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。     

构建新一代能源系统的设想

回顾了三代电网的发展历史和主要特征,阐述了从第三代电网到新一代能源系统的基本概念,分析了源端综合能源系统和电力传输网络,受端综合能源系统,以及构建新一代能源系统需要解决的重大科学和工程技术问题,介绍了以"互联网思维"审视传统电力系统的理解要点及以"互联网思维"建设和改造传统电力系统的3个层次,总结了构建新一代能源系统的优越性。     

电力海绵城市系统研究与应用

传统运行模式下,电网在安全性、经济性、消纳区外可再生能源等方面存在瓶颈。同时,由于信息孤岛效应的存在,用户侧电力资源闲置浪费和电力商品属性单一的问题突出。基于"互联网+智慧能源"的理念,从组织架构、技术架构、生态架构等方面系统阐述了电力海绵城市系统的设计思路,并提出了8大应用创新。基于上述设计理念,开发了城市用电侧电力统一管理平台,并上线运行。电力海绵城市系统是实现"需求弹性,供需协同"与"区内平衡,广域协同"的网约电平台,属于能源互联网新模式和新业态的创新实践。     

基于分布式电源的能源路由器设计研究

随着大量的分布式电源接入电力系统中,逐渐改变着传统电力系统的结构和运行模式。能源互联网作为未来电网发展的必然趋势,日渐受到政府和专家的重视,成为了当前的研究热点问题。作为能源互联网关键接口设备,能源路由器具有统一电能接口和通信接口的特点。设计了一种基于分布式电源的能源路由器结构设计。将能源路由器划分为核心控制通信部分和能量传输部分。主要针对能源路由器的能量传输部分进行了全面分析设计,通过构建直流交流双母线动态互动的方式来实现供电的高效、稳定和节能的目的。针对能源路由器的电能传输部分进行了建模与仿真。通过仿真结果验证系统的交流侧和直流侧供电稳定性和电能质量满足目前分布式接入和电力系统运行电能质量的要求。     

能源转型中我国新一代电力系统的技术特征

我国能源生产和消费面临转型,构建新一代电力系统是实现这一重大转变的关键步骤。新一代电力系统是其发展历程的第三代,大幅提高非化石能源电力占比,形成非化石能源为主的电源结构是其重要标志,在智能电网发展的基础上构建更加智能化和多能互补的能源互联网是其发展方向。根据当前及未来电力系统发展面临的主要问题和关键因素分析,提出了新一代电力系统的主要技术特征:适应高比例可再生能源接入、具有高比例电力电子装备、支撑多能互补综合能源网,以及与信息通信技术进一步深度融合。高效低成本太阳能风能发电技术、高效低成本长寿命储能技术、高可靠性低损耗电力电子技术、高强度低成本绝缘技术和超导输电技术,以及新一代人工智能技术等几类技术整体突破将对新一代电力系统的未来发展具有决定性影响。上述技术特征内涵和核心技术问题的分析,有助于进一步探讨新一代电力系统研究和发展的方向。     

能量路由器在泛在电力物联网配网侧的应用研究

随着能源结构的调整与转型,互联网技术和数字化技术的迅猛发展,国家电网提出"三型两网、世界一流"的战略目标。其中,以电力建设为平台应用实践泛在电力物联网,成为打破行业壁垒,走向共享、共赢和开放的战略之举。新能源(电力)、水、气在电力系统中配电侧需求量的比重加大,电力系统是整个能源链的核心环节,长期以来依靠上下游支撑,保持平稳运行。所以,研究如何将现有配网侧负荷需求和发电管理等融入泛在电力物联网建设是当前工作的重中之重。能量路由器通过智能识别源端(电网侧、用户侧)、负荷端的发电、用电需求,具备能量流双向流动,优化电源端与负荷端电力需求,充分满足了国家电网对泛在电力物联网配网侧的需求,具有重大的现实意义。     

华东区域智能电网环境下的负荷调度

阐述了充分挖掘电力需方资源,可以缓解电力供需平衡、促进节能减排、扩大可再生能源的接入。指出传统的需求侧管理、需求侧竞价和有序用电在一定程度上有效利用了负荷侧资源。介绍了负荷调度的理论与实践,从系统运行角度出发,在智能电网技术的支持下,通过负荷调度将负荷侧资源常态化地纳入电力系统的调度运行,实现充分考虑需方资源的电力系统综合优化调度,提出华东区域智能电网环境下的负荷调度设想。     

能源转型下的未来交流和直流联合运行模式及发展趋势探讨

随着全球能源向低碳化转型,电力系统“源”、“荷”特性发生深刻变化。“源”侧加速向新能源发电为主导方向发展;同时,电能替代的推进使“荷”侧规模及特性产生本质改变。生产与消费环节的双重变革,为传统的电网形态带来了巨大挑战。该文从支撑能源转型需求出发,基于交流系统和直流系统自身技术特点,探讨如何构建适应于未来电网发展的交流和直流联合运行形态。首先,概述交流和直流的本征特性,分析两种技术的适用范畴;其次,针对高比例新能源、灵活负荷等接入电网带来的电力平衡、系统稳定、谐波谐振等关键问题,阐明不同交流和直流组合形态的解决或改善效果;最后,针对不同区域的应用场景,提出未来交直流联合运行模式的发展路径,为“双碳”目标下新型电力系统的构建提供参考。     

