多区域新能源接纳能力评估模型研究及应用

在传统调峰平衡和生产模拟分析方法基础上,提出一种基于混合整数优化的多区域新能源接纳能力评估模型,该模型将各区域可接纳的新能源装机规模作为决策变量,综合考虑新能源出力特性、各类型发电机组特性、输电断面、供热、机组组合等一系列运行约束的情况下,实现运行模拟和各区域可承载新能源装机规模的联合优化,可有效评估一定限电比例要求下可接纳的新能源装机规模。基于所提模型对中国“十三五”新能源接纳能力进行了评估,得到了基准情景、火电灵活性改造放缓情景和高电力流情景下全国各区域新能源接纳能力,并给出了促进新能源消纳的相关建议。     

新能源接纳能力日前评估方法及应用

针对宁夏电网新能源发展现状及新能源调度面临的问题,分析了新能源接纳能力对新能源调度的重要作用。通过拓展安全约束经济调度(SCED)模型的应用,提出了一种分区域评估主要新能源接入地区和电网日前新能源接纳能力的方法。应用结果表明:在新能源无法全额消纳的情况下,该方法能够有效避免新能源限电过程中产生的厂网矛盾,提高日前调度计划的实用性及可靠性,为电网的安全稳定运行提供可靠保障。     

居民区配电网接纳电动汽车充电能力的统计评估方法

随着电动汽车大规模发展,电动汽车充电负荷将会对配电网的安全与经济运行产生不容忽视的影响。以居民区配电网为研究对象,基于现有居民区负荷的计算方法,考虑单个居民区住户数量分布,结合不同类型居民区用电特性,负荷增长特性,电动汽车驾驶以及充电行为差异,建立了居民区电动汽车数量分布及单个居民区内电动汽车充电功率需求的数学统计模型,提出了居民区接纳电动汽车充电能力的评估方法。算例评估结果表明,随着电动汽车渗透率的增加,居民区配电变压器接纳电动汽车充电能力存在明显差异。所提方法可有效评估各类居民区配电网接纳电动汽车充电的能力,评估结果具有实际指导意义。     

考虑电压支撑强度约束的区域新能源出力分布优化方法

建设大规模新能源基地,并经特高压直流送出已成为新能源开发利用的重要形式,但随着新能源接入占比的抬升,系统电压支撑强度不足并引发暂态过电压问题凸显,已严重制约直流送电能力及新能源接纳能力。新能源多场站短路比是衡量系统电压支撑强度的有效手段,通过揭示新能源出力对短路比的影响规律,明确了新能源出力分布优化的可行性,进而构建基于新能源多场站短路比约束的区域新能源出力分布优化问题的实施框架,提出基于模拟退火算法的出力优化方法。以国内某省级电网为例,仿真验证了算法对提升区域新能源消纳能力的效果。仿真表明,所提出的出力优化方法可以提升新能源消纳能力70%以上。     

基于风电接纳空间电量回归模型的弃风率快速计算方法

近年来,风电发展迅速,弃风也日益增多,对电网弃风率做出快速准确评估对指导新能源开发规划、制订常规电源年/月发电计划具有重要意义。提出了一种评估未来电网风电接纳能力和弃风情况的新方法。文中以一段时间的接纳空间电量来衡量此时间段的电网接纳风电能力,经理论分析、回归修正,得到接纳空间电量与备用率、负荷率、负荷电量、常规机组最小出力系数的计算模型。然后,分析弃风率与风电理论电量占接纳空间电量比例的关系,经曲线拟合得到弃风率与该比例的分段线性函数。最后,以接纳空间电量为桥梁,得到弃风率与备用率、负荷率、负荷电量、常规机组最小技术出力系数、风电理论电量的计算模型。利用该方法,算例中评估了我国北部某3个省份2015年的弃风率,与时序生产模拟的对比验证了所提方法的有效性。并定义弃风压力指数作为风电优先调度难度的评估指标。     

