关于新型电力系统部分特点的思考

新型电力系统建设是我国电力行业的重大转型,其需求来源于经济社会发展,其实现依赖于电力系统运行机理的改进。从近10年电力系统的发展历程和阶段性目标分析出发,基于“双碳”目标,对新型电力系统的电源构成、特点及运行模式进行逆向推理和分析,进而分析新运行模式下的部分关键技术需求。指出：为了实现“双碳”目标,电力系统电源构成必须进行巨大调整,特别是在2030年之后;在新型电力系统中,发电侧将以新能源为主体,用户侧将出现大量产销者并呈现大量分布自治的形态,能源互联网将成为新型电力系统的基础支撑,电网调度将主要基于市场化机制实现;新型电力系统的建设在电力电量平衡、系统安全、有源配用电网管控、新能源发电和并网、电力交易和调度等方面迫切需要相关创新技术的支撑。     

图深度学习技术在电力系统分析与决策领域的应用与展望

新型电力系统的高比例可再生能源、高比例电力电子设备特性给电力系统分析与决策带来巨大挑战。以深度学习(deep learning,DL)为代表的数据驱动技术擅长应对大规模高维非线性数据建模问题,在电力系统分析与决策的应用愈发受到业界的关注。作为近年来的热门分支之一,图深度学习(graph deep learning,GDL)将DL技术拓展到了不规则拓扑关联数据的处理,加快DL技术实用化的步伐。该文对电力系统分析与决策各领域的任务需求、DL应用现状做了简要归纳,结合GDL的发展脉络与前沿热点技术,全面总结GDL在电力系统分析与决策应用优势与不足,围绕通用性/迁移性、可靠性以及可解释性等方面探讨GDL框架的未来发展思路。     

离网型光伏制氢项目经济性分析及压力测试

为解决可再生能源制氢项目缺少综合性评价指标、缺少对成本的精准计算等问题,首先对离网型光伏制氢项目成本进行了系统分析,讨论了规模效应、技术进步率对离网型光伏制氢项目成本的影响,分析了总成本构成明细,然后对发电设备购入费、电解效率、技术进步率3个因素进行压力测试。分析结果表明：在2020年发电厂规模100 MW情况下,平准化单位制氢成本（levelized cost of hydrogen, LCOH）为44.96元/kg,其中成本占比最高的是发电厂固定成本,达到30.39%。压力测试结果表明：技术进步率对LCOH的影响最为显著,在基准情景下,假设发电厂技术进步率取10%、电解厂取20%时,LCOH在2050年可降至5.76元/kg,低于煤气化制氢的9.5元/kg,证明离网型光伏制氢项目具有竞争力。     

考虑低碳制氢的微电网优化配置

“双碳”目标下,为减少弃风弃光量和传统制氢方法的碳排放,同时提升微电网经济性,对考虑低碳制氢的微电网优化配置进行了研究。通过对制氢过程进行建模,提高经济分析的真实性,结合微电网结构建立考虑低碳制氢的微电网模型,综合考虑微电网配置运行成本、售电/售氢收益以及低碳制氢所带来的节碳收益,建立考虑低碳制氢的微电网优化配置模型,并从系统和设备2个角度提出了衡量配置结果的评价指标。通过分析电、氢设备调度逻辑,提出了一种电氢协调调度策略,采用基于动态时间规整距离的K-means聚类和改进的粒子群优化算法求解得到系统优化配置结果。最后,通过算例仿真验证了制氢装置建模和调度策略的有效性,并分析了售氢价格对优化配置的影响。     

柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。     

不确定优化调度研究综述及其在新型电力系统中的应用探讨

构建新型电力系统,是促进“双碳”目标实现的重要举措。随着新型电力系统建设的不断推进,电力系统的不确定因素愈加凸显,且相互耦合,给电力系统运行调度带来了极大挑战。针对考虑电力系统不确定因素的调度问题,近年来涌现了大量研究成果。为了总结当前电力系统不确定调度的研究现状,理清仍需解决的问题及关键技术,明确未来研究方向和着力点,开展了系统的研究综述工作。从文献发表的内容、期刊和年份等方面进行分析,提炼电力系统不确定性调度的研究热点,分析了电源、负荷、市场环境、参数和政策5个方面所涉及到的不确定因素;将电力系统不确定性调度模型分为Wait-and-See和Here-and-Now两种类型,并归纳总结了不同模型对应的求解方法;然后基于现有的研究成果,探讨了不确定优化调度在新型电力系统中的应用;最后,对全文进行了总结,展望了未来的发展方向。研究成果为了解和应用新型电力系统不确定性调度的研究提供了参考模型和方法,也为深入研究和解决新型电力系统不确定性调度问题提供了思路和方向。     

