高比例可再生能源电力系统分析与调控

近年来,为了应对传统化石能源短缺与生态环境恶化,我国可再生能源快速发展,风电与光伏装机容量已居世界第一,将逐步替代火电成为电力系统主力电源。清洁能源的间歇性、不可控性增加了电网运行、控制的难度,大规模交直流混联电网建设在提升长距离送电能力的同时,使得输电网络的机电、电磁暂态特性更加复杂。在此背景下,高比例新能源接入电力系统的协调规划、仿真分析、优化运行、控制保护等众多技术问题亟需解决。     

高比例可再生能源电力系统的协同优化运行技术展望

近年来,随着风力发电和太阳能发电的大规模快速发展,以及交流、直流输电线路的不断建设,中国电力系统呈现高比例可再生能源和交直流混联电网两大重要特征和趋势。在分析国内外研究现状及存在问题的基础上,文中从源—荷双重不确定性的交直流混联系统态势感知、考虑宽频带稳定约束的大规模可再生能源集群并网协调控制、高渗透率可再生能源配电系统源—网—荷交互的灵活重构与协同运行、高比例可再生能源并网的交直流混联系统多尺度运行优化与决策等四个方面,提出了含高比例可再生能源电力系统协同优化运行方面亟待研究的关键技术内容,构思了研究方案,并对其难点问题与挑战进行了展望。     

高比例可再生能源接入条件下的输电骨干网架结构探索

近年来,我国可再生能源发电得到了飞速的发展,每年新增的电力装机中,新增可再生能源电力装机已经超过50%以上。同时,可再生能源电力的上网电价持续下降,已经初步实现了平价上网。在不远的将来,可再生能源电力的上网电价将会继续下降,可再生能源成为主导能源的时代即将到来。由于可再生能源具有时变性、不可调度、地理上不可平移的特点,加之广域范围内的可再生能源具有较强的时空互补性,采用合理的输电网结构是实现高比例可再生能源接入的重要手段之一。本文针对我国可再生能源资源和负荷分布特点,提出了一种新的输电骨干网架结构,可以充分利用可再生能源的时空互补性,以降低对储能和旋转备用的需求。     

基于联合加权熵的高比例可再生能源电网适应性扩展规划

为满足可再生能源大规模并网的发展趋势,提升系统对可再生能源的接纳能力,亟需规划建设具有高适应性的电网结构。基于联合加权熵理论,文章从适应可再生能源安全并网角度出发,提出一套面向电网规划的适应性指标体系。该指标体系同时考虑不确定运行环境下,电网潮流分布的安全性及稳定性,节点、支路的均衡性及合理性,通过分析电网实际状态及电气结构以评估可再生能源并网不确定环境下电力系统的安全性。然后,基于适应性指标建立输电网多目标规划模型,并采用带层次分析约束锥的数据包络分析法对Pareto非劣解集进行综合决策。最后,以Garver-18节点系统进行算例仿真,验证文章提出的指标体系及规划模型的合理性、有效性。     

高比例可再生能源新型农村电网的技术挑战与展望

双碳目标和能源转型推进分布式可再生能源大规模接入农村电网,催生出具备高占比新能源和双向潮流典型特征的新型农村电网。在新型农村电网中,双向潮流、逆向送电、电压随机波动、逆变器谐波、保护配置以及安全用电等技术挑战愈加突出。通过分析我国农村电网的发展现状,剖析双碳目标下农村电网面临的技术挑战,对新型农村电网建设的关键举措和亟待研究的课题进行展望,为新型农村电网的规划和建设提供理论支撑。     

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革.文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段的特征.结合这一领域的研究成果,全面解析了高比例可再生能源电力系统发展过程中将出现的挑战,分析了电力系...     

面向高比例可再生能源并网的输电网规划方案综合评价

高比例可再生能源并网是未来电力系统的发展趋势,输电网规划方案综合评价应该契合高比例可再生能源并网的新特点。首先介绍了输电网规划方案综合评价的基本要素和评价流程,并从评价指标体系和综合评价方法两个角度对现有的电网规划评价相关研究进行了综述。然后从可再生能源的强不确定性、可再生能源消纳压力、高度电力电子化与交直流混联等三个方面分析了高比例可再生能源并网对输电网规划评价与决策的影响。在此基础上,从评价对象、评价指标、评价方法以及评价结果的应用等四个维度对未来面向高比例可再生能源并网的输电网规划方案综合评价研究进行了展望。     

高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测展望

在清洁化、低碳化和智能化的能源革命背景下,高比例可再生能源成为电力系统未来发展的一个突出特征,也导致了电力系统结构形态的巨变。文中对高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测方法进行了阐述。首先分析了电力系统结构形态的内涵及其要素,建立了其形态演化的驱动力综合模型,然后结合高比例可再生能源发展趋势,分析其对电力系统形态结构的影响,建立高比例可再生能源驱动的电力系统形态演化模型。围绕高比例可再生能源电力系统结构形态演化机理和复杂多重不确定性运行场景下的电力预测理论两个科学问题,分四个方面对其研究体系进行了详细阐述。     

含高比例可再生能源的交直流混联电网规划技术研究综述

为了解决含高比例可再生能源的交直流混联电网供电问题,提出了电网规划的研究框架。首先总结了含高比例可再生能源的交直流混联电网的结构形态特性,围绕多重不确定性和电力电子化两个关键驱动因素,指出了系统规划在场景提取、规划建模、优化策略和运行模拟等方面面临的新挑战。从五个方面评述了国内外研究成果,包括源网荷储协同规划建模、不确定性场景构建、复杂交直流网架优化、换流设备配置优化以及潮流分析。最后,结合交直流混联电网在能源市场交易中的优势,展望了电网规划研究中的关键研究点。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