考虑功率互济的多区域电网储能系统联合优化配置

在新能源并网规模逐步提升的背景下,针对广域互联电网的多储能规划问题,建立考虑区域电网互济的储能系统联合规划优化配置模型。首先,建立多区域电力系统的网络等效模型,以刻画多区域互联系统的功率互济关系,并提出多区域系统的机组启停安排方法,计算不同区域的机组日内启停方案。其次,针对互联电网的多区域储能协同规划问题,建立计及功率互济的多区域储能联合双层优化配置模型。模型外层以多区域新能源总弃量最小为目标,优化计算各区域的储能配置;内层以区域间传输功率与区域注入功率的波动量最小为目标,以获得火、储以及新能源的最优出力方案。然后,利用全场景近似网损和联络线综合利用率,实现多区域储能规划方案的效益评估,实现储能投资价值的量化。最后,通过算例分析验证所提模型及方法的有效性。算例分析表明,所提模型可充分兼顾各区域新能源消纳要求,有效提升全网消纳指标,节约储能系统投资,可应用于广域互联电网的储能系统协同规划。     

新能源并网功率智能控制系统的设计与应用

分析了当前新能源并网功率控制中仍存在的问题,介绍了新能源并网功率智能控制系统的功能设计与控制策略。提出新能源电站灵敏度在线计算方法。首先,根据新能源电站并网网络确定状态估计等效设备,再基于电网实时运行方式计算等效设备的灵敏度并转换为新能源电站灵敏度,据此确定参与断面控制的场站/机组及其功率调整量,解决了复杂断面结构下的风火协调控制问题。新能源参与调峰控制时,跟踪火电机组负备用并考虑机组调节速率,同时实时监视区域控制偏差,一旦出现异常则及时调整正在执行的指令,保障自动发电控制考核指标满足要求;综合新能源电站的发电能力、装机容量及电网接纳空间确定控制序列并动态更新,在最大化利用接纳空间的同时实现资源优先与兼顾公平的站间控制。结合山西电网实例,证明了系统在保障电网安全稳定运行、提升新能源消纳及促进新能源电站公平调度方面的有效性。     

基于随机生产模拟的新能源消纳能力评估方法

近年来,我国新能源发展迅速,新能源发电随机性强、可控性弱,部分地区新能源消纳矛盾突出。考虑新能源出力和电力负荷的随机性和波动性,准确评估未来年/月电力系统的新能源消纳能力,对促进新能源消纳具有重要意义。该文提出一种基于随机生产模拟的新能源消纳能力评估方法,使用服从一定分布的离散型随机变量描述新能源出力和消纳空间的随机性,通过概率分布间的运算,实现新能源电力系统的随机生产模拟,快速求解新能源消纳功率和限电功率的离散概率分布,并进而得到评估周期内的新能源消纳电量和限电电量。使用该文方法计算我国北方新能源装机容量大省2019年的新能源消纳能力,结果表明,该文方法与时序生产模拟法计算结果基本相同,计算速度大幅提升,能够满足实际应用要求。     

电力系统安全域边界通用搜索模型与近似方法

电力系统静态安全域(security region,SR)可为强随机性和波动性下的电力系统静态安全性评估与控制提供强有力的工具,但安全域边界(security region boundary,SRB)构建是制约SR应用的瓶颈。针对这一不足,该文提出一种电力系统SRB的通用搜索优化模型及近似方法。首先,以满足系统安全运行约束下静态安全裕度最大为目标,构建SRB临界点搜索优化模型;基于该模型在功率注入空间中沿系统可能的功率增长方向追踪SRB临界点,获得SRB临界点集合;然后对所得SRB临界点集合进行分段线性拟合,获得满足静态安全性评估与控制精度要求的SRB近似解析表达式;将所提方法应用于WECC-9节点测试系统和波兰2736节点测试系统中进行分析、验证。结果表明,所提方法可准确、有效地近似电力系统SRB,构建出高精度的电力系统SR,增强电力系统静态安全在线态势感知与运行控制能力。     