观点

<正>舒印彪:扩大在全球能源治理中话语权从培育我国全球竞争优势的战略高度出发,集中力量攻克一批能源电力领域的重大核心技术,支撑新一代电力系统和能源互联网建设,提升能源安全保障能力,抢占电力科技制高点,推动我国从电力大国向电力强国转变。秦海岩:智能化应用元年悄然来临风电+大数据可期待以前,电力系统是发电侧围绕需求侧运转;未来,在不影响正常工作生活的情况下,利用互联网技术的灵活性调整需求侧,达到"随风而舞、随光而动,"提升整个系统可再生能源的运用比例是一种发展趋势。     

基于能源互联网用户核心理念的高载能-风电协调调度策略

能源互联网概念中以用户为核心的服务理念将对电网的运营理念产生影响。大规模集中式新能源并网给电网运行带来巨大挑战,传统集中式调度管理无法满足新能源发电需求和用户用电需求。而基于发电-用电需求的发电商-电力用户双边交易模式给新能源并网带来了新思路。基于发电商与电力用户互联的思想,对2类高载能负荷的调度模型进行了精细建模,在已有的基于电量的协调模式的基础上,讨论了基于电力的新能源-高载能协调调度模式。算例结果验证了高载能负荷精细模型和协调调度模式的准确性。     

基于多能源需求响应的综合能源系统动态优化控制研究

需求响应(demand response,DR)是需求侧参与电网灵活互动的重要途径,其在能源互联网中的衍生为综合需求响应(integrated demand response,IDR),利用冷、热、电、气等不同形式能源间的耦合互补关系,在需求侧进行多能源协同优化。本文基于综合能源系统(integrated energy system,IES)框架结构和IDR 的基本理论,提出考虑多能源需求响应下的综合能源系统动态优化控制方法。依据电力需求和价格弹性理论,综合考虑了能源价格对电力、天然气等能源消耗量的影响,构建了多元化用能价格需求响应模型;以经济和环境成本最小为目标,建立了基于DR机制的IES多目标动态运行优化模型,并采用改进的非劣性遗传算法（NAGA-Ⅱ）进行求解,最后以典型园区为例进行实例仿真分析,验证了多能源需求响应对促进综合能源系统优化运行的有效性。     

电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线

源–网–荷装备电力电子化是当前我国电力一次系统发展的重要趋势和特征。运行实践中与装备电力电子化相关的不明机理事故频发,开展电力电子化新一代电力系统动态问题研究是保障电网安全稳定运行的重大需求。文中基于源–网–荷环节中电力电子化装备比重持续提升的现实,凝练电力系统稳定分析与控制、故障分析与保护所面临的新挑战,提出分析和解决电力电子化驱动下电力系统控制和保护问题的技术路线图,结合电网运行实践提出基础理论和关键技术创新的主要需求,为相关管理部门、研发机构和研发人员提供参考。     

基于需求响应的电网能源调度模型研究与设计

由于电力高峰负荷持续时间短,导致采用传统的增加调峰发电装机容量来满足电网高峰负荷需求的方法经济效益极低,同时由于大量间歇式新能源的接入,其自身随机性、间歇性的特点也给电力系统能源调度带来了新的挑战。基于此,针对用户激励响应行为进行建模分析,对供应侧和需求侧的资源进行协调和优化,建立了可以综合考虑供应侧和需求侧的作用激励的含风电新能源发电网双层电能优化调度模型,该模型集成了需求侧直接复合控制策略,有效地补充和丰富了需求响应理论在风电并网优化调度中的应用。最后基于该模型以某地区风力发电预测功率和夏季典型日负荷数据进行实验分析。结果表明构建的模型具有较强的经济性,实现了平缓负荷曲线,在保证用户满意度的情况下,可以有效降低电网运行成本。     

面向能源互联网的新型需求侧管理模式研究

目前,能源互联网已经成为我国电力系统发展的主要方向。能源互联网的建设将在很大程度上改变目前能源利用现状和管理模式。从需求侧管理的角度,阐述能源互联网条件下的新型控制策略,传统的需求侧管理是基于电网与用户的相互作用,通过相关协议达到对负荷的部分可控,能源互联网的发展,使得用户侧的信息交互更加重要与频繁,同时由于各种能源发电形式的接入,使得对用户的负荷管理也越来越重要。提出一种面向能源互联网的需求侧管理方法,该方法利用用户侧健全的通讯基础设施,在每个用户的智能量测设备中增加用电计划控制模块,该模块借助博弈论的思想使每个用户根据其他用户的用电计划制定出使得自己用电支出最小的用电计划,最终得到所有用户的能源消费计划。在整体的能源消费计划下,达到系统运行的峰均比和发电成本最小。最后,通过实例仿真证明了该负荷管理模式的有效性。     

