能源互补

光伏发电具有间歇性、波动性和预测难的特性，因此需要与其他能源进行互补。常用的方法是利用水电机组的快速响应和储能电池灵活高效的补偿来构建水光储微电网系统。然而，这一系统具有强烈的非线性特性，其稳定性的一个关键问题是频率控制。针对这一问题，设计了基于多目标H2理论的混合H2/H∞鲁棒控制器，主要目标是在暂态下抑制频率振荡。在控制器中嵌入海鸥算法，对海鸥算法进行混沌初始化和参数改进得到一种改进海鸥算法(improved seagull optimization algorithm, ISOA)。利用ISOA对H2/H∞鲁棒控制的加权矩阵系数和范数权重进行参数优化，最终获得最优混合ISOA-H2/H∞鲁棒控制器。仿真结果表明，所设计的ISOA-H2/H∞鲁棒控制器在功率扰动和系统参数摄动下能保证水光储系统的频率稳定，并具有满意的动态特性。

在能源互补和低碳经济的背景下，虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。在技术层面，通过碳捕集电厂(carbon capture power plant，CCPP)和电转气(power-to-gas，P2G)装置来实现CO2的循环利用，建立碳捕集电厂-电转气耦合模型，并在负荷侧引入考虑用户满意度的价格型需求响应模型；在低碳政策方面，将阶梯型碳交易机制引入VPP，对碳排放进行约束。然后以总成本最小为目标，建立VPP低碳经济调度模型。通过设置不同调度场景进行对比，验证所建模型在VPP低碳经济运行方面的有效性，并通过敏感性分析探究阶梯碳交易参数对VPP碳排放量与成本的影响，结果表明所建模型对VPP进行低碳经济调度具有指导意义。

可再生能源是构建新型电力系统的支柱，如何应对其波动性，避免其对能源安全带来的潜在挑战是必须考虑的问题。我们认为，天然气与可再生能源互补的能源结构，是针对中国实现双碳目标的最有效、最可持续的方案。具备良好调节性能的天然气发电和抽水蓄能，仍将是电力系统不可或缺的组成部分。

本成果属于电力系统工程应用领域，主要针对贵州风力、光伏等新能源快速增长的情况，研究高原山区地理气候条件下的发电特性，充分利用小水电资源，在新能源接入电网规划、发电功率预测、节能发电调度、有功/无功分级调节、安全稳定控制等多阶段全过程优化决策，省调与地调、厂站多级联合运行控制，通过多种能源互补利用实现新能源全额消纳。 项目成果成功应用于贵州省调、六盘水/毕节地调和多个厂站，采集1300余座小水电、风电和光伏发电信息并实现功率预测，风电场/小水电群功率预测精度分别在95.58%、90.93%以上，“虚拟小水电群”增加系统287MW的调节能力，无功协调控制示范点的电压合格率从不足80%提高到95%以上。项目实施两年中贵州省新能源发电56.2/70.1亿千瓦时，均实现了全额消纳，环保效益和社会效益显著，具有广阔的推广应用前景。

充分发挥不同发电能源和储能设备之间的协同互补潜力，可以缓解高比例可再生能源电力系统中可再生能源出力的波动性给系统电力电量平衡带来的巨大压力。为此，提出了一种考虑多能互补的电力电量平衡优化调度策略。该方法可实现不同时间尺度下的多能互补，提高系统整体运行性能。首先，考虑新能源出力季节性和短期波动特征，兼顾中长期电量平衡和短时电力平衡，建立系统多时间尺度双层优化调度模型；其次，通过对混合储能系统充放电策略的优化，实现多种储能的互补协调，提高系统运行经济性；最后，利用修改的IEEE-RTS 1979标准算例系统验证所提方法的有效性，验证了不同时间尺度的能源互补和不同储能设备的协调配合，在保证系统平衡的同时，提升系统的经济效益。

成果主要应用于光伏、储能、风电、氢能、电动车、负荷、电网等多种能源互补给就地供电，主要服务场景包括绿色建筑光储直柔供电、智慧台区光储消纳、野外风光储供电、油田风光储供电与节能、分布式能源直流耦合并网供电。电能路由器应用于零碳建筑光储直柔供电时，将屋顶、幕墙上的光伏发电控制、电池储能功率调节、直流配电保护、柔性负荷控制、微网运行控制功能集合于一体化的电能路由器机柜，实现建筑局部零碳 EPS 应急供电，并参与楼宇综合能源管理。