配电网光伏消纳能力定界模拟与消纳方案综合择优

在分布光伏接入配电网的比例逐年递增的背景下,评估与优化配电网的光伏消纳能力具有重要意义。针对配电网高渗透率光伏的接入节点数量、接入位置和接入容量的三重不确定性规划难题,提出了基于随机场景模拟与定界划分评估的配电网光伏消纳能力评估方法。首先以电压质量、变压器与线路传输容量为约束边界,对随机模拟场景的近似最大光伏消纳能力进行评估;然后分析了随机模拟场景分布性质,提出基于镜像埃尔朗抽样和场景分布性质的模拟效率的优化方法;最后通过多目标满意度距离从光伏消纳方案中比选出消纳容量、年运行电压安全裕度、配电网年均投资效益的综合最大的方案,保证配电网光伏的最大、安全和经济消纳。通过IEEE33节点系统的仿真分析,验证了所述方法的有效性及可行性。     

考虑高比例可再生能源的交直流输电网规划挑战与展望

未来高比例可再生能源的时空分布特性将给电力系统规划带来前所未有的挑战,电力系统基本形态与运行特性将发生根本性变化。文中在调研国内外研究现状的基础上,阐述了高比例可再生能源并网的输电网规划面临的科学问题,分别从网源协同规划、输电网柔性规划、与配电网协同的输电网规划、输电规划方案综合评价与决策方法四个方面,提出了考虑高比例可再生能源并网的输电网规划的研究思路与框架。最后,对未来高比例可再生能源并网的输电网规划进行了展望与总结。     

高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统

以风光为主的高比例可再生能源通过不同电压等级接入电网,输电网与配电网之间的互济需求增强,促使输电网规划考虑与配电网协同,然而协同规划却面临着缺乏测试系统的难题.因此,构建了一个高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统HRPTD-20,描述了系统的源网荷基本特性并给出了相关数据.系统包含2个区域、3个电压等级,以及3种传统和3种未来典型配电网结构场景,可再生能源装机容量占比接近55％.基于考虑输配协同的输电网规划模型求解,给出了测试系统的基准规划方案.对比分析验证了该测试系统可以用于输配电网协同规划,有助于提高可再生能源通过不同电压等级接入输配电网的消纳能力.     

基于目标机会约束规划的储能容量优化配置模型

针对高比例可再生能源的不确定性给主动配电网的电力平衡与灵活性运行带来的影响,提出了一种基于目标机会约束规划的储能容量配置方法。首先分析了含高比例可再生能源的主动配电网中典型"鸭型净负荷曲线"场景下的电力需求与灵活性需求问题,由此引入目标机会约束规划方法,建立了考虑电力需求裕度、灵活性需求裕度的目标机会约束规划模型以配置储能资源。最后,通过算例验证所提模型的有效性,仿真结果表明,所提储能容量优化配置模型及其协同运行方案能有效解决高比例可再生能源接入下典型"鸭型净负荷曲线"场景中的电力需求以及灵活性需求不足问题。     

高渗透率可再生能源配电网测试系统建模与有效性分析

提出了高渗透率可再生能源配电网测试系统的评估指标,基于中国某光伏扶贫县配电网的实际数据,建立了含高渗透率可再生能源的配电系统。该系统含居民、商业、工业等负荷,同时接入了小水电、光伏发电等可再生能源,能体现可再生能源渗透率较高而带来的馈线末端高/低电压等问题。根据实测的负荷与可再生能源全年时序特性进行潮流仿真与N-1安全校验,并结合指标评估验证系统有效性。     

高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架

大力发展可再生能源是应对能源危机和环境问题的重要手段,高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征。文中从高比例可再生能源接入带来的强不确定性和高度电力电子化带来的稳定机理变化两个方面,分析了高比例可再生能源电力系统面临的关键科学问题。在此基础上,从中国未来电力系统结构形态分析与电力预测、含高比例可再生能源的输电系统规划、含高渗透率可再生能源的配电系统规划、电力电子化电力系统稳定性分析、含高比例可再生能源交直流混联系统的优化运行等5个方面,提出了高比例可再生能源电力系统的研究框架,重点阐述了这5个方面的相互关系。最后,对未来高比例可再生能源电力系统的研究进行了总结和展望。     

含高渗透可再生能源的配电网灵活性供需协同规划

高渗透率可再生能源并网加剧了配电网运行的波动性和不确定性。为提高配电网灵活性和抗干扰能力,提出了含高渗透率可再生能源的配电网灵活性供需协同规划方法。根据系统运行灵活性供需关系,定义灵活性评价指标。进而提出配电网灵活性供需协同规划策略,建立考虑季节特性的配电网灵活性资源双层优化配置模型。上层以投资成本和灵活性不足率最小为目标,制定灵活性资源配置方案。下层考虑需求侧对季节性电价激励的响应程度进行有功-无功联合优化,实现对配电网日内多场景时序运行的最优调度。为求解该双层混合整数非线性规划模型,采用二阶锥松弛对潮流方程进行凸优化,进而利用KKT条件将双层模型转化为单层混合整数二阶锥规划模型进行求解。算例仿真结果表明,该方法有效提升了配电网运行灵活性和稳定性,为分布式可再生能源规模化并网等相关工程提供决策参考。     

