“双碳”目标下宁夏构建新型电力系统的问题与建议

宁夏作为国内首个新能源综合示范区,新能源装机占比2022年底将达到50%,超越煤电成为第一大电源,随之面临新型电力系统建设带来的问题和挑战。围绕能源资源禀赋、电网网架、电力外送、新能源消纳和转型政策5个方面总结宁夏构建新型电力系统的基础与优势,并结合宁夏发展实际,从产业结构、电力供应保障、新能源并网消纳、安全稳定运行4个方面分析新型电力系统构建过程中存在的问题;最后,围绕上述问题提出了加快能源产业结构转型升级,保障电力安全可靠供应,提升新能源并网消纳能力,提高新型电力系统安全防护能力等相关建议,对推动宁夏能源转型发展和新型电力系统建设具有一定的指导意义。     

面向网络节点的新能源高占比系统消纳阻力精细化评估

随着新能源装机容量的不断提升,新能源高占比系统弃风弃光问题严峻,开展新能源消纳问题研究,精确定位新能源消纳阻力对提升新能源消纳措施的制定有重要意义。文中提出一种面向网络节点的电力系统新能源消纳阻力精细化评估方法。首先,基于潮流追踪算法将网络节点潮流划分为常规机组注入、新能源注入和负荷流出三部分;其次,从网络节点角度建立调峰、调频及节点电压偏差约束与新能源消纳的数学关系模型,计及三者耦合关系分析网络节点弃电情况;然后,构建基于网络节点的新能源消纳阻力评估模型并求解,定位系统中新能源消纳的关键节点,明确各节点新能源消纳制约因素并量化新能源消纳阻力;最后,基于改进IEEE 39节点系统设计算例,验证了评估方法的有效性。所提评估方法可为电力部门采取措施以提升新能源消纳提供依据。     

新型电力系统体系下新能源发展态势及市场化消纳研究

新型电力系统的电源侧与负荷侧形态均发生深刻变化，电力系统呈现极高的复杂性、耦合性和不确定性。面对上述挑战，需要及早研究新能源发展态势、市场化消纳及构建新型电力系统技术需求。聚焦国内外新能源发展态势，重点总结了新能源并网调度运行、市场化消纳和主动支撑能力建设的关键点和难点，并结合新型电力系统技术架构对新能源发展前沿进行分析研判，力图明晰新型电力系统体系下新能源发展技术需求，助力能源绿色低碳发展。     

基于消纳数据的新能源接入通道安全评估方法

为确保新能源接入通道正常运行，降低故障发生概率，提出了基于消纳数据分析的新能源接入通道安全评估方法。将通道负荷能力和低谷负荷时期常规电源的调峰能力两种消纳数据作为安全指标，构建评估目标函数，并根据实际需求给出相关约束条件，通过绘制风险变化图完成安全评估全过程。以广东某新能源发电站为例，采用所提方法评价发电站的消纳数据接入通道中各个设备的安全状态。结果表明，所得评估数据与专家评估相符，可作为新能源电力系统推广的有效数据支撑。     

基于非时序模型的新能源消纳能力评估方法

随着风电和光伏装机容量的快速增长,弃风和弃光问题日益突出,开展新能源消纳能力研究,建立消纳能力量化评估体系对电网调度的运行和控制工作有着重要的意义。文中提出了一种基于非时序分析模型的新能源消纳能力量化评估方法。该方法基于概率分析理论,首先利用阿基米德Copula函数构建了新能源理论出力的概率分布,通过负荷特性构建了系统新能源消纳空间的概率分布,进而得到了系统新能源弃电功率的概率分布。然后,再通过新能源弃电功率的概率分布计算得到新能源弃电率,评估系统的新能源消纳能力。最后,基于EPRI 36机组系统验证了所提方法的正确性和有效性,并分析了负荷、新能源装机容量、常规机组调峰率以及备用水平对弃电率的影响。     

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。     

双碳目标下我国新型电力系统的构建与演变研究

构建新型电力系统,对于实现碳达峰、碳中和目标至关重要,而对新型电力系统构建路径及其演变的探索则是重中之重。该文从我国电力系统的互联格局出发,聚焦构建新型电力系统面临的供应安全、平衡调节、供电成本等系统性问题和挑战,采用计及多种灵活性约束和基于时序模拟的广域电力系统源–网–储协同规划方法,以系统总成本最低为目标,兼顾源–网–储可规划容量、新能源发电量占比及源–网–储各种设备时序运行特性等条件约束,结合已有研究规划,系统性分析了2025、2030、2050及2060年中国7大区域互联电力系统风电、光伏新能源和新型储能装机容量,并在此基础上,分析了不同水平年全国互联系统新能源装机及占比、新能源发电量及占比、不同时间尺度储能装机及占比、新能源利用率、供电成本、同步机出力占比和碳排放等技术经济指标,并总结了其发展演变趋势,为构建新型电力系统提供技术和决策参考,有力支撑了我国实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标。     

