南方区域复杂交直流互联电网系统运行特性与 安全稳定控制

南方电网交直流互联、远距离、大容量、超高压输电,通过多回交流线路与周边地区及国家互联互通,运行特性复杂。本文结合近年来南方区域电力系统运行实践,对复杂交直流互联电网运行特性进行深入探讨,揭示了当前南方区域电网运行的主要安全风险,包括:单一原因引发共模故障风险突出,一、二次设备拒动在交直流紧密耦合场景下稳定问题突出;频率、功角稳定问题严重影响主网安全。在总结梳理稳定控制措施的基础上,提出了构建基于广域信息的电力系统安全稳定防线,以提升未来南方区域电网安全稳定控制水平。     

广域智能控制系统平台构建方案

为了更好地保障国内跨区电网安全稳定可靠运行,笔者在现有的电网控制系统基础上,介绍了多种技术形成的广域智能控制系统平台方案的构建,实现了包括广域差动保护、广域稳定控制、失步解列、频率电压紧急控制等多层次的快速协同控制和跨多个变电站系统级的同步采样及远程实时通信.     

特约主编寄语

推进以新能源为主导的新型电力系统建设是实现我国“碳中和、碳达峰”目标的关键环节。高渗透率的新能源被广泛接入电网发电侧,尽管为电网提供充裕的电能,却也大幅增加电力系统的平衡调节压力,导致仅依靠电源侧的调节能力难以保障新型电力系统的可靠供应和安全稳定。因此,在新型电力系统建设过程中,亟须挖掘电力需求侧柔性负荷所蕴含的巨大灵活调节潜力,将供需两侧的资源同步纳入电网规划与运行管理,从而充分保障新型电力系统的供电可靠和稳定运行。     

双碳目标下我国新型电力系统的构建与演变研究

构建新型电力系统,对于实现碳达峰、碳中和目标至关重要,而对新型电力系统构建路径及其演变的探索则是重中之重。该文从我国电力系统的互联格局出发,聚焦构建新型电力系统面临的供应安全、平衡调节、供电成本等系统性问题和挑战,采用计及多种灵活性约束和基于时序模拟的广域电力系统源–网–储协同规划方法,以系统总成本最低为目标,兼顾源–网–储可规划容量、新能源发电量占比及源–网–储各种设备时序运行特性等条件约束,结合已有研究规划,系统性分析了2025、2030、2050及2060年中国7大区域互联电力系统风电、光伏新能源和新型储能装机容量,并在此基础上,分析了不同水平年全国互联系统新能源装机及占比、新能源发电量及占比、不同时间尺度储能装机及占比、新能源利用率、供电成本、同步机出力占比和碳排放等技术经济指标,并总结了其发展演变趋势,为构建新型电力系统提供技术和决策参考,有力支撑了我国实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标。     

新型电力系统灵活性资源聚合两阶段调度优化模型

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键驱动力。传统的以可控煤电装机为主导的电源结构,转变为以强不确定性、弱可控的新能源为主体的新型电力系统,将面临着灵活性资源短缺等挑战。以提升新型电力系统灵活性为导向,提出了灵活性资源聚合两阶段调度优化模型。第一阶段模型考虑分时价格型需求响应,以净负荷波动最小为目标平滑负荷曲线;第二阶段模型考虑分段激励型需求响应市场交易机制,融合电化学储能、抽水蓄能、改造火电等灵活性资源,以系统运行成本最小为目标设计最优运行方案。最后,算例结果和场景对比表明,需求响应能够充分挖掘负荷跟随系统调节的互动能力;改造后火电机组能够降低煤耗水平,提高调节能力,加强与系统灵活性需求时空匹配;各类储能积极响应电力系统调峰,促进了新能源消纳。     

特约主编寄语

<正>大力发展新能源是实现国家“双碳”战略目标的必由之路。随着新能源和电力电子装备渗透率的不断提高,电力系统的源/网/荷侧电力电子化程度日益加深。新型电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,故障场景下系统频率失稳风险显著增大。新型电力系统频率响应相对传统电网呈现三个新特性。首先,其运行方式随机多变,惯量具有时变和空间分布差异特性导致了惯量时空分布差异化,频率响应精确建模难;其次,大量异质化的源/网/荷/储调频资源的引入导致频率动态稳定机理复杂,频率稳定分析难;最后,多元可控资源参与调频急剧增加了控制决策的维度和复杂度,频率稳定控制难。这些新特性给新型电力系统频率稳定分析和控制带来挑战。     

