美国国家可再生能源实验室在三元抽水蓄能建模与仿真方面取得进展

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技术领域：三元抽水蓄能（T-PSH）建模与仿真

开发单位：美国国家可再生能源实验室，Jin Tan，Jin.Tan@nrel.gov.

文章名称：Zerui Dong, Jin Tan, et al. Modelling and simulation of ternary pumped storage hydropower for power system studies. IET Generation, Transmission & Distribution, 2020.

技术突破：开发三元抽水蓄能新模型，对水力短路（HSC）进行了建模，能够捕捉不同工况之间转换时的动力学特性，结果表明，与常规抽水蓄能相比，部署T-PSH可以提高电网的频率响应性能，尤其是当电网含有可再生能源时。

应用价值：可用于带有三元抽水蓄能的实际电力系统的研究。

常规的抽水蓄能发电机组（C-PSH）在抽水模式下无法进行频率控制，在切换运行模式时需要数分钟的时间。而三元抽水蓄能（T-PSH）在发电和抽水模式下均有频率调节功能，同时其固有的惯频响应对电能质量几乎没有负面影响，独特的结构允许水力短路，从而实现快速的模式切换。随着新规划和建设的T-PSH越来越多，迫切需要开发相应的动力学模型，以在规划研究中准确仿真T-PSH，以及研究T-PSH通过辅助服务和基本可靠性服务，如快速频率响应（FFR）和电压支持等对提高电力系统可靠性的影响。

图1 三种类型抽水蓄能系统结构对比

来自美国可再生能源实验室的科研人员，给出了一个T-PSH动力学模型的开发过程，该模型包括一个新的调节器-水轮机模型，并对闸门和共用压力管详细建模。该模型的一个亮点是，对水力短路模式进行建模，可以捕捉运行模式之间转换时的动力学特性。对闸阀的模拟研究表明，在系统扰动或工作模式切换时，不同的阀速会影响T-PSH响应。对T-PSH共压管的模拟研究表明：在水力短路模式下，不同的共压管建模对调频模拟影响不大；然而，在模式切换时，共压管参数需要仔细建模以获取一个更实际的响应。与常规抽水蓄能之间的对比表明，通过部署T-PSH可以提高电网的频率响应性能，尤其是当电网含有可再生能源时。利用工程师程序控制语言（EPCL）自定义模型，新开发的T-PSH模型在正序负载流（PSLF）平台上成功运行。(编译：徐德厚，周学志 INESA)

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上海交通大学对住宅分布式光伏抽水蓄能系统开展可行性研究

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技术领域：住宅分布式光伏抽水蓄能

开发单位：上海交通大学机械与动力工程学院，Tao Ma，tao.ma@connect.polyu.hk.

文章名称：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.

技术突破：验证大城市住宅建筑利用并网光伏（PV）和抽水蓄能（PHS）系统的可行性，建立光伏组件和PHS系统的仿真模型，研究系统基于并网状态的控制策略，结果表明对于别墅和住宅楼的居民，回收期分别为9.01年和7.06年。

应用价值：结合PSH的分布式并网光伏系统用于住宅是可行的，能够承担调峰功能。

由于人口的涌入，分布式可再生能源系统对于满足城市日益增长的电力需求至关重要。目前，上海等大城市的住宅建筑具有天然的势能高差，这一优势目前还没有得到充分的利用。为了更好地发展可再生能源，来自上海交通大学的科研人员，提出了一种住宅建筑并网光伏抽水蓄能系统，并阐述了该系统的工作原理。以上海市的分时电价为例，研究了该系统在别墅和住宅楼上应用的技术经济可行性，并利用自消费率、自给率等技术指标对系统在不同情景下的性能进行评价。

结果表明，住宅楼抽水蓄能系统吸收光伏系统的剩余电量(4.83kWh/d)大于别墅，同时也能释放出更多的电量(3.69kWh/d)以满足负荷需求。对于别墅和住宅楼的居民，初始总投资分别为35417元和36423元，回收期分别为9.01年和7.06年。对住宅楼进行敏感性分析，发现光伏容量和负荷需求是影响电网交易成本和收益的两个关键参数。光伏容量增加25%可以产生比基准工况高123.3%的净收入值，而负荷需求增加25%会导致净收入下降102.7%。与光伏容量和负荷需求相比，建筑高度和上水库体积的变化对净收益的影响较小。(编译：徐德厚，周学志 INESA)

图2 某住宅楼8月23日的能量流和储能状态