新型电力系统背景下的电制氢技术分析与展望

作为一种与电能互补的二次能源载体,氢能有望在未来低碳能源系统中发挥关键作用。为探究新型电力系统背景下的氢经济,文中聚焦耦合电力与其他能源领域的关键环节——电制氢技术,对其进行技术经济分析与应用前景展望。首先,从技术发展水平、能源系统中的应用两个角度综述国内外电制氢技术研究现状;然后,建立电制氢经济模型,基于新型电力系统技术特征开展新型电力系统背景下的电制氢技术经济分析;最后,从各地氢能发展政策、终端氢需求潜力及对新型电力系统的支撑作用3个方面对电制氢技术进行应用前景展望。     

氢能驱动下钢铁园区能源系统优化配置

加快实施电能替代是实现“碳达峰·碳中和”目标的重要举措,但有相当一部分碳排放无法通过直接电能替代来消除,这其中就包括以钢铁为代表的工业领域的碳排放。新能源和氢能的大力发展,尤其是二者之间的耦合加深为减少工业领域碳排放提供了契机。文中重点分析了钢铁园区能源系统特点,通过引入新能源发电、电解水制氢以及氢能重卡等元素,优化了传统钢铁园区能源系统。基于耦合环节建模,构建了以钢铁园区收益净现值最大为目标函数、以各组分转换关系和连接特性为约束条件的规划模型。分析了电力市场、碳市场与去产能政策以及设备价格对系统规划配置的影响,通过刻画系统投资风险进一步解释了规划方案呈现的“偏好”特性。最后,从系统建设、系统调控和项目推广3个方面阐述了需要注意的关键问题。     

面向双碳目标的电力系统规划方案量化归因分析方法

面向双碳目标的电力系统规划需要在众多新安全挑战与低碳技术耦合的背景下进行系统发展的决策分析。各项低碳技术在电力系统低碳转型方案中起到的作用尚不明确且无法量化。在此背景下，相比于仅求得最优的规划方案，进一步理解规划模型给出规划方案的原因并且明确其带来的效益对规划者十分重要。文中针对电力系统规划问题引入了量化归因的概念，并提出了基于路径积分的规划方案量化归因方法 ，用以对各项设备带来的潜在效益进行分析。应用该方法对Garver-6节点测试系统和中国西北电力系统的“碳中和”规划结果进行了量化归因分析，结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标，合理有效的电力系统规划至关重要，需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此，设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型，以投资成本与运行成本之和最低为目标，内嵌全年8760 h时序运行模拟模型，采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模，协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量；下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据，基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型，合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后，在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法综述

随着“双碳”目标的推进，高比例可再生能源广泛接入，电力系统呈现出不确定性因素多、源荷变化快、多重随机性强等特点，给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。解析法是最常用的运行可靠性评估方法之一，具有数学模型清晰、计算效率稳定、枚举状态关系明确等优势，有助于保障电力能源的安全可靠供应。从电力系统运行可靠性的概念和评估流程出发，归纳亟待解决的问题。在此基础上，从可靠性评估效率提升、考虑极端灾害的不确定性建模和序贯解析评估3个方面归纳了现有研究成果及其存在的不足。最后，展望了含高比例可再生能源的电力系统运行可靠性解析评估方法的未来研究方向。     

新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望

随着“碳达峰·碳中和”目标的提出，未来电网日益凸显的“高比例可再生能源、高比例电力电子设备”问题显著影响系统安全稳定运行。虚拟同步机(VSG)技术可以使以电力电子逆变器为接口的新能源设备具备类似同步机的电网支撑能力，因而得到广泛关注。文中首先梳理了构网型电源和跟网型电源，并介绍了VSG原理、作用和国内外应用情况。其次，梳理VSG对电力系统稳定性的影响以及限流对系统运行的影响。最后，从辅助服务角度对VSG在新型电力系统下的定位进行分析，在大电网、配电网、微电网层面对VSG的应用提出构想，并对VSG发展和后续研究提出相应建议。     

基于深度强化学习的新型电力系统调度优化方法综述

随着新能源并网规模不断扩大，能源形式更加灵活多变，电力系统调度运行面临新的挑战。随着系统复杂度和不确定性增加，传统基于物理模型的优化方法难以建立精确的模型进行实时快速求解，而深度强化学习（DRL）可以从历史经验中自适应地学习调度策略并实时决策，避免了复杂的建模过程，以数据驱动的方式应对更高的不确定性和复杂度。文中首先介绍了新型电力系统调度运行问题；然后，介绍了DRL原理及其分类算法；接着，分析了各类DRL算法在求解新型电力系统调度决策问题时的优势与劣势；最后，对需进一步研究的方向进行了展望。     