含高渗透率可再生能源的配电网广义储能优化配置

广义储能系统包括固定储能系统和具有存储热能、势能和电能等的可控负载。针对含有高渗透率可再生能源的配电网的广义储能优化配置问题,提出了广义储能配置的二层优化模型。根据所提方法,外层采用遗传算法搜索广义储能配置方案,内层根据动态规划算法得到广义储能的最优运行策略,通过内外层交替优化对含有不同渗透率可再生能源以及可控负荷的配电网进行广义储能容量优化配置,并在IEEE 33节点配电网中对提出的方法进行验证。仿真计算结果表明,在高渗透率可再生能源条件下,所提方法能通过可控负载有效增加配电网系统的调控资源,显著减小固定储能配置容量,降低系统的运行成本。     

面向高比例可再生能源的输电网规划方法研究进展与展望

为应对高比例可再生能源接入带来的消纳问题,提出了以多场景技术、鲁棒优化技术和协同规划技术为核心的输电网规划理论,涵盖不同适用条件或需求场景下的4种不同规划方法,即基于多场景的输电网随机规划方法、基于概率驱动的输电网鲁棒规划方法、考虑多源互补的网-源协同规划方法以及与配电网相协同的输电网规划方法,能够从输电网规划的角度在安全稳定前提下提高可再生能源消纳能力.在此基础上,对未来输电网规划方法进行了展望,提出了满足更高安全稳定需求、协同更广泛的源-网-荷-储柔性互动、推动大数据应用和挖掘电力市场机制激励空间的可能研究方向,并探讨了研究难点和解决方式.     

含高比例可再生能源的电网规划决策支持软件设计与实现

传统的电网校核计算软件以4种典型确定性场景进行校核计算,在高比例可再生能源并网背景下暴露出无法有效处理随机性的缺点。为此,设计开发了基于C/S架构的含高比例可再生能源的电网规划决策支持软件,包括BPA数据转换模块、随机因素建模模块、配电网等值模块、场景生成与削减模块、概率潮流计算模块、时序潮流计算模块、规划方案评估模块等7个功能模块。算例测试结果表明,所设计软件具有良好的操作性、可扩展性、可维护性以及人机交互功能,可为电网规划工作提供有效的决策支持工具。     

兼顾技术性和经济性的储能辅助调峰组合方案优化

高比例可再生能源发电并网给电力系统调峰带来了较大压力,应用储能辅助调峰是解决系统调峰问题的有效途径,但现阶段储能的高成本限制了其规模化应用。为充分发挥有限储能的调峰作用,降低储能调峰的容量需求,文中提出一种储能与正常调峰、深度调峰、投油调峰和启停调峰等常规手段优化组合调峰的实用方法。分别建立基于年调峰不足概率的技术性指标和基于年调峰费用的经济性指标的计算模型,构建组合调峰方案的技术性指标曲面和经济性指标曲面,将两个曲面交线处的组合调峰方案作为不同可再生能源渗透水平下电力系统的组合调峰优化方案。最后,以含风电、光伏发电的区域型系统和规划的全国系统为例,制定和分析了不同可再生能源渗透率下系统的组合调峰优化方案。     

基于统计学特征的新能源消纳平衡模型及灵敏度分析

在碳达峰、碳中和背景下,新能源将快速发展,掌握消纳机理、量化消纳措施以及科学制定消纳目标,关系到新能源的健康发展和高效利用。研究含高占比新能源电力系统的平衡机理,从新能源统计学规律中提炼出消纳曲线,进而推导出新能源利用率和新能源发电占比的解析式;分析新能源利用率、新能源发电占比对电网备用率、负荷率、常规电源调峰率、新能源资源系数、新能源穿透率的灵敏度,揭示消纳措施对消纳目标的作用机理和规律;基于统计学规律建立新能源消纳的测算模型和回算模型。基于西北电网实际运行数据进行量化分析,结果表明,所提模型和方法可以揭示新能源消纳的规律,为新能源装机规划、消纳措施量化、消纳效果评价提供理论依据和工程指导。     

高比例可再生能源电力系统的输配协同优化调度方法

随着可再生能源的高比例接入和主动配电网技术的发展,传统的输配割裂的调度模式容易导致输电网与主动配电网间发、用电计划制定协调性不足,难以充分消纳集中式与分布式的可再生能源。为解决上述问题,提出一种针对高比例可再生能源电力系统的输配电网分层分布式多源协调优化调度体系,充分尊重并利用各利益主体的自主运行特性,实现分散自治、协同优化。输电网层面,利用改进区间法处理可再生能源不确定性,构造能量和备用协调优化模型。配电网层面,设置局部调度层,利用场景法对含储能系统的分布式可再生能源进行联合出力优化,将配电网层子问题构建为动态经济调度模型。在此基础上,利用目标级联法进行输配调度迭代求解,各层间仅需交换部分边界功率信息进行协调,最终获得输配协调的最优调度策略。算例结果表明调度计划的制定兼顾了输、配电网发电资源,有助于提高电网运行经济性和可再生能源消纳能力。     

