构建新型电力系统仿真体系研究EI北大核心CSCD

仿真是认知电力系统特性的关键技术手段,电力系统与其仿真技术共同发展、相互促进。在我国加快建设新型电力系统的过程中,仿真技术将面临全新的挑战与机遇。该文分析指出传统电力系统仿真体系在维度、深度、广度与精度方面难以满足新型电力系统建设需求,提出构建以全维度、全场景、全要素、全过程为特征的新型电力系统仿真体系,分析了需要突破的关键技术方向,并研究了加快构建新型电力系统仿真体系的相关措施。     

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述EI北大核心CSCD

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。     

面向新型电力系统的微型电场传感技术EI北大核心CSCD

高度数字化是新型电力系统的重要特征,需要构建广域、分布式电网深度全景信息实时采集的传感网络作为其支撑。电场信息是电力系统中的基础物理量。电场测量可以应用于电压反演、设备监测、雷电预警、电磁环境监测等应用场景。传统电场测量方法,如场磨式电场测量仪等,往往体积大、成本高,无法适用于电场测量节点的灵活与广域布置。微型电场传感器是一类基于微加工工艺制备的小尺寸、高性能电场测量设备,对于电场测量的数字化、小型化、灵活化需求具有关键意义。该文介绍不同原理微型电场传感器的发展现状,同时列举微型电场传感器的典型应用场景,并对电场传感器发展所面临的挑战进行总结与展望,指出新型电力系统中电场测量面临的挑战与未来发展趋势。     

浅论新型电力系统的“三自”性质EI北大核心CSCD

面向新型电力系统的变化与挑战,该文提出自平衡、自相似、自组织的“三自”性质。自平衡是从电力与电量角度对新型电力系统的基本要求,自相似是从网络与结构的角度促使新型电力系统实现自平衡,自组织则是从调度与控制的角度促使新型电力系统实现自平衡。首先,指出“三自”性质是新型电力系统构建与发展的内在需求,三者形成具有内在关联的整体;其次,分别针对新型电力系统的自平衡、自相似和自组织,给出其必要性、概念内涵、研究现状和研究需求;最后,展望新型电力系统“三自”性质的研究,包括“三自”整体框架、“三自”规划、“三自”运行和“三自”控制。     

浙江构建新型电力系统的技术路径与实践EI北大核心CSCD

构建新型电力系统是实现我国“双碳”目标的主要手段,也为电力系统形态演化与技术变革指明了方向,其主要的技术挑战来源于高比例新能源的接入和极端天气。浙江电网是传统能源匮乏、新能源发展迅速的典型受端电网,虽然在市场化和数字化方面走在全国前列,但构建新型电力系统仍面临诸多困难和挑战。在此背景下,立足浙江电力发展实际,首先分析新型电力系统的关键技术特征和评价体系,接着提出浙江建设新型电力系统的3个方面核心举措,包括:提升系统调节能力、提高电网数字化/智能化水平以及建设与新型电力系统匹配的电力市场等。进一步,提出浙江建设新型电力系统技术路径的4个关键环节及其潜力:建设多元融合高弹性电网、构筑“四能四力”、实现数字化转型和多类型电力市场。最后,提出浙江新型电力系统省级示范区建设框架,介绍杭州城市电网500kV供区柔性低频互联示范工程、台州大陈岛柔性低频输电和氢电耦合示范工程以及金华微网集群省地县3级协同智能控制示范工程等3个典型实践案例,总结浙江新型电力系统省级示范区预期目标。浙江构建新型电力系统的举措、路径和实践,不仅可以支撑浙江经济和社会高质量发展,还将为我国能源转型与电网高质量发展提供参考。     

电力系统安全稳定综合防御体系框架

提出了电力系统安全稳定综合防御体系的框架.从一般安全理念出发,电力系统安全稳定综合防御体系可由电力系统安全保障体系(即主动安全体系)和电力系统稳定控制系统(被动安全体系)构成.电力系统安全保障体系(主动安全)是指提高电力系统安全性和可控性的措施;电力系统稳定控制体系(被动安全)是指保证电力系统受到扰动后的安全性和稳定性的措施.电力系统安全保障体系(主动安全)可分为三道防线:第一道防线是坚强的电网结构,为电力系统安全奠定坚实基础;第二道防线是最优的自动控制系统,提升电力系统的安全运行水平;第三道防线是安全的运行方式,保证电力系统运行在安全水平.电力系统稳定控制体系(被动安全)就是传统的电力系统安全稳定三道防线,第一道防线是快速切除故障元件,防止故障扩大;第二道防线是采取稳定控制措施,保持系统稳定运行;第三道防线是系统失去稳定时,防止发生大面积停电.     

