含高比例可再生能源的交直流混联电网规划技术研究综述

为了解决含高比例可再生能源的交直流混联电网供电问题,提出了电网规划的研究框架。首先总结了含高比例可再生能源的交直流混联电网的结构形态特性,围绕多重不确定性和电力电子化两个关键驱动因素,指出了系统规划在场景提取、规划建模、优化策略和运行模拟等方面面临的新挑战。从五个方面评述了国内外研究成果,包括源网荷储协同规划建模、不确定性场景构建、复杂交直流网架优化、换流设备配置优化以及潮流分析。最后,结合交直流混联电网在能源市场交易中的优势,展望了电网规划研究中的关键研究点。     

多端柔性直流输电解决含高比例可再生源电网消纳送出方案

风电、光伏等可再生能源大规模接入消纳是我国电网发展过程中亟待解决的问题。可再生能源出力的不确定性和波动性是影响高比例可再生能源区域电力送出和稳定运行的主要因素。尤其对于电网比较复杂的区域,可再生能源占比高会给电网规划和运行带来很大问题。为抑制高比例可再生能源波动性及出力不确定性对电网稳定性和送出能力的影响,可通过柔性输电技术灵活控制潮流和动态无功控制支撑电压稳定。以云南电网为背景,设计了楚雄大理地区的柔性多端直流联网方案,并给出了控制策略。仿真结果表明,柔性多端输电技术可增强地区电网的稳定性,并大大提高地区电网的送出能力。     

考虑电力系统灵活性的网-储联合规划

高比例可再生能源接入电网使得规划问题更加复杂。提出考虑电力系统灵活性的网-储联合规划方法。分析风电和光伏出力的相关性,采用蒙特卡罗方法生成大量可再生能源发电和负荷场景。基于k-means聚类算法对生成的场景进行缩减,并利用改进的遗传算法确定最优聚类数。通过斯皮尔曼系数筛选典型场景,构建考虑生成概率的典型场景集合。建立以提升灵活性、降低投资成本为目标的双层网-储联合规划模型,并采用灰狼算法迭代求解。算例分析结果表明所提网-储联合规划方案能够有效地提升电力系统灵活性,促进可再生能源消纳。     

计及高渗透率可再生能源接入的配电网节能规划研究

针对配网可再生能源接入比例的不断增加,传统规划方法已难以满足电网发展需求.提出了一种含可再生能源高比例接入的配电网分层分区节能规划方法.首先对高比例可再生能源的容量及布局进行优化,实现可再生能源的初步选址和定容;其次,以可再生能源规划结果为初值,构建双层迭代规划模型,实现以成本和节能效益为目标的优化决策模型;最后,采用和声搜索算法对所提优化模型进行求解.算例采用真实电网数据进行分析.仿真结果表明,所提模型和方法有效且具有可行性.     

碳中和目标下电网节能减排与运营效率综合评价方法

结合新一代电力系统"高比例可再生能源"的特征,围绕目前电网规划建设过程中对电网节能减排与运营效率考虑不足的问题,研究并提出了碳中和目标下电网节能减排与运营效率综合评价方法.基于高比例可再生能源电力系统时序生产模拟模型,以可再生能源消纳电量最大为目标,考虑系统调度运行中的各种约束条件,模拟电网全年运行状态.利用电网节能减...     

面向高比例可再生能源并网的输电网规划方案综合评价

高比例可再生能源并网是未来电力系统的发展趋势,输电网规划方案综合评价应该契合高比例可再生能源并网的新特点。首先介绍了输电网规划方案综合评价的基本要素和评价流程,并从评价指标体系和综合评价方法两个角度对现有的电网规划评价相关研究进行了综述。然后从可再生能源的强不确定性、可再生能源消纳压力、高度电力电子化与交直流混联等三个方面分析了高比例可再生能源并网对输电网规划评价与决策的影响。在此基础上,从评价对象、评价指标、评价方法以及评价结果的应用等四个维度对未来面向高比例可再生能源并网的输电网规划方案综合评价研究进行了展望。     

高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统

以风光为主的高比例可再生能源通过不同电压等级接入电网,输电网与配电网之间的互济需求增强,促使输电网规划考虑与配电网协同,然而协同规划却面临着缺乏测试系统的难题.因此,构建了一个高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统HRPTD-20,描述了系统的源网荷基本特性并给出了相关数据.系统包含2个区域、3个电压等级,以及3种传统和3种未来典型配电网结构场景,可再生能源装机容量占比接近55％.基于考虑输配协同的输电网规划模型求解,给出了测试系统的基准规划方案.对比分析验证了该测试系统可以用于输配电网协同规划,有助于提高可再生能源通过不同电压等级接入输配电网的消纳能力.     