基于新能源消纳边际贡献的用户绿电份额评估方法

提升新能源消纳能力是新型电力系统最重要的目标。从需求侧入手,有待研究一种用户绿电份额的评估方法,进而引导激励广大用户更多地消费绿电。为此,提出基于用户时序用电曲线对新能源消纳边际贡献的绿电份额评估方法。首先,基于与用电量级无关的负荷轮廓线形状定义并推导了新能源消纳边际贡献指标;其次,分别考虑纯负荷类用户和具有可调负荷、储能及分布式能源的产消者园区用户,基于边际贡献指标提出了绿电份额评估方法;最后,构造多种不同类型的用户进行绿电份额的评估,并通过算例验证了绿电份额评估方法的合理性。结果表明,园区用户可通过提高净负荷形状与系统新能源发电趋势的相似度、消纳本地新能源、合理优化可调负荷与储能运行方式等提升园区绿电份额,进而提升全网新能源消纳能力。     

氢能驱动下钢铁园区能源系统优化配置

加快实施电能替代是实现“碳达峰·碳中和”目标的重要举措,但有相当一部分碳排放无法通过直接电能替代来消除,这其中就包括以钢铁为代表的工业领域的碳排放。新能源和氢能的大力发展,尤其是二者之间的耦合加深为减少工业领域碳排放提供了契机。文中重点分析了钢铁园区能源系统特点,通过引入新能源发电、电解水制氢以及氢能重卡等元素,优化了传统钢铁园区能源系统。基于耦合环节建模,构建了以钢铁园区收益净现值最大为目标函数、以各组分转换关系和连接特性为约束条件的规划模型。分析了电力市场、碳市场与去产能政策以及设备价格对系统规划配置的影响,通过刻画系统投资风险进一步解释了规划方案呈现的“偏好”特性。最后,从系统建设、系统调控和项目推广3个方面阐述了需要注意的关键问题。     

考虑碳捕集技术的电力系统双层优化配置

碳捕集与封存技术是实现“双碳”目标的有效手段,在考虑碳交易机制的基础上提出了一种含电转气、燃气轮机、碳捕集系统、风电场联合运行的低碳经济双层优化配置模型。上层优化目标为最小化系统碳相关成本;下层优化目标为最小化系统运行成本,其中考虑了系统运行约束,决策变量包括发电机组有功出力、电转气功率、碳捕集装配。为求取所提双层优化模型的最优均衡解,利用KKT条件将双层优化问题转换为单层优化问题,再利用McCormick将二次规划单层问题转换成可直接求解的混合整数线性优化问题,并利用CPLEX求解器对模型进行求解。最后,对IEEE 30节点系统进行仿真,验证了所提模型和方法的有效性,同时采用双层模型在一定程度上减少了系统总成本,提高了减排率。     

考虑气网掺氢与低碳奖赏的气电耦合系统优化调度

针对气电耦合系统的优化调度问题,建立含气网掺氢的气电耦合系统模型,并考虑电制氢的精细化模型、掺氢气网的运行状态变化和严格的掺氢安全限制;同时在阶梯型碳交易机制的基础上,提出赏罚阶梯型碳交易机制,在碳配额出现剩余时设置阶梯型奖赏;进一步地综合考虑碳交易成本和运行成本,建立气电耦合系统低碳优化调度模型。最后,基于改进的IEEE 39节点电网模型和比利时20节点气网模型组成的系统进行仿真,采用CPLEX求解器对调度模型进行求解。通过分析对比4种调度场景的结果,验证了所提模型在降低碳排放、控制总成本和消纳弃风方面的有效性,分析了掺氢气网中不同热值计算方式和奖赏基准价格对调度结果的影响,并进行了奖赏基准价格的参考定价分析。     

面向新型电力系统物理模拟实验的快速系统原型技术

新型电力系统对电力系统物理模拟实验提出了很高的要求,原有的物理模拟技术已难以满足。通过借鉴控制领域常用的快速控制原型（RCP）技术思想,提出了快速系统原型（RSP）技术,包括数字仿真器、快速原型控制器和快速原型被控对象（ROP）3个部分,解决了传统物理模拟技术费时费力和难以满足新型电力系统快速演进需求的缺陷。RSP技术用于科学研究、产品开发和入网验证时,研究成果和产品可直接用于工程实际。首先介绍了RSP的思想及具体实现方案,并阐述了其“所见即所得”的动模实验理念,最后以柔直输电动模实验为例,验证了基于RSP理念和技术可建成一个企业级别的仿真环境及工程技术实践平台,并能真实灵活仿真新型电力系统的各种特性。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

电力系统低频减载的单调控制特性

新能源占比的不断提高使得频率稳定问题日渐突出,因此迫切需要研究系统的频率稳定量化评估分析方法,也需对频率安全控制的最后一道防线低频减载进行更深入的分析。将单调控制系统理论运用到低频减载分析过程中,根据单调控制系统的输入-输出判定条件,推导单机和多机系统低频减载时频率分别需要满足的保序特性量化关系。此外,分析时采用全状态模型,在保证电网规律性和解析性的同时获得更高的可扩展性,综合频率与功角、电压以及相关参数间的耦合关系。并结合灵敏度分析了电网内部变量之间的相关关系,以指导电网故障时的参数设置。最后,分析目前光伏参与调频的3种常见情况,分别说明单调控制理论的适用性,并通过算例进行验证。     