基于容量约束的电网新能源接纳能力研究与应用

新能源的发展对于缓解日益突出的能源与环境问题有着重要意义,但新能源的开发利用也应遵循合理的时序、适应电网的建设,避免出现大规模弃风弃光等现象。提出基于容量约束的新能源接纳能力计算模型,以地区电网整体为研究对象,分析不同电压等级上网的新能源的容量约束条件,并计算电网对各电压等级新能源的接纳能力。通过对计算结果的分析,找到地区电网限制新能源接入的容量卡口,一方面直观展现电网的容量裕度,另一方面为新能源接入与电网规划的适应性发展提供参考依据。     

基于Ward等值的多区域无功优化分解协调算法

针对多区域电力系统的无功优化问题,提出了基于Ward等值的分解协调算法.将所有子区域分为主区域和从区域,并确定边界节点在不同区域中的节点类型和区域间相角传递方法.在基态条件下,根据潮流计算结果确定边界节点等值注入功率初值.采用矩阵求逆辅助定理,提高优化过程中外部网络变压器变比变化引起的等值导纳矩阵计算效率问题,且大幅度提高了外部网络等值精度.引入适合无功优化算法的外部协调策略,以较少的协调通信量获得较好的协调效果.以IEEE 39节点和538节点实际系统为例,通过与集中优化方法进行比较,验证了该方法的有效性.     

考虑可控负荷的多区域电力系统分布式模型预测负荷频率控制

由于同步发电机的惯性较大,导致传统的集中式负荷频率控制模式反应不够迅速,而用户侧具有快速响应能力的可控负荷资源为系统的频率调节提供了新机遇。研究了考虑用户侧可控负荷资源主动参与系统频率调节的多区域互联电力系统分布式模型预测负荷频率控制问题。通过建立的含可控负荷的多区域互联电力系统负荷频率响应模型及自动发电控制模型,基于连续时域交替方向乘子法和分布式模型预测控制方法,提出了一种用户侧可控负荷资源主动参与的多区域互联电力系统分布式模型预测最优负荷频率控制模型。基于修改的IEEE39节点三区域互联电力系统进行仿真验证,结果表明所提考虑可控负荷的分布式模型预测控制策略可显著减少系统恢复至稳态所需的时间。分布式控制策略的控制自由度更高,增强了系统的可控性。     

我国太阳能发电开发及消纳相关问题研究

介绍了我国太阳能发电开发规划、布局特点及存在的问题;基于建立的光伏发电出力特性指标,分析了大规模光伏发电并网对电力系统规划提出的新要求;提出了太阳能发电消纳研究方法,根据“十二·五”期间西北地区太阳能发电规划目标,分析了西北电网太阳能消纳能力,2015年,西北地区太阳能发电装机规模为1 320万kW,电网调峰能力不能满足光伏、风电等新能源消纳需求,需要跨区平衡消纳。     

基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷算法

针对电力系统电压稳定控制中的切负荷量求解问题,提出基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷量计算方法。首先给出该稳定域的2阶段求解方法,与传统基于拟合技术的求取方法相比,该方法通过聚类分析在保证计算精度的条件下减小了计算代价,同时可对临界点基于其局部切平面的法向量进行分类拟合,从而计及稳定域边界曲率的变化得到更加准确的边界估计。基于该稳定域提出最小切负荷量的计算方法,与基于灵敏度的连续线性规划法相比,该方法可利用全局信息给出最小切负荷量,并且在计算速度上具有优势。通过6节点算例的可视化稳定域计算结果说明2阶段求解方法的有效性,最后利用39节点系统验证该最小切负荷计算方法的准确性。     

