谐振约束下含功率因数校正电容新能源集群最大渗透率接入研究

随着谐振频段不断提高,基于基频设计的功率因数校正电容C高频段容抗特性对电网等效阻抗的影响不可忽略,不同节点差异化非基波成分C容抗诱发谐振,成为新能源接入水平提高的瓶颈。该文以新能源集群接入IEEE 9节点区域微网为对象,首先建立区域微网阻抗模型,并通过全频段网侧阻抗特性波特图,分析功率因数校正电容C对网侧阻抗特性影响。接着,结合逆变器阻抗,基于源网阻抗适配原理揭示并网系统潜在谐振的机理。在此基础上,通过在并网点模拟谐波负值电容以抵消谐波容抗Z引入对并网系统稳定性的影响,提出无需增加额外检测电路的基于谐波负值伪电容的软件改进方案。在单节点新能源运行能力提高的基础上,以谐振为约束研究区域微网新能源集群渗透率最大接入节点的选取。最后,仿真和小规模实验验证了上述研究的正确性和可行性。

基于熵权法的新能源高渗透率送端电网风险模糊综合评价

新能源高渗透率送端电网在中国分布广泛,同时存在难以忽略的风险,但是目前没有针对新能源高渗透率送端电网风险评估的模型和指标体系,传统风险评估方法也难以对其进行定量风险评估。构建较为完整的新能源高渗透率送端电网风险评价指标体系,提出基于熵权法的新能源高渗透率送端电网风险模糊综合评价方法,利用熵权法确定各指标权重,采用改进三角梯形隶属函数确定隶属度,通过模糊综合评价得到综合评价结果。针对某新能源高渗透率送端电网实例进行分析,分析结果表明提出的方法可有效评估新能源高渗透率送端电网风险程度,为电网实际运行提供依据和参考。

计及安全稳定约束的多直流送出电网新能源极限渗透率估计方法

基于电网换相换流器的高压直流系统是大型能源基地电力外送的重要技术手段,然而新能源渗透率的提高会降低送端电网的安全稳定性.为保证多直流送出电网的安全稳定运行,提出一种计及安全稳定约束的多直流送出电网可承受新能源极限渗透率估计方法.推导各类安全稳定约束的表达式,包括短路电流约束、多直流短路比约束以及频率稳定约束;在考虑安全稳定约束的情况下建立多直流送出电网优化调度模型;给出优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法提出新能源极限渗透率估计方法.修改的IEEE 39节点系统仿真结果验证了所提方法的有效性.

新能源消纳与用户侧响应主从博弈的配电网智能软开关选址策略

分布式电源接入配电网后,配电网调控能力不足导致新能源消纳水平低、用户支出经济性指标差,提出一种新能源就地消纳和用户支出主从博弈的配电网智能软开关选址策略的嵌套模型和方法。外层建立以新能源渗透率最大、电能质量指标最佳且计及传统调控手段的模型结构;内层考虑新能源用户消纳的分时电价、储能装置充放电成本和日运行费用因素,构建能满足用户支出成本最低的需求响应模型。调用CPLEX求解器求解混合整数非线性规划模型,用户侧与配电网侧模型通过反复博弈优化决策变量,主从博弈内层优化采用改进粒子群优化算法加快收敛速度。以改进的IEEE 33节点系统为算例进行分析,验证了所提智能软开关选址策略的有效性。

提升高渗透率新能源电网承载能力的DSSC优化配置

为实现碳中和碳达峰目标,全球能源体系加速转型,未来新能源将在电力系统中起着至关重要的作用。高渗透率新能源并网引起的输电线路阻塞问题将成为限制新能源并网规模以及系统承载能力的主要原因。提出了两阶段协调优化分布式静态串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)配置来提升高渗透率新能源电网承载能力的方案。首先提出电网承载能力指标并构建DSSC的数学模型,以单个规划周期内最大化系统承载能力为目标对接入系统的DSSC进行规划配置。其次以系统配置成本最低为目标来优化DSSC的安装位置及数量,提升高渗透率新能源并网后系统的承载能力。最后,通过IEEE-RTS79节点系统和实际电网仿真分析对所提方法进行了验证。相比于采用静态串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC),DSSC可充分利用输电通道容量,有效减少因线路阻塞所造成的新能源丢弃,提升高渗透率新能源并网后系统的承载能力,助力实现双碳目标。