考虑尾流效应的分布式海上风电制氢集群容量优化配置

离岸海上风电制氢是中远海风力资源利用的重要方式,而分布式风电制氢机组由于无须集中汇流与大规模平台搭建,成为学界业界重点关注的技术路线。然而,受风场尾流效应影响,分布式风电制氢集群不同机组之间的运行状态相互耦合,制氢能力存在差异。文中提出考虑尾流效应的分布式风电制氢容量优化模型,基于机组协同控制对电解池容量空间分布进行优化配置。算例选取中国江苏省海域实际风源数据进行研究。首先,考虑尾流效应的风电制氢机组的协同控制可有效提高约3.05%的年期望制氢量。进一步,相比于电解池容量空间均匀分布方案,文中所得出的边缘大、内部小的最优容量空间配置方案可降低海上风电制氢的平准化制氢成本,验证了所提优化模型的有效性。     

基于含时序项代理模型的电力系统时域仿真不确定性分析

随着电力系统中不确定性因素的不断增加,传统确定性的时域仿真分析已难以满足不确定性环境下系统暂态分析的需要。为此,提出了一种基于含时序项代理模型的时域仿真不确定性分析方法。该方法采用非线性有源自回归（NARX）模型表征系统动态特性,利用多项式混沌展开（PCE）方法刻画系统内随机因素的影响,在保证计算精度的同时,提高了时域仿真不确定性分析过程的效率。同时,引入了最小角回归（LAR）策略以选取代理模型的基函数,克服了高维随机变量所引起的维数灾问题。采用标准IEEE 9节点和118节点系统进行仿真,并与传统方法对比,验证了所提方法的准确性和高效性。     

支撑中国能源安全的电氢耦合系统形态与关键技术

氢能作为新兴的零碳二次能源,对于推动中国能源体系转型、支撑中国能源安全具有重要意义。为进一步推动氢能与电力系统的深度融合,支撑中国高比例新能源发展,对电氢耦合系统形态与关键技术展开研究。首先,构建了电氢耦合系统的技术框架。然后,从氢能供应链的制-储-输-用4个方面评述相关技术发展趋势,进而从发电侧、电网侧和消费侧3个角度出发论述氢能对电力系统典型场景的关键支撑技术,分析支撑中国能源安全的电氢耦合系统形态。最后,针对当前电氢耦合系统发展中的问题进行阐述并给出相关政策建议。     

考虑燃料电池汽车加氢负荷的电-氢系统协同优化运行

在建设新型电力系统背景下,为提高能源利用率,降低交通系统碳排放,促进配电网与交通网络融合,考虑燃料电池汽车加氢行为影响下负荷时空分布特性,构建计及燃料电池汽车交通流量与加氢行为的优化调度模型。首先,采用起止点对刻画燃料电池汽车交通流量模型,为模拟燃料电池汽车出行,采用Dijkstra算法搭建燃料电池汽车最短加氢路径模型。其次,针对可再生能源出力不确定性,基于Wasserstein距离建立风电功率预测误差模糊集,考虑电力-交通网络约束,并构建含加氢站优化调度的分布鲁棒优化模型。最后,利用强对偶理论将分布鲁棒优化模型转化为混合整数线性规划模型进行求解,采用改进的33节点配电网和24节点交通网对调度方法进行验证。结果表明,所提方法相比于鲁棒优化系统总成本有所降低,加氢站调度方案在保守和乐观之间达到平衡,实现加氢站与上级网络之间良性互动。     

基于参数规划的含储能和风电电力系统低碳经济调度

为了实现“双碳”目标以及适应新能源快速发展的形势,基于参数规划及工程博弈论提出了一种含储能和风电电力系统的多目标低碳经济调度方法。以系统发电成本、碳排放量、储能寿命折损为目标构建多目标优化模型,采用系数约束法将模型转化为参数线性规划模型,求解参数规划模型可获得Pareto前沿的精确解析表达式,从而进一步构建工程博弈问题,精炼得到对多目标具有公平性的唯一Pareto最优解,为决策者提供参考。算例分析结果表明,所提调度方法能够充分兼顾各目标的优化程度,保证电力系统调度的环保性与经济性,可有效应用于新能源电力系统的低碳经济调度。     

基于Fisher Score特征选择的电力系统暂态稳定评估方法

针对不同电气输入特征与电力系统暂态稳定关联程度不同以及当输入特征受到干扰时评估准确率明显下降的问题,提出一种基于Fisher Score特征选择的电力系统暂态稳定评估方法。设计一种面向电力系统暂态稳定评估二分类问题的样本特征Fisher Score值计算方案;通过Fisher Score值排序有效区分重要特征与冗余特征、噪声特征与非噪声特征;将选择的电气特征输入不同机器学习模型中进行训练和评估。新英格兰39节点系统和IEEE 145节点系统的仿真结果表明,所提特征选择方案能有效筛选电力系统暂态稳定评估中重要度高的特征,提升了评估模型的预测性能。