考虑高比例可再生能源出力不确定性的电力流规划方法EI北大核心CSCD

可再生能源接入比例的不断增加给包括电力流规划在内的电力系统规划工作提出了新的挑战,要求电力流规划必须考虑高比例可再生能源接入所带来的不确定性影响。提出了负荷水平模式的概念,对不同负荷水平出现时间和频度进行了分析,进而根据历史数据给出相应负荷水平下风、光等可再生能源出力的概率统计性特征及相应场景。在此基础上,建立了以社会总成本最小为目标的电力流规划模型,并采用了负荷水平模式+概率场景的方法来处理不同负荷水平下的可再生能源不确定性,可有效缩减不确定性的概率空间,提高了规划的精度和可靠性。最后利用某区域电网算例对所提模型进行了验证,并与现有主流不确定性规划方法进行了对比,仿真算例结果验证了所提模型的有效性。     

基于态势感知的电网消纳可再生能源发电评估与扩展规划方法

随着风电等出力具有不确定性的可再生能源大规模接入电网,电网规划将面对新的挑战。基于态势感知技术,提出了含高占比可再生能源的水平年电网规划方法。首先,在态势觉察阶段对考虑不确定性的可再生能源出力进行建模和时序出力模拟,并利用序贯蒙特卡洛模拟出机组、线路工作状态时序。其次,在态势理解阶段,利用考虑爬坡约束的多时段直流最优潮流对电网态势进行运行模拟。然后,通过态势呈现和预测阶段所提出的定量指标对规划水平年的电网态势进行展示,并分析电网的缺陷。最后,利用态势利导给出电网规划方案。算例仿真显示,该方法能够有效考虑可再生能源出力的不确定性,并定量给出现有电网运行态势的经济性、可再生能源消纳、线路利用率等指标;利用态势利导提出的电网规划方案能够有效降低电网总成本,提高电网的可再生能源消纳水平。     

考虑高比例可再生能源出力不确定性的电力流规划方法

可再生能源接入比例的不断增加给包括电力流规划在内的电力系统规划工作提出了新的挑战,要求电力流规划必须考虑高比例可再生能源接入所带来的不确定性影响。提出了负荷水平模式的概念,对不同负荷水平出现时间和频度进行了分析,进而根据历史数据给出相应负荷水平下风、光等可再生能源出力的概率统计性特征及相应场景。在此基础上,建立了以社会总成本最小为目标的电力流规划模型,并采用了负荷水平模式+概率场景的方法来处理不同负荷水平下的可再生能源不确定性,可有效缩减不确定性的概率空间,提高了规划的精度和可靠性。最后利用某区域电网算例对所提模型进行了验证,并与现有主流不确定性规划方法进行了对比,仿真算例结果验证了所提模型的有效性。     

储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析

储能可以缓解高比例可再生能源接入电网对电力系统规划、运行等带来的一系列影响。针对高比例可再生能源接入条件下大电网的频率控制问题,分别对储能在改善系统暂态频率稳定性以及改善系统一次和二次调频方面的价值,提出储能需求判据和容量配比分析方法。储能配置的大小与可再生能源接入比例、在线常规电源提供的转动惯量大小、系统暂态频率最低值等因素有关,针对高比例可再生能源引起的系统波动性问题,可以通过配置一定的储能跟踪系统净负荷1 min、10 min波动幅度,改善系统频率控制性能。     

可再生能源和特高压接入下的区域电网可靠性和稳定性评估

为了掌握可再生能源和特高压接入给电网安全可靠性带来的影响,对2020年某实际区域电网规划网架进行了可靠性和稳定性的全面评估。本文提出了考虑可再生能源和特高压出力概率模型的基于蒙特卡罗模拟的可靠性评估方法,采用改进拉丁超立方重要抽样,建立基于BPA仿真结果的暂态电压稳定恢复指标,采用改进连续潮流法计算静态电压稳定裕度指标及薄弱节点。评估结果显示,2020年该实际区域电网规划网架可靠性水平高,静态电压稳定性满足导则要求,可再生能源和特高压接入对稳定性的影响凸显。     

特约主编寄语

正全球能源系统正在加速迈向绿色低碳的未来,可再生能源(尤其是风能和太阳能光伏发电)的发展速度和规模不断增加,高比例可再生能源电力系统正在成为现实。然而可再生能源固有的波动性给电网稳定性带来了潜在的威胁,高比例可再生能源电力系统的规划、运营和监管面临严峻挑战。在此背景下,对现有     

可再生能源接入下考虑短路电流限制的发输电鲁棒规划方法

随着用电负荷密度增大、电网结构紧密程度提高及可再生能源接入带来的不确定性,短路电流越限问题突出.文中提出了一种可再生能源接入下满足短路电流限制的发输电系统鲁棒规划方法.首先,改进了计及网络拓扑结构和电源接入的短路电流计算方法,并内嵌网络结构优化和机组开停机操作优化短路电流水平.其次,采用自适应多面体不确定集合,考虑可再生能源出力不确定性和N-1随机故障,建立发输电系统三层鲁棒规划模型.上层为短路电流限制下的规划决策问题,以输电网扩展、电源建设年投资成本以及最差场景下的年运行成本之和最小为目标;中层寻找包含可再生能源出力与N-1随机故障的最差组合场景;下层为满足不确定场景运行约束的最优潮流问题.然后,利用对偶变换将三层问题转化为经典双层模型,采用列与约束生成算法进行有效求解.最后,IEEE 24节点系统的结果表明,规划方案在可再生能源出力不确定性下均能满足短路电流要求.     

