美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在三元抽水蓄能建模與仿真方面取得進(jìn)展
文章信息
技術(shù)領(lǐng)域：三元抽水蓄能（T-PSH）建模與仿真
開發(fā)單位：美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，Jin Tan，[email protected].
文章名稱：Zerui Dong, Jin Tan, et al. Modelling and simulation of ternary pumped storage hydropower for power system studies. IET Generation, Transmission & Distribution, 2020.
技術(shù)突破：開發(fā)三元抽水蓄能新模型，對(duì)水力短路（HSC）進(jìn)行了建模，能夠捕捉不同工況之間轉(zhuǎn)換時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)果表明，與常規(guī)抽水蓄能相比，部署T-PSH可以提高電網(wǎng)的頻率響應(yīng)性能，尤其是當(dāng)電網(wǎng)含有可再生能源時(shí)。
應(yīng)用價(jià)值：可用于帶有三元抽水蓄能的實(shí)際電力系統(tǒng)的研究。
常規(guī)的抽水蓄能發(fā)電機(jī)組（C-PSH）在抽水模式下無(wú)法進(jìn)行頻率控制，在切換運(yùn)行模式時(shí)需要數(shù)分鐘的時(shí)間。而三元抽水蓄能（T-PSH）在發(fā)電和抽水模式下均有頻率調(diào)節(jié)功能，同時(shí)其固有的慣頻響應(yīng)對(duì)電能質(zhì)量幾乎沒(méi)有負(fù)面影響，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)允許水力短路，從而實(shí)現(xiàn)快速的模式切換。隨著新規(guī)劃和建設(shè)的T-PSH越來(lái)越多，迫切需要開發(fā)相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，以在規(guī)劃研究中準(zhǔn)確仿真T-PSH，以及研究T-PSH通過(guò)輔助服務(wù)和基本可靠性服務(wù)，如快速頻率響應(yīng)（FFR）和電壓支持等對(duì)提高電力系統(tǒng)可靠性的影響。
圖1 三種類型抽水蓄能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比
來(lái)自美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室的科研人員，給出了一個(gè)T-PSH動(dòng)力學(xué)模型的開發(fā)過(guò)程，該模型包括一個(gè)新的調(diào)節(jié)器-水輪機(jī)模型，并對(duì)閘門和共用壓力管詳細(xì)建模。該模型的一個(gè)亮點(diǎn)是，對(duì)水力短路模式進(jìn)行建模，可以捕捉運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性。對(duì)閘閥的模擬研究表明，在系統(tǒng)擾動(dòng)或工作模式切換時(shí)，不同的閥速會(huì)影響T-PSH響應(yīng)。對(duì)T-PSH共壓管的模擬研究表明：在水力短路模式下，不同的共壓管建模對(duì)調(diào)頻模擬影響不大；然而，在模式切換時(shí)，共壓管參數(shù)需要仔細(xì)建模以獲取一個(gè)更實(shí)際的響應(yīng)。與常規(guī)抽水蓄能之間的對(duì)比表明，通過(guò)部署T-PSH可以提高電網(wǎng)的頻率響應(yīng)性能，尤其是當(dāng)電網(wǎng)含有可再生能源時(shí)。利用工程師程序控制語(yǔ)言（EPCL）自定義模型，新開發(fā)的T-PSH模型在正序負(fù)載流（PSLF）平臺(tái)上成功運(yùn)行。(編譯：徐德厚，周學(xué)志 INESA)
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開發(fā)單位：上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，Tao Ma，[email protected].
文章名稱：Shaoquan Lin, Tao Ma, Muhammad Shahzad Javed. Prefeasibility study of a distributed photovoltaic system with pumped hydro storage for residential buildings. Energy Conversion and Management, 2020.
技術(shù)突破：驗(yàn)證大城市住宅建筑利用并網(wǎng)光伏（PV）和抽水蓄能（PHS）系統(tǒng)的可行性，建立光伏組件和PHS系統(tǒng)的仿真模型，研究系統(tǒng)基于并網(wǎng)狀態(tài)的控制策略，結(jié)果表明對(duì)于別墅和住宅樓的居民，回收期分別為9.01年和7.06年。
應(yīng)用價(jià)值：結(jié)合PSH的分布式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)用于住宅是可行的，能夠承擔(dān)調(diào)峰功能。
由于人口的涌入，分布式可再生能源系統(tǒng)對(duì)于滿足城市日益增長(zhǎng)的電力需求至關(guān)重要。目前，上海等大城市的住宅建筑具有天然的勢(shì)能高差，這一優(yōu)勢(shì)目前還沒(méi)有得到充分的利用。為了更好地發(fā)展可再生能源，來(lái)自上海交通大學(xué)的科研人員，提出了一種住宅建筑并網(wǎng)光伏抽水蓄能系統(tǒng)，并闡述了該系統(tǒng)的工作原理。以上海市的分時(shí)電價(jià)為例，研究了該系統(tǒng)在別墅和住宅樓上應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，并利用自消費(fèi)率、自給率等技術(shù)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)在不同情景下的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
結(jié)果表明，住宅樓抽水蓄能系統(tǒng)吸收光伏系統(tǒng)的剩余電量(4.83kWh/d)大于別墅，同時(shí)也能釋放出更多的電量(3.69kWh/d)以滿足負(fù)荷需求。對(duì)于別墅和住宅樓的居民，初始總投資分別為35417元和36423元，回收期分別為9.01年和7.06年。對(duì)住宅樓進(jìn)行敏感性分析，發(fā)現(xiàn)光伏容量和負(fù)荷需求是影響電網(wǎng)交易成本和收益的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。光伏容量增加25%可以產(chǎn)生比基準(zhǔn)工況高123.3%的凈收入值，而負(fù)荷需求增加25%會(huì)導(dǎo)致凈收入下降102.7%。與光伏容量和負(fù)荷需求相比，建筑高度和上水庫(kù)體積的變化對(duì)凈收益的影響較小。(編譯：徐德厚，周學(xué)志 INESA)
圖2 某住宅樓8月23日的能量流和儲(chǔ)能狀態(tài)