兼顾区域自律和消纳品质的配电网新能源消纳能力分析方法

为降低新能源发电随机不确定性导致配电网对主电网的强烈功率扰动,提高电力系统新能源多层次有序消纳能力,提出新能源配电网利用可控资源实施区内自律管控的输配协调消纳策略,研究在配电网资源给定条件下满足区域自律特性和消纳品质的新能源合理消纳能力分析方法。首先,阐述配电网自律运行实施策略,提出描述自律运行能力的性能指标;构建配电网新能源消纳容量优化配置模型,建立基于储能、柔性负荷和网络重构手段的配电网满足自律约束的运行行为模型,并采用遗传算法进行求解;提出考虑法纳品质的新能源消纳能力评估指标,并采用年时序仿真手段分析配置方案综合性能。最后,以某城市经济技术开发区为算例进行分析,验证了该方法的有效性及合理性。     

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。     

大规模新能源集群接入弱电网的消纳能力评估方法

高比例新能源接入区域系统强度弱，已经逐步成为制约新能源消纳的重要因素，因此亟需提出一种适用于新能源集群弱电网系统的新能源消纳能力评估方法。首先基于容量短路比指标计算方法，并以临界短路比指标约束建立了新能源消纳能力与新能源并网点系统强度之间的关联，阐述了弱电网系统制约新能源消纳的机理，并分析了无功补偿方式对弱电网系统新能源消纳的提升机理；然后，在传统时序生产模拟算法基础上，加入短路比约束，提出一种考虑短路比约束的时序生产模拟模型，以准确评估弱电网系统新能源消纳能力。最后，结合我国“三北”地区某新能源汇集送端系统工程，开展了基于短路比约束的弱电网系统新能源消纳评估应用研究，并进一步量化分析了各无功补偿方式对新能源消纳提升的效果。     

特约主编寄语

随着新型电力系统的快速建设,新能源发电量的占比逐年稳步提高。新能源出力本身具有较强的波动性和间歇性,为新型电力系统的安全稳定和可靠供应带来巨大挑战。叠加近年来极端天气因素影响,需求侧季节性负荷峰谷差日益加剧,使得新能源发电与用电需求时域不匹配的矛盾进一步突出。新型储能作为一种跨时间、跨空间转移能量的技术手段,不仅有助于适应新能源的波动性,增强电网系统消纳新能源的能力,而且有利于电网削峰填谷,保障大电网安全稳定运行。大规模新型储能的智慧调控和安全防护是新型电力系统建设过程中的关键支撑,也是构建我国“清洁低碳、安全高效”能源体系的重要基础。     

特约主编寄语

新型电力系统是电力行业推进“双碳”目标的重要物质基础,也是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的关键环节。在新型电力系统构建过程中,高渗透率的可再生能源和高比例的电力电子设备的广泛接入在扰动失稳和低频/次同步振荡等方面对电网运行的安全造成了极大的不确定性。增强电力系统的安全稳定运行是传统电力系统向新型电力系统过渡阶段的重大技术挑战,也是提升高比例新能源并网消纳的关键基础。     

考虑稳态和动态有功平衡约束的新能源消纳综合评估方法

随着新能源占比的增大,电网调峰能力和频率稳定问题已成为新能源消纳的主要制约因素,提出一种考虑调峰、频率稳定以及机组调节性能等稳态、动态平衡条件约束下的新能源消纳能力综合评估方法。考虑联络线调峰,计算电网的新能源渗透率。通过应力和寿命之间的关系计算出机组频繁调节下的寿命损耗,分析对新能源接纳能力的影响。并把频率稳定作为重要约束条件,分析不同类型扰动例如一般扰动和严重故障限制下的新能源消纳水平。分析结果揭示了不同因素下的交互制约关系,提高了评估新能源消纳能力的系统性和适应性,并给出了相关建议。     

考虑深度嵌入聚类多场景的城市输电网规划综合评估方法

现有电网规划评估大多针对特定如高峰负荷场景展开,聚焦于新能源占比较低的传统电力系统无法满足新型电力系统运行场景多样化需求。提出了基于D-vine Pair-Copula和深度嵌入技术的不确定性场景生成和聚类方法,挖掘评估过程中需要考虑的有限场景。针对城市输电网,构建了综合评估指标体系,涵盖多场景下的经济性、安全可靠性、灵活适应性、环保性、新能源消纳能力、交直流强度6个方面,考虑了电力电子化、高比例新能源等的城市电网新特征,指标均能够在规划阶段通过潮流计算、短路电流计算等获取。采用基于组合权重模糊数学和雷达图的综合评估方法,以我国某城市输电网为例验证了方法的有效性。     