计及SSSC的高渗透率新能源电网静态电压稳定特征研究

随着大规模风电、光伏等新能源接入电网,高渗透率新能源逐渐影响到电力系统的安全稳定运行。同时受新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,新能源并网后的静态电压问题更加突出。探讨分析了计及静态同步串联补偿器(SSSC)的高渗透率新能源电网系统静态电压稳定特征,从系统静态电压特征方面评估SSSC发挥的潮流控制效能。首先分析了SSSC的等效电路及工作原理,并基于SSSC的等效功率注入模型得到潮流计算方程;其次,基于潮流计算方程提出能够反映系统静态电压稳定特征的效能评估指标,并计算分析接入不同容量新能源对静态电压稳定特征的影响,以及SSSC对新能源并入电网后薄弱节点静态电压稳定特征的影响;最后通过仿真验证,安装SSSC后能够改善新能源电网薄弱节点的电压稳定问题,提升电力系统运行时的安全稳定性。所提方法具有快速简洁的特点,并且具有一定的工程应用价值。

考虑新能源不确定性的含DSSC电网静态电压稳定分析

随着“双碳”目标的提出,我国的新能源建设正处于新一轮的发展阶段,但是高渗透率新能源的随机性、波动性也给电力系统静态电压稳定性分析带来了挑战。与此同时,电力电子技术的发展使得柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)在调节线路潮流、改善电力系统静态电压稳定性方面得到广泛应用。提出了一种考虑新能源不确定性的含分布式静止同步串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)的电力系统静态电压稳定性概率评估方法。首先分析了新能源并网系统的静态电压稳定机理。然后阐述了DSSC的工作原理,建立了DSSC的等效功率注入模型,并基于此模型推导出含DSSC的潮流方程。其次基于潮流计算方程提出了一种能映射新能源不确定性的静态电压稳定性指标,并采用蒙特卡洛模拟法实现了系统静态电压稳定性指标概率评估。最后通过算例分析验证了高渗透率新能源的不确定性导致系统静态电压稳定指标分布范围变大,系统失稳概率增加,合理配置DSSC能够有效提升电力系统静态电压稳定性,所提方法能够准确反映新能源不确定性对电网稳定性的影响,具有一定的工程应用价值。

考虑灵活性的地区电网新能源消纳能力评估方法

在水电富集的地区,水电站作为一种灵活性电源用于提高电网的新能源消纳能力。提出了一种考虑灵活性的地区电网新能源消纳能力评估方法,该方法能够保证系统安全可靠,同时全额消纳新能源。首先,考虑源荷功率的相关性,采用K均值聚类技术生成典型场景;然后,通过灵活性电源的优化调度,使得系统在正常运行状态下全额消纳新能源,并在故障状态下使负荷削减量的期望值最小;最后,选取中国南方某沿海地区110 kV电网进行算例分析,研究新能源渗透率和最小负荷削减量期望值的关系,进而评估系统的新能源消纳能力,验证文中方法的有效性。

新型电力系统中基于发电设备状态的容量参数和指标体系研究

新能源发电与传统发电的设备运行小时和利用小时显著不同,所能提供的电力电量也就不同。所以,在新型电力系统中发电设备装机容量,已经不能直接反映传统意义的电力电量,设备的利用率指标也发生显著变化。本文基于发电设备状态参数,定义电量容量和等效煤电容量等新容量参数,及其等效煤电容量系数和渗透系数等新指标,真实反应电力系统发电设备可提供电力电量的能力及其利用程度,为研究和规划新型电力系统提供科学的参数、指标和分析方法参考。

