新能源极端出力特性及典型电力电量平衡场景研究

随着新能源发电占比的增加,电力系统的电力电量平衡呈现不确定性强、电力过剩/短缺交替出现等特征,给电力系统的供电可靠性带来了严重的影响。基于新能源出力实际运行特性和未来电源发展趋势,研究了含水电的新型电力系统的典型电源结构场景,并以此为基础,建立了电力电量平衡量化分析模型。通过算例结果量化了未来新能源发展场景下的典型电力电量平衡场景及系统灵活调节能力的需求,分析了新能源极端低/高出力对电力平衡的影响。研究可为我国新型电力系统构建提供决策参考。

爱尔兰岛高比例新能源电力系统运行经验与启示

随着全球能源转型步伐的加快,世界各国电力系统均大力发展以风电和光伏发电为主的新能源。爱尔兰岛电力系统为岛屿独立同步电网,具有新能源渗透率高、与外部电网交互功率小等特点。经过长期摸索与发展,爱尔兰岛高比例新能源电力系统运行水平处于世界前列,其先进经验对我国新型电力系统建设具有重要借鉴意义。介绍了爱尔兰岛电力工业的概况,分析了爱尔兰岛电力系统的运行情况,探究了爱尔兰岛电力公司为保证高比例新能源电力系统安全高效运行采取的措施,最后总结其对我国新型电力系统建设的经验与启示。

基于生产模拟的受端电网新能源发展场景研究

“双碳”目标驱动下,受端电网新能源大规模并网,加之外来电力比重加大,电力平衡难度增加,受端电网实现清洁替代面临多重困难。基于实际运行数据,分析了新能源低出力特性及其与负荷的匹配特性,总结了高比例新能源电力系统面临的关键问题。在此基础上,建立电力系统时序生产模拟模型,基于2030年预测数据的标幺化,设计2060年案例场景,量化分析典型受端省级电网的新能源、煤电和调节资源的配置问题,以及不同新能源发展场景下实现清洁替代的方案,并提出相关措施和建议。

初论电力气象的基本概念与研究方向

电力气象伴随着电力系统和气象科学的发展而发展。在我国积极应对全球气候变化、推进能源转型的大背景下,加快培育电力气象新兴学科是新型电力系统建设的现实需要,也是科学技术创新发展的客观要求。该文将电力气象看作一门研究气象条件与电力系统间相互作用及其应用方法的交叉学科,探讨了电力气象的定义与应用,系统性梳理了19世纪以来电力气象的整体发展历程。随着新型电力系统发展,总结了当前电力气象的主要需求和技术挑战,提出电力气象基础理论、环境感知监测、定制化预报、灾害预警、供电保障及人工智能应用等重要研究方向,为深化电力气象应用、支撑新型电力系统高质量发展提供参考。

输电网故障时新能源并网点电压跌落及影响范围计算方法

为了应对当前电网安全稳定分析无法评估输电网故障对新能源影响的问题,提出一种输电网故障时新能源并网点电压跌落及影响范围计算方法。以220 kV节点为界,考虑新能源电流输出特性的影响,完善故障计算模型,并计算220 kV节点故障电压。基于计算结果,提取新能源接入中低压电网的典型场景,并细化分析计算故障时刻新能源并网点电压及其与故障点的电气距离。最后,基于修正的39节点标准测试系统,通过与传统故障计算和时域仿真结果对比分析对所提方法进行验证,研究结果表明:采用所提方法的故障电压计算偏差范围为-4.82%~0.6%,能够准确地评估输电网故障对新能源的影响,可以进一步为新能源运行规划和控制策略优化提供指导。

面向新型电力系统的新能源并网控制挑战与展望

构建新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键途径。随着新型电力系统的建设推进,局部地区将形成少同步电源甚至无同步电源并网场景,对新能源并网控制提出新的技术需求。该文首先回顾新能源发展过程中并网控制面临的技术问题,分别概述跟网型/构网型新能源并网控制方法;其次,分别简述跟网型/构网型并网控制技术标准与工程实践发展历程;然后,展望新型电力系统对于新能源并网控制的未来技术需求,分析跟网型/构网型并网控制面临的技术挑战;最后,从技术攻关、标准与实证、工程应用出发,对新型电力系统新能源并网控制技术未来发展提出建议。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(三):振荡抑制策略