高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望

随着“碳达峰·碳中和”战略目标的推进以及新型电力系统建设逐步开展，以风电、光伏为代表的新能源持续快速发展，大规模新能源的强不确定性和随机性对电力系统安全稳定经济运行构成了巨大考验。首先，深入分析了高比例新能源电力系统有功功率与频率控制在实时平衡、调频资源、市场发展、安全防御等方面面临的形势与挑战；其次，介绍了多控制区协同控制、多类型资源有序调用、经济调度与自动发电控制的协调配合、安全事件检测与防御、智能化与新技术5个方面的核心问题和研究进展；最后，围绕多控制主体有功频率控制、海量泛在资源协同控制、辅助服务市场闭环控制、风险防御能力提升、人工智能技术深化应用等重点研究方向进行了探讨和展望。     

基于运行安全的频率控制性能评价新方法

目前我国电网在频率控制性能评价方面实施的"时段CPS标准",存在指标设计缺乏理论依据、评价方式过于严苛等不足,导致一些电网出现机组调节频繁、评价结果与控制效果不匹配的现象。本文从系统安全运行的角度出发,以《电力系统安全稳定控制技术导则》为依据,抽象出频率控制的要求:正常运行情况下保证频率留有一定的安全裕度;Ⅰ类扰动情况下限制频率持续越限的时间。鉴于此,提出新的频率安全评价方法(FSAM),包括评价指标和评价方式的设计,以此对区域在正常情况和Ⅰ类扰动情况下的控制行为进行规范和评价。算例仿真表明:本文方法能够引导控制区域进行有利于系统安全运行的调节行为,保证频率在安全范围内变化,且能够减少机组调节次数,提高运行的经济性。     

基于响应的电力系统广域安全稳定控制

以国内外发生的大面积停电事故为例,分析传统电力系统安全稳定"三道防线"措施存在的失效风险,提出构建防止电力系统发生稳定破坏和大面积停电的电力系统安全稳定超级防线——基于响应的电力系统安全稳定控制系统。并介绍了该系统的框架、基于响应的电力系统广域安全稳定控制的关键技术及基于响应的广域安全稳定控制技术研究的新进展。     

电力自动化调度安全运行控制分析

<正>电力自动化调度系统对于电网安全运行具有重要作用，其是否正常运行关系到电网安全稳定运行。为了充分了解电力自动化调度系统的作用，以下就系统安全运行问题及控制进行探讨分析。1电力自动化调度的主要内容目前，国内电力系统的电力调度中心都基本使用了电力自动化调度系统，其在信息的实时获得与解决、调度决策管理与控制等方面发挥着重要作用。电力自动化调度的内容主要包括：（1）数据采集。由RTU收集站端的电气参数，     

源网荷储互动的主配一体调度控制系统研究

在建立以新能源为主体的新型电力系统背景下,为适应新型电力系统的发展需求,文中提出一种主配一体调度控制系统建设方案。通过建立适应广域范围内分布式电源、可控负荷参与的调度控制系统架构,采用云端控制和本地控制相结合的方法,把主网和配电网监视和控制功能有机结合,有效提升了源网荷储间的协调能力和清洁能源的消纳水平。     

区域柔性负荷参与功率调度的评价体系构建及其应用研究

柔性负荷接入区域电网参与功率调度在改善电力系统调节能力方面存在着巨大潜力,但也会给调度运行带来复杂的控制问题。为解决这一问题,迫切需要建立一套客观公正和精确有效的区域柔性负荷综合评价体系来指导柔性负荷参与功率调度。首先,针对区域柔性负荷参与功率调度的特点,构建了以柔性负荷为控制对象,以实现能源优化配置为目的的综合评价指标体系。其次,利用熵值法对层次分析法确定的主观权重进行调整,得到客观评价的组合权重。然后,采用灰色关联分析法对不同种类负荷的功率调度参与度进行综合评价,得到每类负荷在不同调度模式下的调度优先级。最后,在某区域能源管控中心示范工程上进行验证,所构建的评价体系指导区域内各类负荷参与功率调度,减少电网高峰用电量,维持电力系统可靠运行。     

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。     

特约主编寄语

新型电力系统是电力行业推进“双碳”目标的重要物质基础,也是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的关键环节。在新型电力系统构建过程中,高渗透率的可再生能源和高比例的电力电子设备的广泛接入在扰动失稳和低频/次同步振荡等方面对电网运行的安全造成了极大的不确定性。增强电力系统的安全稳定运行是传统电力系统向新型电力系统过渡阶段的重大技术挑战,也是提升高比例新能源并网消纳的关键基础。     

