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含碳捕集电厂与风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳经济调度探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2022-12-29
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文所提调度方法可在不同时间尺度下协调调度源荷两侧的低碳资源,通过源荷互补配合提高风电并网的消纳量、降低电力系统碳排放量,同时保证系统的经济效益,为电力系统低碳化发展提供一定参考。

第1章 绪论

1.2 课题研究现状

1.2.1 碳捕集电厂运行机制研究现状目前,火电在我国电力结构中仍占据主导地位,且仍会保持一段时间,因此研究CCS技术对其减排改造是一种现实

选择。国内外学者对碳捕集电厂的运行机制进行了大量研究,主要包括碳捕集电厂的运行原理、灵活运行特性、调度机理以及提供辅助服务等方面。文

[19]分析了碳捕集电厂的内部能量流与运行机制,并验证了其优良的调峰性能。文献[20]考虑利用碳捕集电厂出力的灵活性抑制风电出力的波动性,结果证明碳捕集电厂可有效平抑风电波动对系统的影响。文献[21]总结和展望了碳捕集电厂灵活运行方式的技术特性、实现方式与发展潜力,建立了完整的碳捕集电厂研究框架,为碳捕集电厂的研究进程做出了重要贡献。文献[22]将碳捕集电厂分流式运行方式与储液式运行方式相结合,提出了碳捕集电厂综合灵活运行方式,并对每一类运行方式的电碳特征关系与主要运行特性进行分析,为相关研究提供了参考。

同时,由于碳捕集电厂优良的调峰性能与快速调节特性,有学者指出应考虑碳捕集电厂参与辅助服务市场的潜力[21]。文献[23]通过分析碳捕集电厂的灵活运行特性,指出了可通过灵活调节碳捕集能耗提供辅助服务。文献[24]分析了碳捕集电厂参与备用市场的竞价优势,并提出可通过风险管理优化碳捕集水平的决策。文献[25]提出了一种碳捕集电厂提供备用辅助服务的决策模型,验证了优化的效果,并分析了能量市场与备用市场中标量对碳捕集策略的影响。

综上所述,与传统燃煤电厂相比,碳捕集电厂具有良好的低碳特性、调峰特性与灵活调节特性,可平抑风电等可再生能源出力的波动性。且在我国风电等可再生能源装机容量不断上升、而火电装机容量不可能骤然下调的背景下,碳捕集电厂将在支撑电网安全稳定绿色运行方面发挥关键作用。因此,研究含风电与碳捕集电厂的电力系统低碳经济调度将对电力系统的绿色低碳转型提供一定的借鉴意义,本文研究由此展开。

第3章 考虑源荷低碳特性互补的电力系统日前调度研究

3.1 考虑源荷低碳特性互补的电力系统日前调度模型

碳捕集电厂与风电协调配合是实现电力系统低碳化的重要手段,但由于碳捕集电厂能耗高易与高峰时段负荷产生矛盾,且风电存在反调峰特性导致负荷高峰时段二者存在低碳配合问题。本章针对上述低碳配合问题,首先,在源侧引入碳捕集电厂综合灵活运行方式,在荷侧考虑价格型需求响应与激励型需求响应,分别论述源荷两侧的低碳机理及其局限性,并探讨两种手段低碳特性互补的调度优势,由此给出源荷互补的电力系统低碳实现机制;其次,综合考虑系统低碳性能与经济效益,在采用固定系数法考虑系统不确定性的前提下,构建以电力系统综合成本最优为目标的低碳经济调度模型;最后,在含碳捕集电厂的改进IEEE-39节点系统中进行仿真验证,结果证明本章所提调度方法能够有效结合源荷两侧资源进行优化,提高系统风电消纳能力与运行效益的同时实现低碳排放的目标。

本章研究的电力系统日前调度模型运行框架如图3-1所示。

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由图3-1可知,由低碳排放的碳捕集电厂、零碳排放的风电场与高碳排放的常规火电厂共同提供负荷,并通过PDR及IDR改变用户行为进而调整负荷。此外,通过IDR与碳捕集电厂分担火电厂的备用压力,有助于减少火电开机数量,优化低碳效果的同时降低开停机成本。

第4章 含碳捕集电厂和风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳调度方法研究

4.1 含碳捕集电厂和风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳调度模型

风电作为发展最快的清洁能源之一,其大规模并网导致弃风问题频现的原因不仅在于其出力的随机性、波动性与反调峰的特性,还在于风电预测精准性与调度前瞻性之间的矛盾以及火电调节速率的缺乏。同时,随着风电并网规模的不断扩大,传统日前调度策略已难以满足系统灵活性和经济性要求,甚至会导致大规模弃风现象与失负荷现象的发生。碳捕集电厂在实现火电厂低碳化的同时,还使火电厂具备了更深的调节范围和更快的调节速率;同时,根据响应电网调度指令速度的不同,不同形式的需求响应资源呈现出明显的多时间尺度特性。因此,研究电力系统多时间尺度调度策略具有现实意义。