针对新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡问题,现有研究主要通过新能源侧阻抗重塑设计实现振荡抑制,考虑到实际系统并网台数多、机型繁杂、故障穿越性能等因素制约,其设计裕度受到限制。该文通过LCC-HVDC阻抗重塑实现系统次/超同步振荡抑制。首先,提出送端换流站定触发角控制、受端换流站定直流电流控制的LCC-HVDC阻抗重塑控制策略,建立计及阻抗重塑的LCC-HVDC阻抗解析模型,并验证阻抗模型的准确性。然后,对比分析重塑前后阻抗特性变化,阐述阻抗重塑控制策略的作用机理,消除原有送端换流站直流电流环与功率电路重叠效应所产生的负阻尼。进一步,基于LCC-HVDC阻抗重塑,优化新能源并网点系统阻抗特性,提升直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)、双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)以及光伏(photovoltaic,PV)不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统稳定裕度,消除系统次/超同步振荡风险。最后,不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统仿真结果验证了该文提出的基于LCC-HVDC阻抗重塑振荡抑制策略的有效性。

电力市场环境下生物质气化耦合燃煤机组与风电场联合自调度优化策略

利用生物质气化耦合燃煤发电技术可以提升火电机组的燃料及运行灵活性,从而促进风电的高水平消纳,同时实现生物质能的有效开发利用。该文首先建立反映生物质气化耦合热电联产机组内部能流过程和外部出力特性的运行模型。然后,从能源供应商视角出发,给出耦合机组与风电场联合参与日前、日内和实时平衡市场的多阶段决策框架,提出反映联合体期望收益和条件风险价值的多目标自调度策略。最后,利用基于字典优化框架的增强ε约束法,给出构建帕累托前沿的多目标优化求解流程。以一台350 MW燃煤热电联产机组和一座600 MW风电场构成的联合体为例进行分析。结果可知,增设生物质气化子系统和联合运行能够使其经济效益提升6%左右,同时有利于降低能源供应商的运营风险。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(二):阻抗特性与振荡机理分析

该文基于系列文章1建立的电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)阻抗模型,开展新能源基地经LCC-HVDC送出系统阻抗特性和振荡机理分析。首先,研究LCC-HVDC送端交流端口阻抗与阀本体交流阻抗、交流滤波器阻抗间的构成关系,分析直流线路、受端换流站、受端电网强度对送端换流站阀本体交流阻抗的主导影响;然后,研究送端换流站直流电流环对阀本体交流阻抗的重叠效应,分析送端换流站交流端口阻抗次/超同步频段负阻尼特性形成机理,并论述受端换流站和受端电网强度对送端交流端口阻抗特性的交互影响;接下来,建立新能源基地经LCC-HVDC送出系统等值模型,研究送端系统振荡边界条件,阐明LCC-HVDC对新能源并网点阻抗特性影响的变化规律,揭示直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)、双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)、光伏(photovoltaic,PV)不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统次/超同步振荡机理;最后,不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统仿真结果验证了该文提出的次/超同步振荡机理的正确性和通用性。

新能源同步发电机序阻抗建模及其对宽频振荡的抑制作用

针对新能源并网设备频繁发生的次/超同步振荡问题,在前序研究中所提出的一种适用于光伏和储能的全新的基于开绕组同步电机(open winding synchronous machine,OWSM)的新能源同步发电机(renewable energy synchronous generator,RESG)拓扑的基础上,运用频域小信号阻抗建模方法,建立了新能源同步发电机拓扑的宽频阻抗模型,并在仿真中进行了扫频验证,验证了所提模型的正确性。分析了新能源同步发电机拓扑的阻抗特性,表明该拓扑的宽频阻抗特性为电压源特性,不易与电网交互产生振荡。将一定容量的新能源同步发电机和传统跟网型变流器共同接入并网,可以起到改善并网特性、抑制宽频振荡的作用。分析了将光伏场站中的一部分机组改造为新能源同步发电机后场站阻抗特性的变化。最后,建立了运用新能源同步发电机对某光伏场站改造的仿真案例,初步证明了所提新能源同步发电机拓扑在抑制宽频振荡方面的应用潜力。