直流馈入的高比例新能源受端电网静态电压稳定分析

新能源高比例并网与网内交直流混联运行逐渐成为现代电力系统发展的关键特征和重要趋势,大容量非线性电力电子元件的不断投入使得系统表现出更复杂的稳定特性。为此,分析了直流馈入的高比例新能源受端电网静态电压稳定机理。首先对直流逆变站、新能源和负荷进行等效,建立直流馈入的高比例新能源受端电网简化模型,并通过节点消去对网络方程进行化简;然后基于判定静态电压稳定性的L指标推导新能源极限渗透率,作为受端电网静态电压稳定的临界判据,最后理论分析直流馈入、网络拓扑对新能源极限渗透率的影响。PSCAD仿真结果表明,直流馈入后新能源极限渗透率减小;同时,新能源极限渗透率与新能源、负荷之间电气距离呈负相关,与直流、负荷之间电气距离呈正相关。

新能源汽车渗透率影响下的城市道路交通绿色度预测评价——以西安市为例

道路交通系统的温室气体排放、污染物排放和能源消耗等问题突出,是我国节能减排的重点领域.本文综合利用层次分析法和全生命周期评价(LCA)方法,耦合13个定性指标和7个LCA定量指标,构建基于全生命周期评价量化结果的城市道路交通绿色度评价体系.以西安市实际数据为基础,讨论对比传统燃油汽车(ICEV)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCV)等不同车型场景下城市道路交通绿色度差异,探究新能源汽车渗透率影响下的城市道路交通绿色度变化,量化预测新能源车型占比增加、车辆轻量化技术提升和电力结构优化等关键因素优化下的城市道路交通绿色度.结果发现,西安市当前道路交通绿色度处于良好水平,其中,环境污染是影响西安市道路交通绿色度的主要因素;通过不同车型场景和不同新能源车型渗透率场景下的城市道路交通绿色度评价结果对比可知,随着纯电动汽车渗透率增加城市道路交通绿色度逐渐提高,随着燃料电池汽车渗透率的增加城市道路交通绿色度逐渐降低;通过不同时间节点的情景预测可知,随着电力结构优化、车辆百公里能源消耗量降低、轻量化水平提高和城市道路基础建设的优化,城市道路交通绿色度将会进一步提高.

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。

基于多参数规划理论的互联电网直流联络线功率可行域确定方法

互联电网通过联络线功率传输实现更大区域内的电力资源优化配置。准确刻画联络线功率可行域,可保证互联电网调度的经济性与安全性。以直流联络线为研究对象,提出基于多参数规划理论的互联电网直流联络线功率可行域确定新方法。所提方法以联络线功率为规划参数,研究满足互联电网潮流平衡、发电机容量和支路传输极限等安全约束下的直流联络线功率可行范围,从而准确刻画互联电网联络线功率可行域。IEEE9-IEEE30节点联合算例以及IEEE14-IEEE39节点联合算例的仿真计算论证了该方法的有效性和准确性。为促进新能源跨区域消纳,文中进一步定量分析了新能源渗透率对联络线功率可行域的重要影响,为新能源的合理配置提供量化决策依据。

关于频率响应控制未来发展的思考

特高压输电工程逐步推进导致单一元件故障所造成功率失衡数量不断增加,可再生能源大规模接入导致常规机组容量占比持续降低,频率稳定控制攻防两端此消彼长,频率稳定问题凸显;而不断丰富的源网荷侧频率响应控制手段需要更好地协调,以充分发挥其控制效能从而提升频率稳定水平。通过频率响应控制视角下未来电网的结构与形态分析,明确了频率响应控制资源需要精细化管理与控制,指出需要开展动态视角下的频率响应运行调度和频率响应资源集中统一协调控制等理论的研究工作,为频率响应调节资源的规划、计划与调度和多类主体参与频率响应控制提供参考,从而提高系统整体频率响应能力,提升大扰动下的频率稳定抵御能力。