新型电力系统安全稳定运行分析

为实现碳达峰、碳中和的目标,需要构建以新能源为主体的新型电力系统。从保障新型电力系统安全稳定运行的角度出发,分析了新型电力系统在能源结构及布局、储能发展及负荷变化等方面的特点,阐述了新型电力系统在安全稳定形态、电力系统稳定控制及调度运行控制等方面面临的挑战,提出应开展新型电力系统频率稳定控制研究,构建区域频率协同及频率紧急控制系统的观点,建立统一调度、分级管理的跨区域和跨电压等级的广域调度控制模式;构建新型电力系统认知体系,充分把握电力系统运行特性;完善电力系统数字化感知能力,建立广域调度技术支持系统;充分挖掘电力系统可调节资源,提升新型电力系统灵活调节能力。     

特约主编寄语北大核心CSCD

在实现“双碳”目标、建设新型电力系统的进程中,可再生能源在电力系统中的渗透率不断增加,改变了以同步机为主的传统电力系统的动态特性,使得不同时间尺度的暂态现象相互耦合,在更大的频率范围内引起宽频振荡和频率、电压稳定问题,给新能源送出和电网安全稳定控制带来很大挑战。     

提升新型电力系统调频能力的受控负荷阻尼因子控制器EI北大核心CSCD

建设以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰和碳中和的有效途径。随着可再生能源发电的大规模建设并入网,常规以化石能源为燃料的大型发电机组将会被逐步替换,这种情况将导致新型电力系统的调频与调峰面临着巨大的压力。同时随着用电负荷设备中电力电子的渗透和自动化水平的提升,在电力系统调频中使用的负荷阻尼常数D,即负荷有功对系统频率变化的自然响应,也发生了相当大的改变。很多单个家用电器及其组合对系统频率的变化不响应或基本不响应,这意味着负荷阻尼常数D会变得很小。由此,提出1种受控负荷阻尼因子的新概念、控制器的设计理论和实现方法,将大幅提升负荷有功功率对系统频率变化的受控响应,有效增强了新型电力系统的调频能力。根据2021年全国负荷水平计算,按照所提理论,可以给全国电网增加的调频容量达到(15000~20000)MW/0.1Hz,为解决大规模可再生能源发电接入电网面临的调频难题提供理论和技术支撑。     

新型电力系统中储能应用功能的综述与展望EI北大核心CSCD

以高比例新能源和高比例电力电子(即“双高”)为特征的新型电力系统处在快速发展中,其动态行为和运行特性正发生深刻变化,在多时间尺度上的功率–能量平衡面临重大挑战;而储能可有效改善系统的动态特性、满足系统多时间尺度平衡需求。从分析新型电力系统多时间尺度功率–能量平衡的主要挑战出发,归纳常见储能技术的关键技术特征,探讨储能在新型电力系统中的应用潜力;梳理储能应用功能的研究现状,展望未来趋势,提出一种适用新型电力系统需求的储能多目标协同调控方法,可望实现多时间尺度上功率–能量的高效平衡,为利用储能技术应对新型电力系统的关键挑战提供支撑。     

特约主编寄语EI北大核心CSCD

高压直流输电已成为远距离、大规模电力输送的主要手段,将我国西部、北部的清洁能源输送到东部、南部的电力负荷中心,在保障电力供应、促进清洁能源发展和改善环境等方面发挥了重要作用。现代电网已逐步形成了交直流混联的格局,并在华东、广东等负荷中心形成了多直流密集馈入交流系统的电网形态。     

