面向弹性提升的电力系统防灾调度决策研究文献综述

 2023-08-11 10:20:24
  1. 文献综述(或调研报告):

电力系统通常设计为一个对预期内的低影响高频率的停电有高可靠性,但是对极端天气和自然灾害造成的低概率发生的极端事件有很大的影响。[1]因此,设计面对低概率极端事件有强化和智能处理的方式的调度策略是有必要的。

针对电力系统弹性提升的问题,国内外学者与专家已经开展了大量研究并取得了相应的重要成果。比如:关于电力系统弹性的研究问题,这是一个较新的概念,Mathaios在介绍基于弹性的应对策略前,对“弹性”这一概念进行了介绍[1]:电力系统中的弹性可以称为电力系统在灾后迅速恢复的能力,区别于电力系统可靠性,可以理解为预测低概率高影响力事件并从这类破坏性事件中迅速恢复的能力;也有另一种定义将弹性表示为电力系统对某些突发事件做出响应以适应当前条件的能力[2]。进一步,引入并构建“电力系统弹性框架”,这是以电力系统弹性为基础,学习适应系统面对极端事件的操作,为将来应对此类事件做好准备。

关于电力系统中提高电力系统弹性的策略中,Mathaios和Dimitris[1]等人引入了弹性梯形(resilience trapezoid)的可视工具反映极端事件期间电力系统行为,在此基础上定义电力系统的关键弹性特性,提出一种Phi;Delta;EPi;弹性评估框架。该框架定量弹性指标与时间相关,以此捕获系统在不同阶段中与突发事件相关的性能。但是该框架没有注意到事故前后弹性水平可能存在的差异。文中还提到对增强电力系统弹性的解决方案大致包括“强化”(Hardening measures)和“操作”(Smart/operational measures),这是应对电力系统弹性增强的两个具体研究策略的方向。增加弹性的强化措施目标主要是减少灾难性事件的物理影响,防止电网失控,具体可用的选择措施为地下电缆替代和基础架构升级组件,但这些措施有很强的针对性,不作深入讨论。

操作策略的解决方案目标为增强电网的操作弹性,这是一种广泛的运行解决方案,适用于广泛停运的恢复技术。因此,本文对于电力系统弹性的增强的研究主要集中在操作策略上。

基于先进天气预报和感知系统的广域控制方案和智能预防措施被广泛提出:1)Chong Wang和Yunhe Hou[3]等构建了处理事故发生期间的顺序主动运行策略,将重点放在事件发生期间[4],以增强电力系统对极端天气的适应能力。主要策略为根据事件进行,考虑系统和设备的状态指定操作策略,将因极端事件而发生的系统拓扑构成不同的Markov状态并构建包含当前成本与未来成本的递归函数,将最小预期成本作为决策过程的最优策略指标,采用线性标量法将多目标优化转化为单目标优化问题;2)Yifei Wang和Liping Huang[2]等发现考虑极端事件和级联停电(cascading outages)的安全约束机组组合(SCUC)相关研究很少,同时发现极端天气下导致的系统传输线路重载是造成电力系统运行事故(比如:级联故障、继电器故障和变压器故障等)的主要原因,极端天气下管理电力系统运行和降低传输线路传输负载率是提高弹性的有效策略。因此提出了一个弹性约束的机组组合问题(RCUC)框架,用以解决事故后潮流分配异质性带来的线路停电问题。累计停电概率与RCUC解决方案进行顺序交替计算,迭代至收敛的解决方案出现。以此进行实时调度直至线路恢复。这类方法期望通过广泛的运行策略来实现电力系统在灾害情况下电力系统运输的有效性与运行成本的最小化,并未考虑现代电网中新能源机组的渗透而造成的系统惯性的下降。由于电网负荷的增长以及新能源渗透率的不断攀升,电网安全运行的可行域逐渐缩小,考虑线路运行负载分配的同时并不能有效保证系统频率安全[5]。叶婧和林涛[6]指出,UC 是优化调度的第一阶段,只有 UC 的优化结果满足动态频率约束,经济调度以及最优潮流才可能达到动态频率最低点限制。利用频率响应进行系统调频是保证系统频率约束的主要方式。李东辉,臧小明[7]直接通过考虑等值调速器的动态特性改进SFR模型,提高频率响应精度,提高了调频预估能力。也有使用存储和备用,提供基于频率响应的操作策略:1)陶仁峰和李凤婷等[8]提出了基于系统频率响应(SFR)特征的电网广义旋转备用以解决因为新能源机组的高渗透造成的电力系统频率波动,结合中国电力市场改革下有力拓充旋转备用的获取的背景下,定义可接入电网立即使用的旋转备用为广义旋转备用。但其并未考虑多类型电源SFR条件下的旋转备用优化,2)钟睿,滕松等[9]在关于矿区电网弹性提升中提到了复合储能备用的频率响应问题,采用了结合抽水蓄能和超级电容的灵活处理方式;3)Yunfeng Wen和Wenyuan Li等[10]面对可再生能源机组替代同步机组导致系统惯性下降提出了基于频率动态响应的电池储能的机组组合问题(FDUC)的解决方案。提升了系统弹性来面对主要的频率扰动。但这个方法并未考虑电池接入电网充电解决超频的动态问题。这类方法通过在机组组合和经济运行中并入频率相关的约束来改善频率动态问题,利用现有实际备用解决新能源机组的高渗透问题,以此提高电力系统防灾弹性。不难发现,备用存储提供动态频率控制的能力和其能提供的能源套利收益也是相互影响的[8][10],可以同时保证系统频率和运行成本的稳定。

综上所述,国内外对于电力系统弹性提升应对极端条件下的运行已取得了很大的进展。但在利用电力系统经济调度运行的方案中,鲜有对新能源机组高渗透对电力系统惯性的考量,这也导致无法判断系统的频率状态对这类经济调度运行策略的承受能力。因此,顾及系统频率响应约束的电力系统弹性调度策略是有必要进行的。

参考文献:

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  9. 钟睿,滕松,梁睿,沈兴来.基于复合储能系统的矿区电网频率弹性提升方法[J].电网技术,2019,43(07):2291-2298.
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  12. Y Wang, Z Li, Shahidehpour M, et al. Stochastic Co-Optimization of Midterm and Short-Term Maintenance Outage Scheduling Considering Covariates in Power Systems. [J] . IEEE Transactions on Power Systems,2016,31(6):4795-4805

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