风电网源波动对并网点等值阻抗估计影响及电网阻抗在线辨识

风电等新能源发电并网性能对电网强度较为敏感,作为衡量新能源场站接入点电网强度的重要指标,风电场并网点电网侧的戴维南等值阻抗在线辨识对风电稳定运行风险评估及策略优化意义重大。首先介绍了戴维南等值阻抗估计原理,揭示了网源两侧波动对等值阻抗辨识精度的影响与变化规律,明确了实现等值阻抗准确辨识及在线应用的波动数据筛选原则。在此基础上,设计了测量点电压相量和功率波动信息相融合的数据筛选指标,提出了网源数据波动特征筛选与等值阻抗线性关系描述相结合的电网阻抗的在线辨识方法,有效克服了复杂网源条件下等值阻抗辨识误差大的问题。最后通过仿真和现场实测数据证明了理论分析与所提方法的准确性与有效性。

低温寒潮天气下的风电短期功率预测技术研究

随着风电等新能源占比的不断提升,电力系统的气候依赖性日趋凸显。低温寒潮天气易导致大规模风电机组非计划停运,而现有风电功率预测方法难以预测,基于此,文章提出了一种基于极端场景划分的低温寒潮天气风电功率短期组合预测方法。根据低温寒潮影响风电停运的机理不同,划分了低温停机、大风切机和覆冰减载3种场景,优选各场景关键气象参量并采用隐马尔科夫模型(hidden Markov model,HMM)进行修正,分别建立了低温停机预估模型、大风切机预测模型和覆冰场景减载预测模型,通过与基于正常天气样本建立的常态化功率预测模型组合,最终实现低温寒潮天气风电出力的准确预测。将低温寒潮天气下3种场景预测结果与常态化功率预测进行对比,验证所提方法的有效性。

金沙江上游水光互补中长期协调运行方法研究

充分发挥流域梯级水电站的灵活调节能力,实现水光互补系统的协同运行,是提升可再生能源消纳水平的重要途径。以金沙江上游川藏段正在开展前期规划工作的梯级水电站及沿江光伏电站为研究对象,建立了水光互补系统发电量最大化的中长期协调运行优化模型,同时计及梯级水电站、光伏电站和外送直流输电线路的运行约束,以评估水光互补系统的外送消纳水平。在算例分析中,测算了不同梯级水电站规划装机下的光伏电站最大装机和典型日外送发电曲线,并从丰-平-枯水平年、直流日最大调节幅度和是否配置抽水蓄能电站等方面进行模型验证和灵敏度分析,结果表明,金沙江上游川藏段水光出力具有季节资源互补性和日内电源互补性,提升梯级水电站或直流输电线路的调节能力、配置抽水蓄能电站均可以使光伏最大可接纳装机进一步增长。

电网侧储能多重应用价值及运营策略研究

首先,构建储能多重应用价值与运营成本评估模型;然后,建立储能间接价值相关服务类型的性能指标及综合性能指标模型,并提出储能系统多重应用运营策略;最后,基于典型案例进行仿真分析。结果表明所提方法可指导电网中不同并网节点储能的多重应用优化运营。

计及异频耦合谐波的模块化多电平矩阵变换器阻抗建模

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是低频输电系统的核心装备,所连接异频交流系统电气量在变换器桥臂直接耦合,其桥臂电气量不仅含有两侧交流系统各自基频的整数次谐波,还含有二者交互耦合产生的非基频整数倍谐波分量(称为异频耦合谐波)。忽略子模块直流电压动态和异频耦合谐波、以基频为频率间隔的多谐波线性化建模方法,难以准确刻画M3C的谐波特性,影响阻抗模型的精度,无法揭示子模块直流电压动态及谐波对阻抗特性的影响机理。论文首先基于M3C谐波特性分析,建立考虑两侧交流系统异频耦合谐波的多谐波向量频域模型,并通过M3C 9个桥臂多谐波小信号的相序关系和传递关系分析得到M3C单桥臂主电路小信号模型,降低阻抗建模复杂度;在此基础上,进一步考虑控制环路频率耦合效应的影响,建立能够准确反映直流电压动态和谐波特性影响的M3C序阻抗模型。最后,在RT-Lab实时仿真平台上通过时域仿真和扫频实验,验证M3C阻抗模型的准确性,并对影响阻抗特性的关键因素进行分析。