基于电力支撑的新型电力系统电力电量平衡北大核心CSCD

可靠的电力支撑是电力系统安全稳定运行的重要基础。各类电源的可靠电力支撑作用是指在其可靠电力范围内,可根据系统负荷需求随时满发顶峰。本文提出基于可靠电力支撑的电力电量平衡计算方法,总体计算框架为结合电源装机和系统负荷需求进行备用及机组检修安排,在此基础上通过电力平衡确定各类电源各月(或旬、或周)的可靠电力支撑,进一步进行全年8760 h的电力电量平衡模拟,模拟思路为在满足各类电源最小技术出力或强迫出力前提下,尽量为风、光让出位置,在负荷高峰且风、光出力小时发电顶峰,总体实现各时刻电力电量平衡且尽可能吸纳风光。利用本计算方法分析山西电网不同抽水蓄能规模下的电力电量平衡,并分析了风电不确定性对电力电量平衡的影响,结果显示系统抽水蓄能增加将替代部分火电容量并增加抽水电量,从而增加新能源吸纳;若过多考虑风电的电力支撑,一旦风电受天气等影响降低出力,火电、水电等满发也难以满足负荷需求,将直接影响电力系统安全稳定。     

电力系统振荡动静态网络分析及功率传输特性EI北大核心CSCD

以同步发电机为主的传统电力系统发生低频振荡时,通常采用机电暂态模型来分析与计算,网络使用准稳态模型,潮流关系满足代数方程。但对于其次同步振荡或者电力电子化电力系统宽频振荡时,通常采用电磁暂态模型来分析与计算,网络使用动态模型,潮流关系满足微分方程。文中针对电力系统小扰动失稳后的一般化统一振荡形式,建立以传统电力系统中的同步发电机和电力电子化电力系统中的电压源型变换器为代表的发电设备外部特性的统一描述形式。推导动态和静态网络描述的功率特性方程,建立功率与振荡频率依赖关系的物理图像,发现其可被划分为低频区(10Hz以下)、谐振区(10~200Hz)和高频区(200Hz以上),证明了低频振荡时静态网络描述的适用性,而对于次同步振荡和高频振荡,网络则须使用详细的电磁暂态模型。推导结果在两机系统和多机系统中得到仿真验证。     

电力系统氢储能关键应用技术现状、挑战及展望EI北大核心CSCD

深入挖掘氢储能在电力系统中的应用潜力,进而推进其在电力系统中的规模化应用是电力行业能源结构转型与深度脱碳的重要技术路径之一。为加速构建新型电力系统,该文首先归纳分析构建氢储能与电力系统耦合结构,并从电解水制氢、氢气储输、氢气发电和电解槽/燃料电池模型构建4个方面阐述氢储能关键技术发展现状;其次,以氢储能在电力系统“源–网–荷”各环节应用场景为主线,梳理回顾目前国内外电–氢耦合技术取得的进展;最后,对氢储能支撑新型电力系统构建中存在的技术挑战与未来重点技术发展方向展开探讨,旨在为电力系统中氢储能应用技术的研究提供借鉴与参考。     

电力系统中量子信息学的应用现状及展望EI北大核心CSCD

量子信息学在信息获取、传输和处理等方面具有独特优势,在保障新型电力系统信息安全和纾解算力困境等方面潜力巨大。从量子通信和量子计算2个方面,总结了电力系统应用背景下的量子信息学研究现状,并对未来可能的研究方向进行了展望。首先,介绍了量子信息学的基本概念和原理。然后,针对量子通信,分析了典型量子通信技术在新型电力系统中的适用性,并从远距离信息传输、多主体通信、统一标准化和专用研发平台4个方面了梳理电力系统中量子通信的研究现状;针对量子计算,从线性代数运算、优化问题求解、机器学习和参数估计等方面阐述归纳了量子算法的基本原理及其在电力系统中的研究现状。最后,面向新型电力系统中量子信息学的应用前景进行了展望,并提出了电力系统中量子信息学的发展建议。     

