能源转型下弹性电力系统的发展与展望

我国正处在能源转型的关键时期,电力系统对构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系意义重大。然而能源转型下的电力系统呈现不确定性、开放性、复杂性等特点,使得现代电力系统在极端自然灾害和人为攻击下变得更加脆弱,其运行风险急剧增大。该文以能源转型下的弹性电力系统发展展开讨论,首先从内在要求和外在驱动两方面阐述了发展弹性电力系统的必要性。而后重点介绍了弹性电力系统的概念,包括详细的定义、特点及研究方向。继而在文献调研的基础上,从电力一次系统和网络安全两个层面论述归纳了弹性电力系统研究的关键技术,并最终对我国能源转型下的弹性电力系统发展作展望。     

计及N-1安全准则的能量枢纽优化配置

多种能源系统通过集成和优化而形成的综合能源系统(IES)为解决能源与环境问题提供了新途径。能量枢纽(EH)作为多种能源系统的耦合环节,其设备组成与容量配置对IES的安全经济运行至关重要。在此背景下,提出了一种计及N-1安全准则的含电力系统、天然气系统和热能负荷的EH优化配置方法。首先,在EH架构下,对IES的能源耦合部分进行建模;然后,以年综合运行费用最小为目标函数,考虑能源耦合部分约束、电力系统运行约束、天然气系统运行约束和电力系统的N-1安全约束,建立了EH优化配置的混合整数二阶锥规划模型,并利用商业求解器YALMIP/GUROBI求解;最后,采用一个IES算例对所构建的优化模型与求解方法进行了说明。     

智能电网对能源与环境安全的支撑*

电力系统与能源和环境息息相关。随着可再生能源的发展、能源危机的加剧、环境的恶化,当前电力系统面临诸多新挑战。智能电网就是应对这些新挑战的愿景框架,应该理解为愿景电力系统,是能源防御体系和环境安全体系中的重要环节。     

特约主编寄语

新型电力系统是电力行业推进“双碳”目标的重要物质基础,也是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的关键环节。在新型电力系统构建过程中,高渗透率的可再生能源和高比例的电力电子设备的广泛接入在扰动失稳和低频/次同步振荡等方面对电网运行的安全造成了极大的不确定性。增强电力系统的安全稳定运行是传统电力系统向新型电力系统过渡阶段的重大技术挑战,也是提升高比例新能源并网消纳的关键基础。     

人工智能在电力系统及综合能源系统中的应用综述

推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳安全高效的能源体系,需要发展更加智能的新一代电力系统及综合能源系统。人工智能(AI)是当前最具颠覆性的科学技术之一,在计算智能、感知智能和认知智能方面具有强处理能力。人工智能技术在电力系统和综合能源系统中的应用,将改变能源传统利用模式,促进系统进一步智能化。文中主要从人工智能概述、电力系统及综合能源系统对人工智能的需求,以及人工智能在能源领域中的应用几个层面进行综述和分析,最后对人工智能在电力系统及综合能源系统中应用所面临的挑战进行了分析和展望。     

泛在电力物联网关键技术探讨

能源供应压力不断增大和大量多种类型分布式能源不断接入给电力系统的经济运行、安全管理和应用服务提出了前所未有的挑战。国家电网有限公司提出了打造泛在电力物联网的构想,拟通过物联网技术赋予电力系统灵活感知、实时通信、智能控制和可靠的信息安全等能力,不断提升电网运行控制和调度的智能化水平,持续深入提高各种类型能源之间的互动能力,将现有的电力系统转变为更高效、更安全、更可靠、更具弹性和可持续性的智能网络化电力能源系统。对泛在电力物联网的基本概念、主要特点、关键技术和典型应用进行说明与分析,在此基础上给出泛在电力物联网建设面临的主要挑战,为相关研究的深入开展提供有益的参考。     

特约主编寄语北大核心

在能源革命和新一轮电力体制改革浪潮下,电力系统正经历一场巨大的变革,这包括可再生能源的高比例并网、电力电子技术在源一网一荷侧逐步渗透、信息系统与电力系统深度融合,新材料技术的发展催生新技术变革,等等。安全、清洁和高效成为电力系统发展的主题。     