辽宁电网风电、光伏接纳能力研究

随着可再生能源的不断发展,可再生能源大规模接入将对电网造成严重影响,研究电网对可再生能源的接纳能力具有重要意义。基于辽宁省电网现状网架结构,通过分析风电、光伏等可再生能源电源的出力特性,拟合出典型日出力曲线,提出"基于层次分析模糊"的规划方法。该方法评估了2020年该省各地市非水电可再生能源的接纳能力,并通过软件进行潮流分析与验证。分析结果表明:该方法可以准确得出辽宁电网在规划水平年可接纳的非水电可再生能源的容量,从而有效促进可再生能源的健康发展及消纳,为政府及公司的可再生能源规划工作提供技术支撑。     

基于安全边界的高渗透率可再生能源配电系统规划研究思路

提出了基于安全边界的高渗透率可再生能源配电系统规划思路及研究方案。首先,对目前国内配电网规划在接入可再生能源后面临的问题进行探讨,指出系统安全是限制可再生能源高比例的瓶颈,而安全边界可以刻画系统满足N-1安全准则的最大运行范围,是突破"高比例"瓶颈的有效方法。然后,分析发现在高比例可再生能源场景下,安全边界的模型、性质与机理将发生重大变化:边界范围将从单象限域变为全象限域,配电网的功能与安全性特征随着渗透率增长而明显不同,需要找到引起安全性质变化的临界渗透率。最后,提出基于安全边界的规划思路与研究方案:根据边界形状大小等指标优劣来选取网架结构,并优化储能、主动负荷等可控元件;分别研究高负荷密度城市场景与可再生资源丰富乡村场景下的规划方法;借鉴容载比,发展出广义源—荷配比,从宏观上指导实际规划;形成新的配电网规划标准系统与仿真平台。     

考虑机组组合和网络结构优化的电网规划方法

随着风电等可再生能源发电接入规模的不断增加,电网面临的不确定性因素显著增加,对电力系统规划造成深远影响。针对目前研究中尚缺乏含可再生能源电网规划同时考虑机组组合和网络结构化的问题,以运行成本、弃可再生能源成本和切负荷成本之和最小为优化目标,综合考虑新建线路约束、网络结构优化约束和机组组合约束,并采用不同场景描述可再生能源出力和负荷需求的不同水平,建立了嵌入机组组合和网络结构优化的可再生能源接入系统电网规划模型,系统分析了电网规划方案的经济性及对可再生能源的消纳能力,为电网规划工作提供重要的辅助决策依据。通过IEEE RTS-24算例分析验证了所提方法的有效性。     

基于LCL参数优化的逆变器自适应控制

高比例可再生能源并网后,电力系统的运行场景更为复杂,电网阻抗变化及电网谐波等引起的电网不确定性严重影响了LCL型并网逆变器和电网稳定运行。为在弱电网条件下,使并网逆变器满足稳定性运行与电能质量要求,提出一种基于LCL参数优化设计的并网逆变器自适应控制方法。考虑控制系统延时特性,结合操作条件并利用奈氏判据计算出实际电网的最优参数形成一适应;针对弱电网的阻抗、频率带来的变化对比例谐振(PR)控制器进行改进形成二适应。工程结果验证了两个适应环节形成的自适应控制方法的有效性。在高比例可再生能源并网中有极大的应用前景。     

高比例可再生能源背景下考虑储能系统价值的储-输多阶段联合规划

高比例可再生能源是未来电力系统的一种新常态。储能因具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力,而成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术。为了实现储能与电网联合规划中资源效用的最大化,首先考虑储能的运行特性,运用系统价值评估理论分析了储能在电网规划和运行层面的系统价值。其次,考虑电网规划周期内投资成本、系统运行成本、储能系统价值以及固定资产折旧,建立了以经济性最优为目标的储能与输电网联合规划模型。最后,以改进的Garver-6节点系统对所提模型和方法进行了验证,并与传统线路规划方案进行对比。研究发现,在一定场景下储-输联合规划可实现规划和运行层面多种服务价值,其综合经济效益优于单纯的线路规划。研究结果可为未来储-输联合规划的发展提供参考。     

基于场景分区的随机潮流解析算法

可再生能源在电力系统中的渗透率日益提高,随机因素的波动范围逐渐增大,这对常规半不变量法的精度带来了很大的挑战。文中提出一种基于场景分区的随机潮流新算法:首先,采用场景削减算法获取系统典型运行场景,以此为基础生成多个场景集,完成对初始场景库的分区;然后,在各个场景集内部采用半不变量法进行随机潮流计算;最后,应用全概率公式获取电力系统整体潮流分布情况。文中提出的场景分区操作将随机因素的波动范围限制在其所在场景集,等效地减小了随机因素波动程度,从而克服了常规半不变量法无法准确获取含高比例可再生能源电力系统随机潮流特性的局限性。所提方法的有效性和正确性在IEEE-118算例系统上得到了验证。