不确定优化调度研究综述及其在新型电力系统中的应用探讨

构建新型电力系统,是促进“双碳”目标实现的重要举措。随着新型电力系统建设的不断推进,电力系统的不确定因素愈加凸显,且相互耦合,给电力系统运行调度带来了极大挑战。针对考虑电力系统不确定因素的调度问题,近年来涌现了大量研究成果。为了总结当前电力系统不确定调度的研究现状,理清仍需解决的问题及关键技术,明确未来研究方向和着力点,开展了系统的研究综述工作。从文献发表的内容、期刊和年份等方面进行分析,提炼电力系统不确定性调度的研究热点,分析了电源、负荷、市场环境、参数和政策5个方面所涉及到的不确定因素;将电力系统不确定性调度模型分为Wait-and-See和Here-and-Now两种类型,并归纳总结了不同模型对应的求解方法;然后基于现有的研究成果,探讨了不确定优化调度在新型电力系统中的应用;最后,对全文进行了总结,展望了未来的发展方向。研究成果为了解和应用新型电力系统不确定性调度的研究提供了参考模型和方法,也为深入研究和解决新型电力系统不确定性调度问题提供了思路和方向。     

基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警

随着“双碳”目标的提出,可再生能源集群大规模并网,导致电力系统频率安全问题再次凸显。因此,借鉴深度学习方法,提出一种基于改进残差网络的两阶段电力系统频率安全多级预警模型。首先,对电力系统的频率安全进行多级精细划分,提出并构建频率安全多级预警模型。该模型在第1阶段利用基于改进残差网络的分类评估器对受扰后的频率是否会超出安全预警值进行评估,并给出预警等级;在第2阶段利用回归预测器进一步给出预警样本的危险程度。最后,以改进IEEE 10机39节点系统和美国伊利诺伊州200节点系统为算例对该模型进行测试,结果表明该模型具有较高的安全预警准确率,不但优于其他浅层学习方法和深度学习模型,而且可以精确地预测频率危险程度,并具有良好的鲁棒性和抗噪能力。     

基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法

随着新能源发电技术在全球范围内的高速发展，各国电网新能源消纳压力日益凸显。利用跨境输电网络进行新能源跨境交易是提高新能源利用率的有效途径。然而，现有的跨境电能交易市场中常采用固定电量及电价的方式，难以有效激励新能源跨境消纳。为此，提出了基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法。首先，基于现有跨境电能协商交易模式，考虑新能源跨境交易需求，提出一种跨境新能源激励交易模式。其次，基于两国初始交易计划及联络线约束，对新能源跨境消纳潜力进行分析，并建立了以新能源购电国为主导层、售电国为随从层的主从博弈模型。针对跨境两国交易信息隐私性的特点，采用分布式迭代算法对博弈模型进行求解。最后，通过算例验证了盈余新能源跨境双边博弈决策的可行性和有效性。     

新型电能质量监测系统的设计

本文设计了一个用于低压配电系统的新型电能质量监测系统。该系统的设计包含现场设备、设备的操作系统以及数据发布系统三部分。基于双CPU设计的现场设备保证了系统的实时工作能力;采用嵌入式实时多任务操作系统作为现场设备的操作系统,不仅能提高其工作稳定性和功能扩展能力,还从根本上改变了以往硬件系统的软件设计过程。基于Web技术的数据发布系统提高了系统的数据处理和发布能力;由于该系统采用IEEE标准构建数据格式,其数据兼容性较好,而且扩展能力较强。     

面向新型电力系统的水电发展战略研究

践行双碳战略,能源是主战场,电力是主力军,构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳中和的必由之路。在分析碳中和背景下电力行业减排目标、电力结构及其占比的基础上,针对构建新型电力系统面临的问题与挑战,提出加快常规水电和抽水蓄能电站建设是新型电力系统可靠性和长周期调节能力的重要基础。结合我国能源资源禀赋和开发利用现状,提出强化水电与新能源协同发展战略思路,依托流域梯级水电建设更大规模清洁能源基地,并加快抽水蓄能电站和储能工厂建设的发展路径,重新定义了水电在新型电力系统中既提供基础电量又发挥容量功能的新定位,进而提出促进清洁能源大基地和储能工厂建设的政策建议。研究成果可为清洁能源基地规划设计和相关政策文件的编制与修订提供一定参考。     

适应能源电力新形势的“供电+能效服务”模式创新发展研究

“供电+能效服务”是新时代电网企业勇挑能源转型重担,推动能源结构优化升级、引领绿色低碳转型、强化能源安全保障、实现能源高质量发展的重要抓手。首先,全面分析了实现“双碳”目标、构建新型电力系统背景下,“供电+能效服务”面临的新形势、新要求;其次,总结提炼了国家电网有限公司在“供电+能效服务”体系建设方面的创新实践;最后,探讨了新形势下电网企业“供电+能效服务”工作开展思路与路径,从数字化赋能、科技攻关、政策争取、示范宣传等方面进行论述。总体而言,新形势下须系统推进“供电+能效服务”创新、深化和升级,为用户能效提升和电网公司转型发展创造更多价值,服务经济社会高质量发展,助力国家实现“双碳”目标。     