面向电力系统灵活性的电动汽车控制策略

随着碳中和目标的不断推进,我国可再生能源消纳面临的形势会更加严峻,亟须挖掘更多的电力系统灵活性调节资源。电动汽车作为一种新型可变负荷,能够通过与电网的互动增强电力系统的灵活性,保障系统的经济安全运行。该文针对现阶段缺乏面向电力系统灵活性的电动汽车充放电控制研究的现状,对面向电力系统灵活性的电动汽车控制策略进行研究。给出电力系统和电动汽车的灵活性定义,设计了“最大可提供灵活性计算—电力系统灵活性需求计算—电动汽车灵活性控制”的灵活性调度方案,以充分挖掘电动汽车的灵活性调节潜力,促进可再生能源消纳。算例分析表明,该文提出的电动汽车灵活性控制策略能够极大地改善电力系统的灵活性,同时该文模型的求解时间为秒级,完全可以满足电力系统地实时灵活性调度需求。     

多维因素制约下新能源消纳能力评估方法研究综述

大规模新能源的安全高效消纳矛盾是构建新型电力系统过程中亟待解决的关键科学问题。由于新能源渗透率是制约新型电力系统调节能力和抗扰动性能的重要边界,准确评估新能源极限消纳能力对电力系统规划、运行与控制具有重要意义。该文对新能源消纳能力评估方法的国内外研究现状及发展趋势进行了全面述评。首先,诠释新能源消纳能力的基本概念和评估指标;基于新能源出力特点以及新型电力系统“源–网–荷”演化趋势,深入阐述制约新能源消纳能力的关键因素;为了应对新型电力系统在新能源高比例渗入过程中面临的共性问题与挑战,构建了新能源消纳能力评估的总体研究框架,从电力电量平衡、安全稳定约束和电能质量3方面对当前新能源消纳能力评估方法的国内外研究现状进行述评;最后,展望了未来该领域仍需重点研究的方向。     

火电机组调节能力在线评估技术应用分析

针对高比例新能源电力系统调峰运行问题,提出了火电机组调节能力在线评估方法,建立了火电机组调节能力评价的数据资源集合以及反映机组调节能力的各影响因素的评价指标体系,形成了火电机组调峰能力与调节速率分析的在线应用,可以有效支撑电力调度对火电机组调节能力的动态评估,为新能源消纳和电力系统安全稳定运行提供了技术保障。     

规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探

碳达峰、碳中和目标驱动能源结构转型,规模化分布式能源(DER)并网将成为一个突出问题.为保障大电网安全稳定运行、支撑可再生能源可持续消纳,探索DER参与大电网安全稳定控制的形式,提出基于虚拟电厂(VPP)的交互机制.首先,分析双碳目标下电力系统的衍变过程,剖析其安全稳定运行所面临的挑战.其次,阐述VPP的定义、组成结构和功能特征,揭示其整合海量异构型DER以与大电网友好交互的内涵.然后,构建基于多代理技术的VPP分层调控架构,提出其内部运行及参与大电网安全稳定控制的机制.最后指出,VPP是新型电力系统消纳高比例可再生能源的新型技术形态,该领域有若干技术问题需要重点关注.     

21世纪电力系统的先进技术

综述了21世纪在电力系统安全稳定及控制方面的先进技术的发展及应用。这些技术包括:微型电力系统/分布式电力系统、基于广域测量系统的电力系统自适应保护及控制、电力系统实时动态安全估计、调度监视系统的改进、聪明电网/智能电网、直流输电及背靠背联网、动态无功补偿/灵活交流输电、发电机励磁控制、绿色能源和电力系统分析方法。在分析北美电力教育现状的基础上,提出为适应先进技术研究和应用,中国电力专业人才的培养应加以改进的意见。     

面向区域统一电力市场的超大城市虚拟电厂关键技术研究综述

建设虚拟电厂为挖掘超大城市电网灵活性提供了有效途径,但已有研究和实践尚不足以支撑实现双碳目标下虚拟电厂与区域统一电力市场的有机协调。全面总结了当前虚拟电厂建设运行及市场机制现状,深入分析了超大城市虚拟电厂参与区域电力市场存在的技术挑战。基于区域电力市场和未来电力系统建设需求,进一步提出了虚拟电厂安全并网、运行控制、低碳调度、支持系统等关键支撑技术研究方向,并对未来发展前景进行展望,从而促进区域电力市场、电网调度与虚拟电厂安全、有序、可持续发展,推进超大城市电网新型电力系统建设。