多区域单机等效法分析和控制故障后区间振荡

针对故障后系统的区间振荡,提出改进的单机等效法分析不同区域间的相互作用,并制定相应的控制措施。根据故障后各发电机功角的振荡轨迹,将系统划分为若干个主导振荡区域和非主导振荡区域,并将多区域系统进一步等效为单机无穷大母线(one machine infinite bus,OMIB)系统。定义并计算不同区域间的相对动能及OMIB系统动能,用于分析不同区域间的非线性相互作用。采用傅里叶频谱分析和Prony分析辨识OMIB系统参数,得到故障后系统的主导振荡模式及相应的阻尼比。基于上述分析,提出调整故障前各区域发电机出力的方法以减少区间的相对动能,抑制互联区域振荡。算法用于分析和控制IEEE5区域16机标准测试系统的故障后区间振荡。仿真结果表明,算法不但能准确辨识故障后的主导振荡模式,且能分析多种区间模式的非线性相互作用;控制措施显著地提升了系统阻尼,抑制了故障后系统的区间低频振荡。     

风电场出力随机扰动下的电网概率脆弱性评估

在风电大规模接入电力系统的发展趋势下,系统将经受更复杂的随机性影响,给系统的可靠稳定运行带来极大挑战。在综合考虑了不同规模和不同并网点的风电场随机扰动性、发电机的随机故障停运率以及负荷的随机波动的前提下,基于半不变量和Gram-Charlier级数(CGC)的输电网概率潮流方法,并结合系统的临界电压和极限传输功率,提出一种新的概率脆弱性评估方法,以此来筛选出风电场并网后电力系统的脆弱节点和脆弱支路。对所提方法在IEEE-30母线系统中通过不同规模风电场、不同接入点条件下进行仿真验证,及其与基于支路势能函数法的传统评估方法进行对比,结果证明该方法能够给出可靠有效的评估结论,有助于为进一步探索不同规模风电场并网下的电力系统脆弱性提供思路。     

考虑静态电压稳定约束并计及负荷和发电机出力不确定性因素的概率最大输电能力快速计算

针对电压稳定约束条件下的概率最大输电能力(TTC)进行了研究,考虑了负荷和发电机出力分配不确定性因素对TTC的影响,提出了一种将MonteCarlo仿真和静态电压稳定域方法相结合的概率TTC快速计算方法。文中推导出全注入空间中静态电压稳定域边界的局部切平面表达式,结合聚类分析,采用多个切平面描述静态电压稳定域边界,经验证,该方法计算速度远远快于传统方法,并且具有较高精度,能够满足工程上概率ATC在线计算的需要。     

有利于新能源接入的常规高压直流功率调节方法研究(二):理论分析与仿真验证

为提高新能源接入能力,提出有利于新能源接入的常规高压直流功率调节方法,基本思路是计划阶段直流功率与两端电网发电计划协调制定,运行阶段利用紧急旋转备用机组应对新能源功率大幅随机波动、功率预测误差及其他突发事故等,两端电网实时调节应对新能源功率常规波动,最终实现直流两端电网资源优化利用,提高新能源消纳能力及电网运行安全性和经济性。该文通过理论分析和仿真验证证明所提方法的有效性。分析了所提方法对提高新能源消纳能力、系统运行经济性及安全性方面的作用,探讨了应用所提方法时受端电网适应性、直流功率频繁调节的技术可行性及跨区域电网发电计划联合制定的可行性等问题,从多个角度分析了所提方法的优点和可行性。最后,将所提方法应用到某实际直流工程及所联实际大系统中进行全过程动态仿真,观察其应用效果,证明所提方法的有效性。     

不可微环节对电力系统小扰动稳定域的影响

研究了不可微环节对电力系统小扰动稳定域（SSSR）的影响。首先给出一种利用分段函数描述连续但不可微环节的方法，将函数的不可微点转换为该解析式导数的极点。进一步利用该方法并借助一个简单的3节点系统，深入探讨了励磁顶值对系统小扰动稳定性和SSSR的影响。研究发现，励磁顶值会引起系统雅可比矩阵和主导特征值跳变，使系统产生新的Hopf分岔点（振荡模式）；此外，励磁顶值上下限取值不同时，会导致SSSR内产生新的不稳定区域（空洞），并使SSSR的边界构成复杂化。