合系统进行冗余度分析。最后,基于某电热综合能源系统算例,计算不同坏数据比例下的电压、相角、压强等状态估计误差,验证所提抗差估计方法的有效性。

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  • 70 kW燃料电池热电联产系统水热管理研究

    2022,5(5): 454-462 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.006

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    质子交换膜燃料电池堆的电效率约为50%,电化学反应剩余的能量要以热量的形式散失,造成巨大能量浪费,开发基于燃料电池的热电联产系统可以高效地产生电力和热水,并显著提高系统的能量效率。在MATLAB/Simulink平台上搭建了70 kW级燃料电池热电联产系统,包括燃料电池电模型、热管理模型和热电联产系统综合动态模型,并开发了一种智能控制算法进行水热管理,将电堆运行温度控制在70 ℃左右,在保证电堆正常运行的前提下,提升热能回收效率并降低系统寄生功率。结果表明该系统可以有效地回收燃料电池反应所产生的废热,在增大外部负载提高电堆电效率的同时,热电联产效率会逐渐增高然后降低,热电联产最高效率可以达到83.5%。

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  • 考虑多利益主体的电力与通信共享铁塔综合效益评估

    2022,5(5): 463-470 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.007

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    能源互联网以其灵活适应能源和数字革命且交互相融的独特优势成为电网公司发展的重要前进方向。能源互联网的建设需要将电网与通信网更紧密地结合在一起,互联互通功能的增强,促成了“共享铁塔”的产生,分析共享铁塔的综合效益有利于激发其发展潜力。从电网公司、铁塔公司和政府主体出发,构建了共享铁塔综合效益评价指标体系,并引入区间数表征专家判断信息的模糊性,得到基于区间数的共享铁塔的综合效益评价模型,得出影响共享铁塔未来发展的关键指标,选取关键指标量化分析,为共享铁塔推广应用提供了重要参考。

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  • 配电网中储能参与多场景的多维经济性评估

    2022,5(5): 471-479 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.008

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    随着配电网中新能源装机规模的扩大,会带来配网负荷峰谷差增大及新能源消纳困难等问题。储能具有“低储高发”的特性,其已经被认为是削峰填谷、提高新能源消纳能力的有效手段。但目前储能成本仍较高,故如何配置储能并对其进行经济性评估分析是重要的。为此,综合考虑储能系统参与削峰填谷、提高新能源消纳能力的两种应用场景,计及套利收益、环境效益、政府补贴、投资建设成本和年运行维护成本等多维因素,建立储能系统的经济性评估总模型,通过算例对两种场景进行经济性分析。结果表明,在削峰填谷场景中,得到了不同电价差下,储能收益最大时的最优配置。在提高新能源消纳能力场景中,确定了在所设条件下,新能源消纳比例超过66%时储能系统开始盈利。

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  • 云边协同区域能源互补决策模型与算法

    2022,5(5): 480-487 ,DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2022.05.009

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    针对综合能源系统用户侧用能多样化和源荷数量逐渐增多引起的云平台计算量骤增问题,提出一种云边协同区域能源互补决策模型与算法。以云平台构建区域能源决策单元为根节点,将依据地理位置划分的若干个子区域映射到云平台作为子节点,构建树形拓扑结构区域能源决策知识库。子区域设置边缘计算网关收集本地电热产能和负荷信息,预处理后将关键数据送至区域能源决策单元。区域能源决策单元采用搜索、分类、排序等方法对能源盈余子区域与能源短缺子区域的互补收益进行计算,建立决策池。各子区域通过与云端信息交互建立子区域之间的能源互补通道,实现盈余新能源的消纳。通过算法的时间复杂度分析,云边协同区域能源互补决策模型与算法可有效缓解云平台通信和计算压力。

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