考虑储能用户与新能源双边交易调峰服务的电力系统联合运营模式

新能源并网规模的不断扩大和并网容量的大规模增加给电网的调节能力和新能源消纳问题带来了严峻的挑战,采用储能系统参与调峰是推进新能源发展的重要手段。为此,提出了综合考虑储能用户满意度和新能源调峰需求的电力系统双边交易联合运营模式和交易模型,以各方综合效益最大为目标,建立新能源侧、电网侧和用户侧的投标和出清模型,其中储能用户与新能源于日前完成双边交易以直接减小电网的调峰服务压力,最终由电网侧的储能消纳剩余新能源出力。算例仿真结果表明,所提运营模式不仅有效地调动了用户主动调峰的积极性,还减小了电网侧储能的调峰压力,在促进新能源发展和保障电力系统稳定运行方面具有重要意义。     

考虑大规模新能源接入的电网性能评价指标体系

为了解决传统电网评价体系在评价大规模新能源和电网相互作用复杂机理时存在的不足,建立一套考虑大规模新能源接入的电网性能指标评价体系。首先,从新型电力系统的核心特征出发,贯穿“源网荷储”各个环节,构建包含接入水平、协调水平、适应水平以及承载水平4个维度的电网性能评价指标,显性表达各个指标的统计或计算方式。其次,采用AHP-CRITIC法进行主客观组合赋权,依据电网发展数据自身的客观属性,考虑数据离散程度以及皮尔逊相关系数,挖掘指标间的冲突性和变异性,以增强权重设置的科学性。最后,利用某城市新能源和电网数据对指标体系进行测算,通过对比分析说明所提指标体系与评价方法的有效性,并依据指标灵敏度大小对电网薄弱环节提出发展建议。     

双碳与新型电力系统背景下半波长可控调谐技术研究

面向“碳达峰、碳中和”目标,发展半波长输电技术可为构建以新能源为主体的新型电力系统提供能源保障。半波长技术因其输电距离远、经济性好等独特优势,在“西电东送”能源战略中有较好的应用前景。针对输电线路自然长度不足工频半波长现象以及固定调谐的不足,文章提出一种变阻抗型可控调谐方法,基于可控串补(TCSC)阻抗控制策略构造可微调的调谐电感,基于电容三级投切策略构造可分级的调谐电容。对可控调谐可行性、故障过电压特征以及串补过压抑制进行仿真分析。结果表明,可控调谐能够消除电气长度误差,使线路保持半波长特性,线路补偿效果与可控调谐长度相关。     

“双碳”背景下受端电网火电机组增加调相功能关键技术

随着新型电力系统推进建设,受端电网逐步形成了高比例可再生能源和高比例跨区直流接入的典型特征。在发生直流闭锁、换相失败等故障情况下,受端电网暂态电压支撑需求骤增。由于同步电源开机占比逐渐降低,动态无功资源缺口逐渐加大。静止无功补偿能力较弱,新建调相机成本较高,利用存量火电机组增加调相功能成为技术经济的最优选择。首先分析了“双高”型受端电网的暂态电压支撑需求和调相机的电压支撑机理,并对国内外火电机组增/改调相功能的案例进行了综述。在此基础上,基于河南鸭河口火电机组增加调相功能工程实践,提出了火电机组增加调相功能的关键技术,开辟了一条面向高比例可再生能源接入的受端电网电压暂态支撑能力和存量火电机组利用率提升的有效技术路径。     

新能源开发中的光伏技术

阐述了当前光伏技术发展中的几个焦点问题,讨论了开发光伏发电的必要性、光伏技术的发展现状,就光伏技术发展中需要探讨的问题,即提高效率降低成本和组件、方阵、能源系统研制两个方面的若干问题提出了作者的观点.光伏发电与其它能源相比具有独特的优点,对解决能源短缺,防止环境污染意义重大.对光伏发电的研制、试验、生产和应用,国家主管部门应给予优惠政策,加快开发进程.     

光伏出力特性指标体系和分类典型曲线研究

光伏发电近几年得到快速发展,其出力特性的分析研究逐步深入,但还没有形成成熟的光伏出力评价指标体系。针对这个问题,提出了面向电网运行的光伏出力特性指标体系。通过理论研究和数据测算,发现光伏出力的波动性较风电明显要小、规律性较强,完全可以采用简单、精炼的指标体系来表述。提出采用指标"季节属性"来表征光伏发电在不同季节的可出力时段,指标"平均出力"来表征光伏全天出力整体水平,指标"全日最大出力"来表征光伏出力对系统调节能力的影响。以某实际光伏电站出力为例,分析了所提评价体系的具体指标和分类结果。计算结果说明了通过核心指标体系,可以直观描述光伏出力特性,并有助于形成典型出力曲线,具有很好的应用前景。     

含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,而现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元(phasor measurement unit, PMU)获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归(controlled autoregressive, CAR)模型以及含有遗忘因子的递推最小二乘(time-varying forgetting factor recursive least squares, TFF-RLS)算法对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE-10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。