高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革.文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段的特征.结合这一领域的研究成果,全面解析了高比例可再生能源电力系统发展过程中将出现的挑战,分析了电力系...     

面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望

随着可再生能源并网比例持续提高,储能技术的发展受到广泛的关注。季节性储能作为新兴的储能方式,可以实现长时间以及广域空间范围内的大规模能量转移,是消纳高比例可再生能源的重要技术。文中介绍了季节性储能技术的典型类型与发展现状,总结了各种季节性储能的技术性能与关键特征,从季节性储能的建模、灵活运行分析、储能容量需求分析与效益评估、季节性储能优化规划、长-短期储能的协同运行与合理配置等方面综述了电力系统的季节性储能研究现状,从长时间尺度、多能源形式与跨空间范围3个层面分析了面向高比例可再生能源的季节性储能研究的关键科学问题与挑战,展望了未来在季节性储能精细化建模、协调规划、运行控制、综合能源市场等方面需要解决的重点问题,以期为未来研究提供参考。     

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

随着高比例可再生能源并网以及高压直流馈入,频率响应能力不足导致了电网对灵活性调节资源需求也随之增加。针对华东某省受端电网进行多维度运行瓶颈分析,首先引入运行限制指标量化描述影响系统功率平衡和安全运行的多维度运行瓶颈,考虑旋转备用容量和快速调频备用容量等多维度约束建立了电网运行瓶颈识别模型;然后将识别的瓶颈场景根据其相应的运行限制指标进行归纳,并计及不同瓶颈场景对储能持续时间要求,结合技术经济性参数比较各类瓶颈消除方案的相对经济性,得到储能的经济性应用场景及储能需求结论。最后通过算例表明电化学储能技术在消除快速调频备用容量瓶颈和调频容量瓶颈2种场景的经济性优于抽水蓄能和常规机组。

     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

构建新型电力系统是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键,将给电力工业带来深刻变革与挑战。数据-物理融合建模(简称融合建模)是一类新兴的建模技术,能够同时发挥物理机理与数据的价值,有望成为新型电力系统重要的分析工具。为此,该文首先梳理融合建模的相关概念与应用场景,讨论近年来国内外的研究趋势与热点。进而从技术特征和融合模式两方面,提出针对融合模型的分析框架。同时,聚焦于新型电力系统运行领域,全方位总结整理融合建模在应对现有技术挑战方面的潜在优势及不足,并展望未来研究与工程实践的重点发展领域。

     

高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

风电具有复杂的动态特性,其接入直流电网后对换流站间耦合振荡模式的影响尚不明确。针对该问题,文章首先建立了柔性直流电网小信号模型,对比了柔性直流电网交流侧分别联接等值交流系统和风电场时系统振荡模态的异同,识别了换流站间耦合振荡模式;然后利用各换流站状态变量的总参与因子区域分布特征研究了风电场出力以及换流站控制参数变化时对站间耦合振荡模式的影响;最后通过相对增益矩阵(relative gain array,RGA)方法定量评估了有无风电接入时换流站间的交互作用程度。理论和仿真结果表明,风电接入会引入新的弱阻尼模态,但不会改变柔性直流电网的站间耦合现象。柔性直流电网中,逆变侧定直流电压站与定功率站在特定频段具有较强的负交互作用,导致在该频段内的振荡容易在这两个站内互相激发;同时,风电场与风电场侧换流站之间具有强交互作用,与其他换流站间相互作用程度较弱,对于风电接入柔性直流电网引发的稳定性问题,可分别关注风电场与风电场侧换流站间的交互作用以及直流电网各换流站间的交互作用。

     

高比例可再生能源电力系统分析与调控

近年来,为了应对传统化石能源短缺与生态环境恶化,我国可再生能源快速发展,风电与光伏装机容量已居世界第一,将逐步替代火电成为电力系统主力电源。清洁能源的间歇性、不可控性增加了电网运行、控制的难度,大规模交直流混联电网建设在提升长距离送电能力的同时,使得输电网络的机电、电磁暂态特性更加复杂。在此背景下,高比例新能源接入电力系统的协调规划、仿真分析、优化运行、控制保护等众多技术问题亟需解决。     

含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战

未来高比例可再生能源的随机变化特性将给电力系统运行灵活性带来前所未有的挑战,对系统的灵活性资源进行规划成为必要的研究工作。对含高比例可再生能源电力系统灵活性规划的研究动态进行评述,首先分析了高比例可再生能源电力系统的基本特征,给出了电力系统灵活性的定义、主要灵活性资源类型和灵活性平衡原理,然后介绍了灵活性定量评价指标体系,最后,提出了电力系统灵活性协调规划的核心内容及求解思路、存在的关键难题及技术解决思路。     