面向碳达峰碳中和目标的我国电力系统发展研判

为实现碳达峰碳中和目标,我国能源生产和消费需要加快转型,电力系统作为未来的能源枢纽,将起到关键作用。该文对我国电力系统"十三五"发展现状进行总结,分析"四个革命、一个合作"及新发展理念等指导思想下未来以新能源为主体的新型电力系统在满足电力供应、保障安全稳定、提高效率效益、优化网架结构等方面发展的重点,归纳了未来电力系统清洁、安全、灵活、高效的4个内涵特征,从电力需求增长、电源结构调整、电网格局优化、新技术应用等方面对"十四五"电力系统发展进行研判,提出基于碳达峰碳中和目标的能源电力发展计算模型,对中长期能源电力演化路径进行展望。     

考虑气热惯性的综合能源系统参与辅助服务策略

可再生能源在电力系统中的大量接入导致电网可靠性水平逐渐降低，辅助服务对电网安全运行的保障作用日益增加。电、气、热耦合的综合能源系统具有能源形式灵活转换的特点，可以成为电力系统优良的辅助服务资源。文章充分探索综合能源系统气热惯性参与电力系统不同时间尺度辅助服务的可能性：首先分析气热惯性对功率波动的抵御能力与延时响应特性；然后以惯量和频率辅助服务为例，提出综合能源系统参与辅助服务的响应策略与方案；接着，针对所提响应策略分别建立气热惯性模型与综合能源系统参与的惯量和频率辅助服务优化模型；最后，通过算例仿真与分析可得，考虑气热惯性的综合能源系统具有参与电力系统不同时间尺度辅助服务的能力，在提高系统运行经济性的同时，具有更好的辅助服务效果。     

基于系统灵活性的日前高比例可再生能源消纳分析

可再生能源的并网容量逐年扩大,高比例可再生能源接入系统后将对电力系统的运行稳定性带来挑战,故应研究高比例可再生能源并网后的优化调度方法。首先分析了系统的灵活性资源调用成本,其次构建了考虑灵活性资源响应的可再生能源消纳动态优化调度模型,并采用动态最优潮流算法求解,通过考虑源-网-荷-储等多种灵活性资源,研究高比例可再生能源并网后的系统调度运行情况。最后,通过IEEE 39 节点系统对提出的优化调度方法进行了验证和测算。算例结果表明通过电力系统中的灵活性资源响应,可以提高可再生能源的消纳电量,并降低系统的失负荷风险,提高电力系统的安全运行水平。     

双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施

在能源系统低碳化转型的过程中,电力系统中的可再生能源和电力电子设备比例快速增长,高比例可再生能源、高比例电力电子设备的"双高"特征为未来电力系统的频率安全带来严峻挑战。文中首先分析电力系统的双高特征为电力系统频率响应特性所带来的4点新特性:传统调频资源稀缺化、频率时空分布差异化、频率调控手段多样化和频率动态机理复杂化。然后对比了时域仿真法、模型分析法和机器学习法3类主流的频率响应分析方法,在此基础上,从逆变器控制、低频减载保护、直流功率支援、系统调度运行和调频市场设计5个方面分析了改善双高电力系统频率响应特性的技术新进展。最后针对未来双高电力系统频率安全问题进行总结和展望。     

电力系统中的储能技术应用及其商业模式

近年来,社会经济迅猛发展,综合能源发电逐步得到运用推广,储能技术作为能源互联网、智能电网和可再生能源高占比能源系统的关键支撑技术与重要组成内容,能够有效应用在批发能源服务、电力辅助服务、输电设施服务、配电设施服务以及消费侧能源管理等多个领域。合理、安全、高效地运用储能技术对于提高电力系统综合效益具有重大意义。通过储能技术的应用场景及部分可行的商业模式进行研究与阐述,旨在加强人们对于综合能源电力系统储能技术的了解,为其商业模式的快速发展奠定基础。     

以新能源为主体的新型电力系统网络安全保护技术研究

随着新能源技术的快速发展，新型电力系统已经成为推动能源转型和实现可持续发展的重要手段。然而，在新型电力系统的建设和运行过程中，网络安全问题越来越引起人们的关注。为了保障新型电力系统的安全稳定运行，本文提出了一种面向新能源的新型电力系统网络安全防护研究方案。该方案可以有效地提高新型电力系统的网络安全水平，确保其可靠、安全、高效地运行。未来，还需要继续深入研究新型电力系统的网络安全问题，不断完善和更新网络安全防护措施，为新型电力系统的可持续发展提供有力保障。     

碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望

构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系,建设新型电力系统是实现碳中和目标的关键举措。电力系统从化石能源主导转变为清洁能源主导,面临新型平衡体系、复杂安全机理、成本疏导机制等多重挑战与变革。该文从结构、形态、技术、机制4个方面分析新型电力系统的内涵与特征;分析研判新型电力系统演化路径;最后,针对新型电力系统构建提出发展建议与展望。     