从四川高温干旱限电事件看新型电力系统保供挑战与应对展望EI北大核心CSCD

2022年8月,四川遭遇大范围长时间极端高温干旱天气,从而面临“三最”叠加的局面,即历史同期最高极端温度、最少降水量、最高电力负荷。四川水电大幅减发,而负荷又急剧攀升,造成较大的电力供需缺口,继而发生严峻的应急限电事件,引起业界广泛关注。基于此,从高温干旱极端天气出发,剖析了四川限电事件的关键影响因素,并着重对四川源网荷储灵活性资源进行了深入分析。其次,从电力保供维度归纳了新型电力系统电源侧随机化、电网侧互联化、负荷侧电气化、灵活资源市场化与运行控制智能化等多维特征。进一步,从规划、运行、交易、政策4个层面研判新能源占比逐渐提高的新型电力系统将面临的保供挑战。最后,对规划、运行、交易、政策4个层面的挑战提出相应的应对措施、解决思路与建议,为新型电力系统电力保供提供思路。     

特约主编寄语EI北大核心CSCD

热能动力系统是将热力设备有机地结合起来实现热功转化的工艺系统,是目前能源转化与利用的主要载体。在热能动力系统中,各种能源先被转化为热能,再将热能转化为机械能和电能输出。随着“双碳”目标的提出,我国将加快构建“清洁低碳、安全高效”的能源体系,着力构建新型电力系统,一次能源消费将由化石能源为主向低碳、零碳、化石能源互补的多元化方向发展,能源转化模式与用能形态将发生根本性改变。     

基于迁移学习的电力系统暂态稳定自适应预测EI北大核心CSCD

基于人工智能的电力系统暂态稳定预测,通常需要用离线生成的大量暂稳样本对预测模型进行训练,然后根据系统的实时响应进行在线预测。但当系统的运行方式和拓扑结构发生较大变化时,预测模型的精度会显著下降,亟需一种能跟踪系统变化的自适应暂稳预测方法。针对该问题,将迁移学习引入电力系统暂稳预测,基于卷积神经网络提出了一种自适应预测方法。首先利用离线生成的大量暂稳样本训练并得到基于卷积神经网络的预训练模型。当系统运行方式和拓扑结构发生较大变化时,保持预训练模型的网络结构不变,将其中的2个卷积层、2个池化层和全连接层的网络参数迁移至新模型;提出了一种最小均衡样本集的变步长生成方法,用新生成的最小均衡样本集训练分类层参数,从而快速得到新的预测模型。新英格兰10机39节点系统的测试结果表明:所提方法能自适应跟踪系统运行方式和拓扑结构的变化,有效更新预测模型且大幅减少新模型的训练时间,为基于人工智能的电力系统暂态稳定自适应预测提供了一条新思路。     

分层集群的新型电力系统运行与控制EI北大核心CSCD

新型电力系统的发展必将导致电力系统形态的重大调整。随着可再生能源渗透率的不断提升、电力电子设备的广泛应用,未来电力系统容纳的电源与负荷种类将不断攀升,运行与控制的复杂度也将急剧升高。首先,描述将大规模电力系统划分为多层级的含分布式资源集群的小规模电力系统的新形态。各个资源集群皆具有电力供给、消纳及功率交换的能力,并尽量实现集群内的发用功率平衡和自治优化运行。其次,提出分层集群的新型电力系统的3层网络(能量网络、信息网络、价值网络)架构及整体研究思路。在能量网络层面,提出分层集群的新型电力系统的技术特征和形态结构,并介绍我国当前的相关政策支持;在信息网络层面,在介绍新型电力系统分布式感知和信息融合问题后,重点探讨集群智能与协同控制理论、技术在新型电力系统(特别是频率控制)中的应用;在价值网络层面,介绍分布式资源端对端交易、虚拟电厂等新型交易机制和商业模式等。最后,从复杂系理论和多学科交叉研究的角度探讨新型电力系统的前沿研究方向。     

特约主编寄语EI北大核心CSCD

近年来,我国以风电和光伏为代表的新能源发电持续快速增长,致使电力系统中的电源结构发生深刻变化,可以预见,未来以风电、光伏为代表的新能源将成为电力系统的主要电源。电力系统故障特征与电源特性紧密相关,与常规能源电源相比,新能源电源在控制策略作用下故障特性差异显著,同时,为更加友好地满足电力系统运行的需求。