MGP系统参与新能源电网调频的实验研究

新能源并网易受电网扰动的影响而发生脱网,同时会导致电网惯性和频率调节能力降低,给电力系统的稳定性带来了严峻的挑战。同步电机对(Motor-Generator Pair,MGP)系统是一种有效的解决方案。本文建立了MGP系统数学模型,分析新能源通过MGP并网的功率传输特性和变流器控制原理。在此基础上,研究了MGP系统参与新能源电网调频的作用机理,并在容量为5kW的MGP实验平台进行了实验验证。实验结果表明,MGP系统在电网频率变化时可以向电力系统提供有效的有功功率支撑,有利于提高电网的稳定性。     

典型高比例新能源地区电网采用柔性直流技术进行加强的方案设计方法

本文提出了典型高比例新能源地区电网采用柔性直流输电(VSC-HVDC)技术进行加强的方案设计方法和流程。结合高比例新能源地区电网的特征,首先分析了制约其安全稳定运行的3个主要因素;然后从加强电网安全稳定性的角度,以云南楚雄电网为例设计了采用VSC-HVDC的两种加强方案,进一步提炼出了高比例新能源地区电网采用VSC-HVDC进行加强的选址和定容方法,并且归纳了3个衡量VSC-HVDC加强方案优劣的技术性指标,分别是线路负载率、电压水平以及VSC接入点强度。计算结果表明,按照所提的方案设计方法,两种VSC-HVDC加强方案均能将过载严重的线路负载率降低至90%以下,很好地解决了新能源大发方式下电磁环网的线路过载问题;此外,采用VSC-HVDC技术对地区电网进行加强后,故障期间楚雄地区关键节点的电压水平提升了10%~19%,有效地提升了系统的电压水平。     

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。     

高比例新能源下考虑需求侧响应和智能软开关的配电网重构

提出了高比例新能源接入下考虑需求侧响应(DR)和智能软开关(SOP)的配电网重构策略.首先,构建了配电网重构下的DR和SOP模型;然后,综合考虑网损费用、弃风费用、弃光费用和开关费用,以社会利益最大化为优化目标,构建高比例新能源接入下多时段配电网重构模型;接着,通过大M法和二阶锥松弛将配电网重构模型转化为混合整数二阶锥...     

新能源电力系统用户需求响应复杂适应行为研究

实施需求响应(demand response,DR)可有效消纳可再生能源,平衡新能源电力系统电量供应和需求。首先,分析了需求响应过程的复杂适应系统特征,描述了需求响应复杂交互过程;其次,构建了包含主体对象和环境对象的需求响应过程集成模型,定义了各构成对象;最后,结合多主体系统建模方法构建了用户主体响应行为模型,从主体行为的角度描述了需求响应过程。通过文章的研究,可为实施需求侧响应提供辅助决策,为用户需求响应的研究提供了新思路。     

高渗透率条件下考虑功率协调性的可再生能源调频方式

随着可再生能源发电的占比不断提高,现代电力系统存在转动惯量不断降低,频率特性以及功率传输不稳定的现象。文章分析了可再生能源接入对传统电网频率、功率的动稳态特性影响,明确了可再生能源需要参与系统调频。同时考虑到传统机组与可再生能源出力的协调性,以及系统频率特性的性能,分析了3种可再生能源参与系统调频的方式,对比了在负荷阶跃下对频率以及功率特性的影响,提出了传统机组与可再生能源出力协调性调频方案。基于RTDS的硬件仿真实验表明,所提调频方案保证了系统频率响应的动稳态特性,并且解决了同步发电机与可再生能源功率相互协调的问题。     

纯清洁能源下水电高占比送端电网频率稳定协调控制策略研究

含大容量密集型直流的送端电网在实现纯清洁能源转型后,其转动惯量和有功调节能力将大幅下降,进一步加剧直流闭锁故障时的频率失稳风险。为保障水电高占比送端电网在纯清洁能源形态下的频率稳定性,提出一种统筹考虑虚拟惯量、需求响应、直流调制和稳控切机的多阶段协调控制策略。以规划的四川中长期目标网架为基础,分析了该电网在纯清洁能源形态下发生直流单极、双极、多极闭锁故障后的频率稳定特性,并通过BPA仿真验证了所提频率稳定协调控制措施的有效性。     

新能源消纳电量库交易机制的实践与经验

近年来,随着清洁低碳能源战略持续推进,新能源装机容量快速增长,新能源发电在系统中的比例不断提升.新能源高渗透性、随机性和波动性对系统调节能力和承载能力提出更高的要求.在深入分析新能源发电特性的基础上,挖掘电网互补潜力,提出新能源电量库交易机制.首先,建立新能源电量库交易模型,设置约束条件,给出交易申报和出清方式.然后,...