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。     

高比例可再生能源渗透下多虚拟电厂多时间尺度协调优化调度

考虑可再生能源出力、电力负荷和电价等一系列不确定性因素,提出了高比例可再生能源渗透下的多虚拟电厂日内两阶段优化调度模型。该模型通过对多虚拟电厂中运行设备小时级时间尺度和分钟级时间尺度的协调优化,达到分级消除系统中随机和扰动因素的影响,实现高比例可再生能源的安全消纳。并且在多虚拟电厂优化调度模型中,借助Markowitz均值-方差理论,提出利润函数的风险刻画,准确描述不确定性的影响。最后,通过算例分析,说明所提出模型可有效降低决策风险和不确定性因素的影响。     

高渗透率可再生能源微电网的风柴荷协调调频策略

微电网中包含的高渗透率风机、光伏及柴油机、负荷等元件使微电网调频困难。为充分利用风柴荷备用资源对微电网调频性能的改善作用,考虑微电网频率总体最优,提出了一种基于高渗透率可再生能源微电网的风柴荷协调调频策略。考虑风柴荷与微电网频率特性的相互作用,推导了含高渗透率风电的微电网频率特性,建立了风柴荷联合调频下微电网频率特性模型,对比分析了不同调频参数下的微电网频率特性。其中风机和柴油机始终优先参与调频,可控负荷仅在负荷突变量大于风柴备用容量时参与调频,同时可控负荷调频系数根据频率波动大小而改变,兼顾风柴调频备用与供电可靠性,使微电网既能充分利用风柴调频能力,又能减少可控负荷调频压力,保证了需求侧供电的可靠性。仿真结果表明,所提出的调频策略可有效改善高渗透率可再生能源微电网的频率稳定问题,并减轻可控负荷调频压力。     

交直流混合配电网能效综合评价方法

为了探究交直流混合配电网的节能潜力,并满足用户对供电可靠性和电压质量的要求,提出了一种交直流混合配电网能效综合评价方法。首先,分析了交直流混合配电网中影响能效的传统因子和新型因子,并推导出了各影响因子的量化模型;其次,从中压配电网、配电变压器、低压直流配电网和低压交流配电网4个方面构建了交直流混合配电网能效评估指标体系;最后,以某地区配电网为案例,对改造前的交流配电网和改造后的交直流混合配电网进行了能效评估。结果表明,交直流混合配电网的能效等级高于传统交流配电网,且性能指标方面也有明显优势。     

新能源电源接入不平衡配电网的短路计算方法

当新能源机组接入三相不平衡的配电网后,由于配电网不平衡元件在正、负、零序条件下难以解耦,将使得以传统对称分量法为基础的电网短路电流存在难以准确计算等问题,需要以相分量故障分析方法为基础进行计算。同时,新能源电源在电网故障条件下将进行低电压穿越运行,受其接入方式、低电压穿越控制策略及机组Crowbar保护等因素的影响,其短路电流特性将不同于传统同步电机,需要建立不同类型的新能源电源短路计算相分量模型。因此,文中首先根据不同类型新能源机组的低电压穿越控制策略综合分析了现有新能源电源等值计算模型,并建立了相应的短路计算相分量模型,然后基于传统相分量故障分析法,根据故障条件建立故障后的相分量导纳矩阵和电压方程,进而提出了含不同类型新能源接入不平衡配电网的短路计算方法。最后,通过仿真案例对所提方法的有效性进行验证。     

基于现代内点算法的交、直流混联输电系统充裕度评估

在确定交、直流混联输电系统可靠性模型的基础上,基于元件状态持续时间抽样的蒙特卡罗模拟法抽取系统状态,提出交、直流混联输电系统的负荷削减非线性规划模型,并运用现代内点算法进行求解.算例证明:相对于以往的线性规划模型和求解算法,在保证计算速度的情况下,该模型和算法能获得更精确可信的可靠性指标;通过改进的IEEE 30系统进...     

考虑新能源发电不确定性的可用输电能力风险效益评估

随着新能源发电的迅速发展,其功率输出的间歇性、随机性将对可用输电能力(ATC)产生显著影响。利用蒙特卡洛仿真法模拟新能源发电出力间歇性、随机性和负荷波动以及系统设备状态的不确定性,通过最优潮流求解特定系统状态和参数下的ATC;利用概率统计理论确定ATC样本值的概率密度,基于此建立ATC的风险效益模型,通过数值分析技术确定综合效益最大的ATC。从发电设备位置、功率输出不确定性、穿透率等方面研究新能源发电对ATC的影响。用包含风电、光伏电源的改进IEEE 118系统验证了方法的有效性。     

可再生能源接入下考虑短路电流限制的发输电鲁棒规划方法

随着用电负荷密度增大、电网结构紧密程度提高及可再生能源接入带来的不确定性,短路电流越限问题突出.文中提出了一种可再生能源接入下满足短路电流限制的发输电系统鲁棒规划方法.首先,改进了计及网络拓扑结构和电源接入的短路电流计算方法,并内嵌网络结构优化和机组开停机操作优化短路电流水平.其次,采用自适应多面体不确定集合,考虑可再...