考虑调频补偿效果的区域综合能源系统调频服务优化策略

辅助服务对维持含有高比例可再生能源电力系统的安全稳定运行至关重要。含有储能设备的区域综合能源系统作为优质调频资源,可以有效调节可再生能源接入电力系统后导致的不可忽略的频率偏移,帮助解决电力系统频率稳定性问题。文中建立了在市场机制下考虑调频补偿效果的区域综合能源系统运行优化模型,并采用YALMIP+CPLEX在MATLAB中进行了仿真分析,求得了不同调度模式下的总运行成本。通过采用实际运行中的宾夕法尼亚—新泽西—马里兰(PJM)调频市场模型和参数来指导区域综合能源系统中调频资源的优化配置,在电能与调频服务市场收益之间进行权衡,实现了利润的最大化。     

21世纪电力系统的先进技术

综述了21世纪在电力系统安全稳定及控制方面的先进技术的发展及应用。这些技术包括:微型电力系统/分布式电力系统、基于广域测量系统的电力系统自适应保护及控制、电力系统实时动态安全估计、调度监视系统的改进、聪明电网/智能电网、直流输电及背靠背联网、动态无功补偿/灵活交流输电、发电机励磁控制、绿色能源和电力系统分析方法。在分析北美电力教育现状的基础上,提出为适应先进技术研究和应用,中国电力专业人才的培养应加以改进的意见。     

崇礼新一代电力系统的发展路径设计及实践

河北张家口崇礼区域具有丰富的可再生能源资源和政策基础,建设崇礼新一代电力系统具有十分重大的意义和价值。沿着广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享重要方向,描述了能源转型下新一代电力系统的重要内涵与特征,构建了新一代电力系统建设发展的指标评价体系。基于能源基础数据,进一步分析出冬奥会建设期初电网现状及期末建设目标,设计出能源互联网的发展技术路径,系统性地梳理评价了17项重大建设工程对系统目标达成的贡献度。最后综合评估了以上工程建设完成后,新一代电力系统的建设成效。评估结果显示,在冬奥会开幕前,崇礼将建设成为符合未来发展方向、技术特征显著的新一代电力系统。     

“双碳”目标下宁夏构建新型电力系统的问题与建议

宁夏作为国内首个新能源综合示范区,新能源装机占比2022年底将达到50%,超越煤电成为第一大电源,随之面临新型电力系统建设带来的问题和挑战。围绕能源资源禀赋、电网网架、电力外送、新能源消纳和转型政策5个方面总结宁夏构建新型电力系统的基础与优势,并结合宁夏发展实际,从产业结构、电力供应保障、新能源并网消纳、安全稳定运行4个方面分析新型电力系统构建过程中存在的问题;最后,围绕上述问题提出了加快能源产业结构转型升级,保障电力安全可靠供应,提升新能源并网消纳能力,提高新型电力系统安全防护能力等相关建议,对推动宁夏能源转型发展和新型电力系统建设具有一定的指导意义。     

特约主编寄语

正大力发展风电、太阳能等可再生能源,实现可再生能源逐步替代传统能源,是中国乃至全球实现能源与经济可持续发展的重大需求,也是未来电力系统的重要特征。在高比例可再生能源接入的电力系统中,由于风电和太阳能等可再生能源的时空分布特性和不确定性,将导致电力系统运行方式发生巨大改变,电力系统规划和运行机制亟待重新探讨。因此,我们需要高瞻远瞩,未雨绸缪,通过理论和实践的创新,解决当前甚至未来相当长时间内电力系统所面临的问题。     

新型电力系统的六要素分析

面向碳中和目标,能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型及数字化智能化技术创新已成为全球发展趋势及我国能源科技创新的关键抓手。该文从国家宏观战略层面探讨了能源革命对建设新型电力系统的要求,阐述了新型电力系统的变革历程,从化石能源为主导的传统电力系统,到高比例新能源和高比例电力电子为主要特征的“双高”电力系统,再到新能源为主体的新型电力系统,分析了演化过程中不同阶段电力系统的关键要素。在此基础上,总结凝练了新型电力系统的六大关键要素“源网荷储碳数”,阐述了六要素之间的耦合关系。最后,聚焦“碳”与“数”2个新兴的关键要素,分别从低碳化与数字化2个视角对建设新型电力系统的关键技术进行了探析与展望。