Strategic approach for reinforcement of intermittent renewable energy sources and capacitor bank for sustainable electric power distribution system

To meet ever increasing load demand in a sustainable way, reinforcement of photovoltaic (PV) array, wind turbine (WT) and capacitor bank in distribution network is proposed in this paper. A comprehensive planning model is presented to determine location and required installation capacity of multiple PV array, WT and capacitor units in an electric power distribution network under heavy load growth situation. Intermittent power generation of renewable energy sources (RESs) are quantified with suitable probability distribution functions and incorporated in the planning model. The planning approach considers several welfare areas in the distribution systems, viz., increment of profit margin, reduction of carbon-di-oxide emission, minimization of distribution power losses, enhancement of voltage stability level and improvement of the network security considering power flow, voltage limit, line capacity, RES penetration, capacitor penetration and utility economy constraint. Non-dominated sorting based multi-objective particle swarm optimization algorithm along with fuzzy decision making criteria is used to find the best allocation alternative for mix RES and capacitor planning problem. The effectiveness of the proposed model has been tested on a typical 28-bus Indian rural distribution network. The results show that more efficient techno-eco-environmental optimization can be obtained from combined RES and capacitor planning model.     

敏感负荷对含新能源配网规划的影响

由于新能源出力不稳,未来高比例新能源接入会使配电网电能质量下降,从而降低敏感负荷的运行效率,严重时导致设备运行异常甚至故障。在此背景下,电压下降至敏感负荷电压耐受曲线的不确定区域内时,可能会发生负荷损失的情况,需在配电网规划加以重视,以提高电网的安全性和经济性。文中以变频调速电机为例进行建模,分析其电压敏感性,并估算了变频调速器在电压耐受曲线不确定区域内的故障概率。然后将电压敏感型负荷的损失量纳入配电网风险规划模型中,对现有风险规划进行改进,算例结果验证了所提方法的可行性和有效性,为未来配电网规划提供了参考。     

考虑电动汽车虚拟电厂灵活性和高比例光伏接入的配电网规划

以包含高比例光伏和规模化电动汽车(electric vehicle,EV)的配电网规划为研究对象,首先对电动汽车虚拟电厂进行灵活性量化,然后建立了综合考虑电动汽车虚拟电厂灵活性与高比例光伏接入的配电网规划模型。模型以配电网线路年综合投资成本最小为目标,同时兼顾新能源消纳、储能系统投资成本和电动汽车虚拟电厂灵活性补偿成本,以期在提升配电网规划经济性的同时实现电力系统“削峰填谷”,并提高光伏出力消纳率。最后以IEEE RTS-24节点配电网系统为例进行仿真验证,算例表明,所提规划模型利用储能系统和电动汽车灵活性降低了系统的规划运行成本,并提高了配电网内部光伏电站的消纳率,能够对未来包含高比例可再生能源和虚拟电厂灵活性资源的电力系统规划提供借鉴和参考。     

考虑电动汽车虚拟电厂灵活性和高比例光伏接入的配电网规划

以包含高比例光伏和规模化电动汽车(electric vehicle,EV)的配电网规划为研究对象,首先对电动汽车虚拟电厂进行灵活性量化,然后建立了综合考虑电动汽车虚拟电厂灵活性与高比例光伏接入的配电网规划模型。模型以配电网线路年综合投资成本最小为目标,同时兼顾新能源消纳、储能系统投资成本和电动汽车虚拟电厂灵活性补偿成本,以期在提升配电网规划经济性的同时实现电力系统“削峰填谷”,并提高光伏出力消纳率。最后以IEEE RTS-24节点配电网系统为例进行仿真验证,算例表明,所提规划模型利用储能系统和电动汽车灵活性降低了系统的规划运行成本,并提高了配电网内部光伏电站的消纳率,能够对未来包含高比例可再生能源和虚拟电厂灵活性资源的电力系统规划提供借鉴和参考。     

高比例新能源渗透下天然气发电装机容量分配研究

为研究高比例新能源渗透下天然气发电装机容量分配,在掌握不同型式天然气发电机组调峰能力和经济性的基础上,以燃气蒸汽联合循环集中式发电、热电联供2种类型机组的年利用时间和装机容量分配为规划变量,以各规划期高比例可再生能源电力系统中的发电量结构为边界条件,以可再生能源发电量消纳空间和天然气发电成本等为约束,建立天然气发电装机规模分配模型。结果表明:在设定的约束条件下,因高比例可再生能源消纳需求,热电联供机组装机容量有所增加,但占天然气发电装机比例逐渐下降,由2020年的43.4%下降至2035年的21.8%;集中式发电机组装机容量则相应由62.2 GW增长至290.0 GW;天然气发电机组对可再生能源发电量的消纳空间在规划期末年与期望值达到平衡;集中式发电项目的成本为659.4~670.0元/MWh,热电联供项目则为574.3~594.4元/MWh;发电用天然气消费量占比由2020年的18.21%增长至2035年的30.60%。