基于惯量同步的构网型永磁直驱风电机组频率支撑及转速恢复策略

针对风电机组频率响应后有功支撑与转速恢复切换易诱发二次频率跌落的问题,提出了一种考虑转速恢复的构网型风电机组频率支撑策略。首先阐述了构网型风电机组的“惯量同步”原理;其次,基于转子运动方程,分析了构网型风电机组调频及转速恢复策略对频率最低点及二次频率跌落的影响机理;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,构建基于惯量同步的构网型风电并网系统,并在不同扰动下验证所提控制策略的有效性。

多能互补发电系统电/热/氢储能容量协调优化配置

针对无常规电源支撑的风-光-热-储-氢多能互补发电行经济性和利用率具有重要意义。该文提出一种基于全年8760 h系统,协调优化配置电/热/氢各类储能容量,对提高系统运时序生产模拟的多能互补发电系统电/热/氢储能容量协调优化配置方法,建立以系统等年值收益最大为目标,考虑系统电/热/氢能量流平衡作用、新能源利用率、外送通道容量、各类电源和储能系统运行约束的电/热/氢储能容量优化配置模型,并提出新能源弃电状态与电/热/氢储能装置的耦合运行策略;以风/光全年8760 h理论出力序列为输入,通过求解模型得到兼顾系统经济、安全和清洁性的电/热/氢储能最优配置容量。算例基于我国西北某多能互补发电系统进行仿真测试,验证所提出的全年8760 h时序生产模拟方法的有效性,量化分析系统成本和电价、储能运行策略等因素对容量配置结果的影响。

面向风光储系统的多时空尺度容量置信度评估方法

随着新能源逐渐成为主体电源并且通过跨省跨区互济,广域新能源系统供电能力刻画对保障电力系统可靠供应具有重要意义。储能可有效平抑新能源波动性,从而有效提升其供电能力,容量置信度是刻画新能源-储能系统供电能力的重要指标。因此,首先提出了面向跨省跨区风光储系统的多时空尺度容量置信度评估指标体系和计算方法,将容量置信度评估周期拓展到短期运行态、中期运行态和规划态等多时间尺度,以更好地支撑关键场景下的电力系统保供电需求;并研究了面向风光场站、省级电网、跨区电网等多空间尺度的容量置信度评估方法,从而支撑广域风光储系统的供电能力刻画。此外,从时间和空间2个维度提出了将运行模拟加速算法用于广域风光储系统容量置信度评估。结合RTS-GMLC跨区算例验证了所提评估方法的有效性,研究结果表明:净负荷高峰关键场景对新能源储能系统的容量置信度影响较大,通过广域源荷互补和储能接入可有效提升新能源系统的容量置信度。

考虑电锅炉辅助供热碳捕集机组的电热系统低碳调度

我国北方地区的热电联产机组(combined heat and power,CHP)装机容量较大,在供暖期受“以热定电”约束产生大量碳排放。在CHP机组中加入碳捕集设备(carbon capture and storage,CCS)能减少其碳排放,但加剧了CHP机组的电、热耦合,因此,该文引入电锅炉及储热装置,为CCS辅助供热,针对含电锅炉辅助供热的CHP-CCS机组的电热系统低碳调度开展研究。首先研究具有储热CHP-CCS机组的运行特性模型,然后建立考虑碳交易成本的含CHP-CCS机组的电热系统低碳调度模型,其中采用模糊机会约束描述风电及负荷的不确定性。最后以改进的IEEE 30节点系统和西北地区某实际系统为算例,分析不同热源容量及置信水平对电热系统运行经济性、碳排放及弃风的作用,给出了电热系统日优化调度方案。

大型储能电站建模与应用展望

针对大型储能电站建模层级不明确、定位不清晰以及模型应用场景适应性不足的问题,该文提出了新型能源体系下大型储能电站建模体系框架及应用展望。首先,从储能定位和电力系统稳定性两个视角阐释了储能系统建模需求。其次,提出了储能电站多时间尺度建模的整体框架和方法;以实际电网为例,提供了多类型模型应用场景选取原则和匹配建议。研究表明,电力系统稳定性框架直接催生储能建模需求,同时提供了不同储能模型的应用场景;储能模型应用不仅包含储能装置特性和稳定特性校验,更囊括储能对能源电力转型的支撑能力评估。研究结论为储能建模构建了系统化思路,为储能模型应用提供指导性意见,有助实现储能电站相关分析辅助决策。