综合能源系统的关键经济问题研究

综合考虑我国电力工业改革和电网技术发展方向,提出综合能源系统概念及其关键经济问题。分析电力需求、发电结构、电价等10个影响综合能源系统经济性的主要因素及其作用机理,构建了对应的因果关系模型。在此基础上,对综合能源系统的关键经济问题进行了框架式研究,主要包括综合能源系统最优发电结构决策、投资建设模式、运行模式和全寿命周期经济效益评价4个方面。     

电动汽车提供备用服务的地区电力市场模型

地区电力市场模型将有效解决众多分布式可再生能源(DRES)与电力用户的电力交易问题,而且随着电动汽车的普及与电动汽车入网(V2G)技术的成熟,电动汽车为城市电网提供旋转备用更具经济性。文中对地区电力市场进行了描述,并在此基础上利用基于市场的控制方法,提出了电动汽车参与地区电力市场提供备用服务的交易方法;将系统备用需求分为发电侧需求和用户侧需求,使其各自参与备用市场购买备用以实现利润最大化,并满足系统功率的稳定性。以光伏发电为例,建立了光伏发电概率预测模型,验证了通过购买适当的备用容量,光伏发电商能获得更高利润,并降低其发电不稳定对系统的影响。算例表明地区电力系统运行中心可以通过调节惩罚系数协调各市场成员的备用需求量,对系统的功率误差进行控制。     

考虑广义需求侧资源的江苏“十四五”电源规划

通过梳理江苏省电力能源现状及发展潜力,分析了"十四五"规划期间省内电力需求及电力平衡状况;针对江苏省电源发展不协调、系统运行风险提升的情况,提出考虑广义需求侧资源的电源规划方案,利用广义需求侧资源的可调节特性,配合电网电源侧实现电力系统供应侧和需求侧的双侧协调;通过时序运行模拟仿真,评估不同电源规划方案的经济效益、供电可靠性水平等指标,为江苏电网"十四五"期间的电源规划与发展提供了重要参考依据.     

促进可再生能源电力接纳的技术与实践

我国已成为可再生能源发电装机规模与发电量最大的国家,可再生能源电力接纳问题日益突出,寻求该问题的解决方案将是"十三五"期间的重大任务。为此,该文从电力系统整体出发,分别从电网侧、发电侧及用户侧,梳理了促进可再生能源电力接纳的技术现状,总结了其技术特征与国内外实践经验,为我国"十三五"期间可再生能源接纳格局的改善提供借鉴。在电网侧,特高压输电技术、柔性直流输电技术、电网智能化技术将为我国可再生能源在更大范围的接纳提供坚强纽带,实现发电侧与用户侧间更为灵活、紧密的联系;在发电侧,常规机组的灵活调节技术、可再生能源的精细预测及主动控制技术、大规模储能技术将推动我国各类电源运行方式的深度转变;在用户侧,可再生能源电力供热、需求侧响应与虚拟电厂等技术将为终端用户主动、柔性地调节自身负荷、更多地使用可再生能源电力提供解决方案。依托特高压输电技术、融入大市场,实现可再生能源最大范围的优化配置,将是适合我国国情的重要选择。     

基于SM/AMI的配电网监控体系研究综述

面对传统电力系统的弊端和日益增长的电力需求,智能电网得到了广泛重视与研究。而实现电网智能化的第一步就是构建基于智能电表的高级量测体系(SM/AMI)。以SM/AMI为研究对象,分析了SM/AMI的结构以及SM/AMI在电力用户和电网公司中的作用;阐述了SM/AMI对于配电网运行和管理方式、电力用户消费行为模式的影响;研究了基于SM/AMI的需求侧资源调控策略,探讨了基于SM/AMI的高级应用,介绍了我国首个中新生态城智能电网综合示范工程, 希望能够对智能电网和配电网的研究有一定的参考价值和指导意义。     

参与新型电力系统需求响应的分布式储能资源管理与策略研究

随着越来越多的光伏、风电、地源热泵等新能源的接入,电网对高比例新能源的安全可靠并网及高效消纳提出了更高要求。储能作为分布式能源重要的能量调节单元,参与新型电力系统的管理、调度、优化作用愈加明显。将参与新型电力系统需求响应的储能作为统一资源进行研究,来解决新型电力系统的需求响应、新能源消纳等问题,以保障电网安全可靠运行。在分析客户侧储能调控策略基础上,提出了一种以能源互联为基础的用户侧分布式储能规模化应用系统,利用网间较为分散的储能资源,希望可以为电力负荷调度的优化以及分布式储能系统运行效率的提升提供相应的参考与借鉴,以实现区域自治的需求响应。通过该研究,可为可再生能源高效消纳提供参考。