火电机组调节能力在线评估技术应用分析

针对高比例新能源电力系统调峰运行问题,提出了火电机组调节能力在线评估方法,建立了火电机组调节能力评价的数据资源集合以及反映机组调节能力的各影响因素的评价指标体系,形成了火电机组调峰能力与调节速率分析的在线应用,可以有效支撑电力调度对火电机组调节能力的动态评估,为新能源消纳和电力系统安全稳定运行提供了技术保障。     

面向新能源消纳的信息-物理-社会标准化信息模型及其应用

标准化信息模型是信息系统间进行信息交互的必要途径。与传统的电力领域应用相比,新能源消纳应用需考虑民生供热、环保限产等社会类因素。首先,借鉴电力系统标准化的经验,设计了“消纳评估模型层-电力市场运营管理层”的两横两纵新能源消纳信息架构,阐述了信息-物理-社会标准化信息模型在新能源消纳应用构建过程中的重要作用。然后,提出了基于“现象-数据-数据提供者”的新能源消纳数据标准化建模方法,将消纳相依驱动事件分析纳入模型,实现社会类信息建模,构建面向新能源消纳评估的社会类信息标准化数据模型。同时,剖析并扩展IEC 62325市场运营包,形成新能源消纳业务信息模型,实现市场环境下促进新能源消纳的措施的标准化建模。集成面向新能源消纳评估的社会类信息标准化数据模型和新能源消纳业务信息模型,构建了面向新能源消纳的信息-物理-社会标准化信息模型。最后,在中国冀北地区集成了该标准化信息模型,提升了新能源消纳相关应用间数据交互的效率及安全性,简化了研发应用过程。     

机械弹性储能系统的储能运行控制技术分析——评《新型机械弹性储能技术》

<正>为实现“双碳”目标和构建以新能源为主体的新型电力系统，需提高可再生能源的消纳能力，并保证能源供应的稳定性和可靠性。可再生能源如风能、光能等不稳定的特点，给电网带来很大的不确定性，尤其在高温和寒冷季节。储能技术能将多余的可再生能源储存起来，在电力供应不足时向电网供电，实现可再生能源的平稳消纳，还能提高电网的可靠性和稳定性，抵御天气等突发事件的影响，确保电力供应的安全稳定。储能技术是推动新能源发展和构建新型电力系统的重要保障。     

含燃气发电综合能源系统风电消纳能力评估

随着风电等出力波动且不确定的新能源规模化发展,其有效消纳成为重要难题,具有快速调节能力的燃气机组将在风电消纳中扮演重要角色。现有风电消纳能力评估工作大多仅以电力系统视角展开,并未充分考虑天然气、煤炭等发电资源约束对评估结果的影响。为此,该文提出一种电–气耦合综合能源系统风电消纳能力评估方法,计及燃气机组用气需求对天然气系统供气充裕性的影响,以不确定集合形式建模风电不确定性,并采用电力系统运行风险作为评估指标,优化风电可消纳区域。上述模型在数学上构成一类两阶段鲁棒优化模型,为处理天然气网络方程中非线性项,采用分段线性化方法,因而在第二阶段内层极小化问题中引入布尔型变量,并应用嵌套CCG算法求解。算例分析在2种不同规模的测试系统展开,验证了在风电消纳能力评估时合理建模天然气系统的必要性,并分析了风电出力预测精度、弃风与切负荷罚系数、系统规模等因素对评估结果和方法的影响。     

考虑发电侧成本的新能源消纳能力评估

随着近几年新能源装机容量的快速增长,弃风、光问题变得愈加严重。如何有效评估新能源消纳能力已成为宏观决策部门与新能源发电企业十分关心的问题。考虑了系统调峰能力等约束条件,提出一种基于时序生产模拟的新能源消纳能力评估方法。通过核算新能源发电企业在全寿命周期内的投资与运行费用,得出新能源企业在不同盈利水平下相应的弃新能源比例,并以该比例作为评估新能源消纳能力的指标。以西部某省为例,对该省2016年新能源消纳能力进行评估,得出在不同弃新能源比例下的新能源装机容量和消纳电量,验证了方法的合理性和有效性。     

基于多状态概率模型的新能源消纳能力分析

新能源发电装机规模日益增加,客观评价电网消纳新能源的能力是提高新能源渗透率又保证系统安全稳定运行的重要条件。本文基于新能源联合出力多状态概率模型,考虑系统调峰容量约束,利用新能源装机规模、损失电量及消纳电量在无约束情况下新能源理论可发电量中的占比等指标来综合评估电网的新能源消纳能力,进而提出一种基于多状态概率模型的新能源消纳能力分析方法。对某省2020水平年规划电网新能源消纳能力进行了实例分析,统计历史年新能源出力概率分布,并依据该统计结果求取了风电、光伏联合出力概率分布,利用该省电源、负荷等规划数据测算了系统剩余调峰容量,进而评估了新能源消纳能力,分析了状态数选择对分析结果的影响,验证了所提出方法的正确性和有效性。