构建新型电力系统仿真体系研究EI北大核心CSCD

仿真是认知电力系统特性的关键技术手段,电力系统与其仿真技术共同发展、相互促进。在我国加快建设新型电力系统的过程中,仿真技术将面临全新的挑战与机遇。该文分析指出传统电力系统仿真体系在维度、深度、广度与精度方面难以满足新型电力系统建设需求,提出构建以全维度、全场景、全要素、全过程为特征的新型电力系统仿真体系,分析了需要突破的关键技术方向,并研究了加快构建新型电力系统仿真体系的相关措施。     

面向新型电力系统的微型电场传感技术EI北大核心CSCD

高度数字化是新型电力系统的重要特征,需要构建广域、分布式电网深度全景信息实时采集的传感网络作为其支撑。电场信息是电力系统中的基础物理量。电场测量可以应用于电压反演、设备监测、雷电预警、电磁环境监测等应用场景。传统电场测量方法,如场磨式电场测量仪等,往往体积大、成本高,无法适用于电场测量节点的灵活与广域布置。微型电场传感器是一类基于微加工工艺制备的小尺寸、高性能电场测量设备,对于电场测量的数字化、小型化、灵活化需求具有关键意义。该文介绍不同原理微型电场传感器的发展现状,同时列举微型电场传感器的典型应用场景,并对电场传感器发展所面临的挑战进行总结与展望,指出新型电力系统中电场测量面临的挑战与未来发展趋势。     

新型电力系统安全防御体系探究EI北大核心CSCD

构建新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径,电力系统安全是电力转型发展的基础和前提。传统电力系统向新型电力系统转型升级的过程中,生产结构、技术基础、控制基础持续变化,传统以交流电力系统稳定为主的安全问题逐步演化为由电力供应安全、系统安全稳定、非常规安全组成的“三位一体”的安全问题,需要重新审视现有安全防御体系。该文分析了新型电力系统安全问题的特征变化和安全防御体系的适应性,以问题为导向,系统性思考新型电力系统安全防御体系的构建目标及思路,进一步提出安全防御关键技术研究框架,为新型防御体系构建和相关研究工作开展提供参考和借鉴。     

碳中和目标下实现碳循环的电力系统供需规划EI北大核心CSCD

全球许多国家已发布碳中和目标,电力系统碳中和日益受到各方重视,而电力-燃气系统碳循环是实现电力系统碳中和的一种重要途径。该文在提出可再生能源驱动的电力-燃气系统碳循环与能量循环运行体系基础上,建立了电力-燃气能量/物质耦合模型,提出了考虑电力系统碳中和约束与碳循环约束的优化模型,并以西班牙电力-燃气系统为例进行分析。研究发现,碳循环比例变化将对电力系统灵活性需求、建设与运行成本、二氧化碳存储与封存需求等产生较大影响。结果表明,推动实现电力-燃气系统碳循环与能量循环,需要加强电力系统灵活性研究和建设,并重视相关能量转换与碳处理技术的经济性提升。     

浅论新型电力系统的“三自”性质EI北大核心CSCD

面向新型电力系统的变化与挑战,该文提出自平衡、自相似、自组织的“三自”性质。自平衡是从电力与电量角度对新型电力系统的基本要求,自相似是从网络与结构的角度促使新型电力系统实现自平衡,自组织则是从调度与控制的角度促使新型电力系统实现自平衡。首先,指出“三自”性质是新型电力系统构建与发展的内在需求,三者形成具有内在关联的整体;其次,分别针对新型电力系统的自平衡、自相似和自组织,给出其必要性、概念内涵、研究现状和研究需求;最后,展望新型电力系统“三自”性质的研究,包括“三自”整体框架、“三自”规划、“三自”运行和“三自”控制。     

新型电力系统中储能应用功能的综述与展望EI北大核心CSCD

以高比例新能源和高比例电力电子(即“双高”)为特征的新型电力系统处在快速发展中,其动态行为和运行特性正发生深刻变化,在多时间尺度上的功率–能量平衡面临重大挑战;而储能可有效改善系统的动态特性、满足系统多时间尺度平衡需求。从分析新型电力系统多时间尺度功率–能量平衡的主要挑战出发,归纳常见储能技术的关键技术特征,探讨储能在新型电力系统中的应用潜力;梳理储能应用功能的研究现状,展望未来趋势,提出一种适用新型电力系统需求的储能多目标协同调控方法,可望实现多时间尺度上功率–能量的高效平衡,为利用储能技术应对新型电力系统的关键挑战提供支撑。     