由于风电与负荷的预测精度随着时间尺度的缩短而提高,为修正长时间尺度的预调度计划与更精准预测工况下的偏差,研究多时间尺度的调度策略具有现实意义。本章考虑将调度时间尺度深入日内和实时阶段,并考虑碳捕集电厂具有更快的调节速度、需求响应资源具有多时间尺度的特性,提出了一种不同时间尺度下源荷协调配合的电力系统多时间尺度调度模型。

4.2 调度策略分析及求解流程

本章提出了一种含碳捕集电厂和风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳调度策略,源侧综合灵活运行方式碳捕集电厂在日前阶段配合时间尺度长的PDR和A类IDR以及在日内阶段配合时间尺度较短的B类IDR,其目的是优化系统的负荷及旋转备用分配计划,以弥补综合灵活运行方式碳捕集电厂在负荷高峰时段上旋转备用能力弱的局限,进而提高低碳性能及经济效益;在实时阶段配合能实时响应的C类IDR,其目的是优化失负荷情况与弃风情况,以弥补综合灵活运行方式碳捕集电厂为追求低碳性与经济性最优而导致的局限,进而优化系统成本和调度灵活性,实现低碳经济调度。

本章设计的源荷多时间尺度低碳经济调度框架如图4-1所示。

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日前调度计划提前24h制定,时间尺度为1h。在日前阶段需确定火电机组启停计划、PDR负荷响应量与A类IDR负荷调用计划,并将其作为确定量代入日内调度阶段。

日内调度计划每15min滚动一次,每次滚动优化后4h的调度计划,其目的是修正日前调度计划与日内工况的偏差。在日内阶段需确定火电机组的出力计划与B类IDR负荷调用计划,并将其作为确定量代入实时调度阶段。

结论

在我国提出“双碳”目标的背景下,电力系统低碳化转型刻不容缓。考虑到目前弃风状况仍然严峻,虽然占据主导地位的火电机组可作为调节电源促进风电消纳,但其本身即是二氧化碳的主要产生源,导致系统碳排量居高不下。针对上述问题,本文提出了一种考虑碳捕集电厂与需求响应互补配合优化的多时间尺度低碳经济调度方法,充分利用源荷可调节资源的调度优势以提高系统风电消纳水平、低碳性能与经济效益,为电力系统低碳化发展提供参考。通过算例仿真,得到如下结论:

(1)充分利用碳捕集电厂调节灵活的优势可平抑风电出力的波动性,同时,与传统碳捕集电厂相比,装设了烟气旁路与溶液存储器的综合灵活运行方式碳捕集电厂能实现碳捕集能耗的能量时移,可进一步提高运行灵活性,提升风电消纳水平,提高低碳效益。算例结果表明,相较于采用分流式碳捕集电厂的系统,含综合灵活运行方式碳捕集电厂的系统在碳排量、弃风量与总成本方面分别下降了18.1%、3.06%与4.98%,效果显著。

(2)在电源侧考虑综合灵活运行方式碳捕集电厂与风电联合调度的基础上,本文将负荷侧的价格型、激励型需求响应引入系统中,构建了考虑源荷低碳特性互补的含风电电力系统日前低碳调度模型。算例结果表明,考虑了两种需求响应的系统相较于未考虑需求响应的系统在风电消纳量方面提升了203.08(MWh),并实现了风电全额并网消纳;在碳排量方面减少了1596.6t,同比下降了45.29%,效果明显;在总成本方面下降了6.48%,证明源荷互补配合能有效减少碳排量并保证经济效益。

(3)在源荷协调日前低碳调度研究的基础上,考虑源侧碳捕集电厂更广的调节空间与更快的调节速率,同时考虑荷侧需求响应资源的多时间尺度特性,构建了考虑需求响应的含风电与碳捕集电厂电力系统日前-日内-实时三阶段低碳经济调度模型。算例结果表明,相较于在日前、日内调度阶段预留烟气分流比的采用分流式碳捕集电厂的系统,采用本文调度方法的系统在实时阶段弃风量仅为7.91MW•h,降低了80.7%,碳排量与综合成本分别降低了68.51%、7.76%,验证了本文所提调度方法不仅深度挖掘了系统低碳潜力,亦保证了系统调度灵活性与经济性。

参考文献(略)

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