基于多智能体深度确定策略梯度算法的火力发电商竞价策略

火电是新型电力系统的重要支撑,研究火力发电商的竞价策略以及不同出清机制的影响,对保障其低碳高效运营具有重要意义。构建基于多智能体深度确定策略梯度算法的竞价策略模型,分析不同火力发电商组合的竞价差异化策略,优化多主体报价报量策略,探究边际统一出清、按报价支付出清和随机匹配出清3种典型出清机制的市场影响。结果表明,该策略模型可引导火力发电商采取合理的竞价方式以提高市场效率;在新能源渗透率较低时,不同出清机制对各类型机组的影响有所不同;随着新能源渗透率的提高,采用按报价支付出清机制可以兼顾经济和环境效益;当新能源渗透率达到较高水平时,采用随机匹配出清机制可有效应对市场波动风险。

考虑时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估

针对传统惯量需求评估方法难以准确刻画高随机性新能源接入下电力系统运行方式多变导致惯量需求时空动态变化特点的问题,提出一种考虑时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法。首先通过分析系统惯量需求影响因素,建立考虑新能源渗透率以及虚拟惯量的电力系统频率响应模型;其次,在传统频率响应指标的基础上,引入一次调频恢复频差约束,建立惯量需求评估模型;然后,在时间和空间两方面分别考虑系统参数和节点位置对惯量需求的影响,在不同场景下采用优化方法评估系统惯量需求;最后,分别针对传统电力系统和基于虚拟惯量的新能源发电系统开展算例分析,验证了所提方法的有效性和准确性。

微电网背景下电能质量分析与治理

随着微电网中新能源发电的高渗透率及高比例电力电子设备的应用,加之不平衡、非线性等种类繁多的负荷及储能设备的接入,微电网中电能质量问题日益严峻且具有一定的特殊性:一方面,电压波动等传统问题在微电网中更为突出;另一方面,高度电力电子化以及开关频率的提高导致间谐波和超高次谐波等新问题。首先,介绍了微电网中电能质量问题的起因、特殊性、危害及综合治理措施;其次,针对国内外研究现状,总结了新能源并网中公共耦合点电压与频率偏差的治理方案、储能设备在微电网电能质量问题治理的工程应用,同时对电力弹簧、多功能并网逆变器等新技术进行了介绍;最后,结合我国智能电网发展,对微电网电能质量问题的综合治理进行展望。

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。

序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析

传统新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文采用谐波线性化方法建立虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型,对比分析虚拟同步发电机和传统并网逆变器的序阻抗特性。传统并网逆变器的序阻抗在中频段显容性且阻抗幅值较大;而虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小,与电网的阻抗特性基本一致。基于序阻抗模型和奈奎斯特稳定判据分析电网强弱、逆变器并网台数和锁相环带宽对虚拟同步发电机和传统并网逆变器并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明,在弱电网下或者高渗透率新能源发电下,传统并网逆变器容易失稳,而VSG并网系统依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,VSG比传统并网逆变器更适合应用于弱电网下或者高渗透率新能源发电中。最后,通过实验验证该文分析的正确性。

量化电网不确定性对调度计划影响的经济运行域概念及其凸包求解方法

建设含高比例新能源的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要途径,刻画考虑多种不确定性因素的电网经济运行区间是支撑高渗透率新能源消纳的关键技术。因此,提出计及电网不确定性因素经济性影响的电网经济运行域(economic operating region,EOR)概念,圈定强不确定性环境下电网最优调度计划集合。在此基础上,以考虑新能源出力不确定性为例,构建适用于工程实际的凸包经济运行域数学模型,并提出基于双层迭代的求解算法。最后,分析凸包经济运行域的形态和物理内涵,证明凸包经济运行域相比于基于鲁棒优化的箱型经济运行域具有更好的经济性,验证了所提双层迭代算法的有效性和较好的适用性。