分层集群的新型电力系统运行与控制EI北大核心CSCD

新型电力系统的发展必将导致电力系统形态的重大调整。随着可再生能源渗透率的不断提升、电力电子设备的广泛应用,未来电力系统容纳的电源与负荷种类将不断攀升,运行与控制的复杂度也将急剧升高。首先,描述将大规模电力系统划分为多层级的含分布式资源集群的小规模电力系统的新形态。各个资源集群皆具有电力供给、消纳及功率交换的能力,并尽量实现集群内的发用功率平衡和自治优化运行。其次,提出分层集群的新型电力系统的3层网络(能量网络、信息网络、价值网络)架构及整体研究思路。在能量网络层面,提出分层集群的新型电力系统的技术特征和形态结构,并介绍我国当前的相关政策支持;在信息网络层面,在介绍新型电力系统分布式感知和信息融合问题后,重点探讨集群智能与协同控制理论、技术在新型电力系统(特别是频率控制)中的应用;在价值网络层面,介绍分布式资源端对端交易、虚拟电厂等新型交易机制和商业模式等。最后,从复杂系理论和多学科交叉研究的角度探讨新型电力系统的前沿研究方向。     

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述EI北大核心CSCD

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。     

提升新型电力系统调频能力的受控负荷阻尼因子控制器EI北大核心CSCD

建设以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰和碳中和的有效途径。随着可再生能源发电的大规模建设并入网,常规以化石能源为燃料的大型发电机组将会被逐步替换,这种情况将导致新型电力系统的调频与调峰面临着巨大的压力。同时随着用电负荷设备中电力电子的渗透和自动化水平的提升,在电力系统调频中使用的负荷阻尼常数D,即负荷有功对系统频率变化的自然响应,也发生了相当大的改变。很多单个家用电器及其组合对系统频率的变化不响应或基本不响应,这意味着负荷阻尼常数D会变得很小。由此,提出1种受控负荷阻尼因子的新概念、控制器的设计理论和实现方法,将大幅提升负荷有功功率对系统频率变化的受控响应,有效增强了新型电力系统的调频能力。根据2021年全国负荷水平计算,按照所提理论,可以给全国电网增加的调频容量达到(15000~20000)MW/0.1Hz,为解决大规模可再生能源发电接入电网面临的调频难题提供理论和技术支撑。     

碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望

构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系,建设新型电力系统是实现碳中和目标的关键举措。电力系统从化石能源主导转变为清洁能源主导,面临新型平衡体系、复杂安全机理、成本疏导机制等多重挑战与变革。该文从结构、形态、技术、机制4个方面分析新型电力系统的内涵与特征;分析研判新型电力系统演化路径;最后,针对新型电力系统构建提出发展建议与展望。     

电网调控领域人工智能技术框架与应用展望EI北大核心CSCD

以深度学习和大数据分析为特征的新一代人工智能技术,已成为推动电力等传统领域技术进步的重要手段。首先分析了电网发展新特点和调度控制面临的挑战;进而按照人工智能与现有技术体系深度融合的思路,开展电网调控领域人工智能应用技术框架研究,提出总体思路、建设目标,设计了系统体系架构;最后对电网调控领域人工智能应用进行展望,分析了应用发展方向,为相关研究建设提供参考。     

电力系统振荡动静态网络分析及功率传输特性EI北大核心CSCD

以同步发电机为主的传统电力系统发生低频振荡时,通常采用机电暂态模型来分析与计算,网络使用准稳态模型,潮流关系满足代数方程。但对于其次同步振荡或者电力电子化电力系统宽频振荡时,通常采用电磁暂态模型来分析与计算,网络使用动态模型,潮流关系满足微分方程。文中针对电力系统小扰动失稳后的一般化统一振荡形式,建立以传统电力系统中的同步发电机和电力电子化电力系统中的电压源型变换器为代表的发电设备外部特性的统一描述形式。推导动态和静态网络描述的功率特性方程,建立功率与振荡频率依赖关系的物理图像,发现其可被划分为低频区(10Hz以下)、谐振区(10~200Hz)和高频区(200Hz以上),证明了低频振荡时静态网络描述的适用性,而对于次同步振荡和高频振荡,网络则须使用详细的电磁暂态模型。推导结果在两机系统和多机系统中得到仿真验证。     

从四川高温干旱限电事件看新型电力系统保供挑战与应对展望EI北大核心CSCD

2022年8月,四川遭遇大范围长时间极端高温干旱天气,从而面临“三最”叠加的局面,即历史同期最高极端温度、最少降水量、最高电力负荷。四川水电大幅减发,而负荷又急剧攀升,造成较大的电力供需缺口,继而发生严峻的应急限电事件,引起业界广泛关注。基于此,从高温干旱极端天气出发,剖析了四川限电事件的关键影响因素,并着重对四川源网荷储灵活性资源进行了深入分析。其次,从电力保供维度归纳了新型电力系统电源侧随机化、电网侧互联化、负荷侧电气化、灵活资源市场化与运行控制智能化等多维特征。进一步,从规划、运行、交易、政策4个层面研判新能源占比逐渐提高的新型电力系统将面临的保供挑战。最后,对规划、运行、交易、政策4个层面的挑战提出相应的应对措施、解决思路与建议,为新型电力系统电力保供提供思路。     

电力系统中量子信息学的应用现状及展望EI北大核心CSCD

量子信息学在信息获取、传输和处理等方面具有独特优势,在保障新型电力系统信息安全和纾解算力困境等方面潜力巨大。从量子通信和量子计算2个方面,总结了电力系统应用背景下的量子信息学研究现状,并对未来可能的研究方向进行了展望。首先,介绍了量子信息学的基本概念和原理。然后,针对量子通信,分析了典型量子通信技术在新型电力系统中的适用性,并从远距离信息传输、多主体通信、统一标准化和专用研发平台4个方面了梳理电力系统中量子通信的研究现状;针对量子计算,从线性代数运算、优化问题求解、机器学习和参数估计等方面阐述归纳了量子算法的基本原理及其在电力系统中的研究现状。最后,面向新型电力系统中量子信息学的应用前景进行了展望,并提出了电力系统中量子信息学的发展建议。     

基于电力支撑的新型电力系统电力电量平衡北大核心CSCD

可靠的电力支撑是电力系统安全稳定运行的重要基础。各类电源的可靠电力支撑作用是指在其可靠电力范围内,可根据系统负荷需求随时满发顶峰。本文提出基于可靠电力支撑的电力电量平衡计算方法,总体计算框架为结合电源装机和系统负荷需求进行备用及机组检修安排,在此基础上通过电力平衡确定各类电源各月(或旬、或周)的可靠电力支撑,进一步进行全年8760 h的电力电量平衡模拟,模拟思路为在满足各类电源最小技术出力或强迫出力前提下,尽量为风、光让出位置,在负荷高峰且风、光出力小时发电顶峰,总体实现各时刻电力电量平衡且尽可能吸纳风光。利用本计算方法分析山西电网不同抽水蓄能规模下的电力电量平衡,并分析了风电不确定性对电力电量平衡的影响,结果显示系统抽水蓄能增加将替代部分火电容量并增加抽水电量,从而增加新能源吸纳;若过多考虑风电的电力支撑,一旦风电受天气等影响降低出力,火电、水电等满发也难以满足负荷需求,将直接影响电力系统安全稳定。     

“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。     

新型电力系统的六要素分析

面向碳中和目标,能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型及数字化智能化技术创新已成为全球发展趋势及我国能源科技创新的关键抓手。该文从国家宏观战略层面探讨了能源革命对建设新型电力系统的要求,阐述了新型电力系统的变革历程,从化石能源为主导的传统电力系统,到高比例新能源和高比例电力电子为主要特征的“双高”电力系统,再到新能源为主体的新型电力系统,分析了演化过程中不同阶段电力系统的关键要素。在此基础上,总结凝练了新型电力系统的六大关键要素“源网荷储碳数”,阐述了六要素之间的耦合关系。最后,聚焦“碳”与“数”2个新兴的关键要素,分别从低碳化与数字化2个视角对建设新型电力系统的关键技术进行了探析与展望。     

以新能源为主体的新型电力系统建设面临的问题

2021年3月15日,习近平总书记在中央财经委第九次会议上,提出构建以新能源为主体的新型电力系统构想.构建新型电力系统是促进能源转型和实现碳达峰、碳中和的重要支撑,但目前新型电力系统概念不甚清晰,双碳目标与它的关系也有待进一步明确.为此,本文主要在分析现有问题的基础上,总结了在"碳达峰、碳中和"目标下,以新能源为主体的...     

电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度EI北大核心CSCD

为实现更精准高效的电力系统优化调度,基于电力系统运行成本最小的目标,该文建立电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度模型,从对象层、融合层和决策层分别描述电力系统运行过程中能量流、信息流和资金流的分阶段流向及其驱动力,对电力系统中各单元的主要运行状态及其转换过程实现全面观测和精准跟踪。通过调节电力系统内各电能生产单元与电能消费单元的动态出力,可实现电力系统运行状态轨迹的控制,从而优化电力系统运行状态的变化过程轨迹,实现全系统的优化调度。算例分析表明,该模型全方位提高了电力系统运行轨迹的可观性和可控性,通过即时采集感知—计算分析—决策控制实现了电力系统全运行域的灵活精准调控和经济优化调度。