构建新能源供给消纳体系——访国网经济技术研究院有限公司执行董事、党委书记郭铭群

“十四五”时期是碳达峰的关键期、窗口期,能源发展转型任务紧迫。《“十四五”现代能源体系规划》的出台为“十四五”时期能源发展指明了方向。针对其中提出的“规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系”,记者专访了国网经济技术研究院有限公司执行董事、党委书记郭铭群。

全功率变速抽水蓄能技术应用前景研究

全功率变速抽水蓄能机组具有诸多技术优势,但受大功率变频装置制造难度及成本制约,目前仅在中小容量机组上具有应用经济性。中小型抽水蓄能电站与全功率变速机组完美适配,打开了其推广应用空间。为促进抽水蓄能全功率变速技术的国产化、规模化应用,满足新型电力系统更优质的调节能力需求,首先介绍了变速抽水蓄能技术原理及其发展现状,然后从技术优势、应用场景和发展面临的挑战三个方面分析全功率变速抽水蓄能技术的发展前景,结果表明缺乏科学的变速机组作用效益量化评估方法、相关工程配套设计以及全功率变速机组实际运行经验,是当前制约全功率变速技术推广的主要因素,建立变速机组应用收益指标评价体系、加快推进全功率变速机组相关配套设计、因地制宜开展中小型抽水蓄能全功率变速机组示范工程建设是破解上述问题的关键之要,可为后续全功率变速技术在中小型抽水蓄能项目落地应用、高质量服务新型电力系统提供参考。

抽水蓄能电站的多元化经济价值评价方法研究

抽水蓄能机组是目前电力系统中最成熟、功率与能量容量最大的储能技术手段。凭借其灵活、大容量和较低的单位容量建造与运行成本,在构建高比例新能源的新型电力系统中发挥着越来越重要的作用。另一方面,长期以来抽水蓄能电站的运行模式主要集中于削峰填谷和系统备用并获取收益,单一且较低的回报无法体现抽水蓄能电站的经济与技术价值。在市场环境下并结合抽水蓄能电站的多种运行模式,研究了抽水蓄能电站提供削峰填谷、调频、备用、容量市场价值以及黑启动的经济价值测算评估模型。以抽水蓄能电站经济收入最大化为目标,构建了抽水蓄能电站参与能量市场、调频市场与备用市场多品种经济价值分析模型。进一步结合黑启动与容量价值等多种补偿政策,形成了抽水蓄能电站的多元化经济评价方法。通过开展多种电价场景的算例分析,研究抽水蓄能电站在不同电价波动水平下的经济收益差异,证明了所提出的抽水蓄能电站多元化经济评价方法的可行性。

BIM技术在电网工程建设中的应用研究

本文主要分析了BIM技术在电网工程建设中的实际应用,使其在电网工程建设中带来较好的条件,可使电网工程建设及运行水平全面提升,为电网建设领域的发展建立良好的基础,推动输配电体系的发展。

配电网5G通信架构及其时延可靠性研究

5G在数字配电网领域的核心价值在于发挥5G的超高可靠、低时延技术优势,为配电网涉控业务提供高可靠、低时延的通信。为了系统地提供配电网5G通信时延与可靠性理论分析方案,结合数字配电网业务给出了配电网5G通信典型架构,深入分析了针对配电网5G通信的时延模型,针对国内四大运营商5G帧结构逐一进行了端到端时延分析,并通过5G链路级仿真了3GPP Rel-15和Rel-16的5G可靠性数值,提出了配电网5G通信的时延与可靠性联合分析方法。

面向HVDC应用的逆阻型IGCT关断特性研究

为研究逆阻集成门极换流晶闸管(RB-IGCT)的电流关断特性,指导RB-IGCT换流阀设计,此处搭建了RB-IGCT的电流关断测试电路,对其电流关断特性进行了实测,并采用双指数函数对电流关断特性进行数学拟合。最后基于拟合到的关断电流数学模型,在PSCAD/EMTDC中搭建了IGCT电流关断的器件级功能模型进行仿真测试,仿真和试验结果的一致性表明基于双指数函数的IGCT电流关断模型的准确性,为后续工程应用时IGCT关断电压应力研究以及RB-IGCT阀均压设计提供了快速有效的仿真手段。

极端条件下多源配电网主动孤岛研究综述与展望

高比例分布式电源接入后的故障配电网,具备主动恢复与自治能力,有利于提升电力系统适应气候变化和灾害风险管理的水平,顺应配电网技术的发展方向。当前,配电网主动孤岛自恢复和稳定运行的研究受到广泛关注。首先,概述多源配电网主动孤岛的内涵,以及多源配电网孤岛与微电网孤岛的区别,分析归纳配电网主动孤岛在分布式电源高比例接入下稳定运行存在的关键问题。其次,从主动孤岛划分、孤岛自组网波动平抑控制以及组网完成后主动孤岛小干扰稳定控制3个方面阐述国内外研究现状,并进行总结。最后,基于电力物联网、高电力电子化下的小干扰抑制以及能源互联网背景下的主动孤岛方案,对多源配电网主动孤岛的发展前景进行展望和总结。

基于沙戈荒新能源送出特性的特高压工程知识图谱构建技术研究

我国西部的沙漠、戈壁、荒漠地区拥有优质的太阳能和风能资源,由于外送距离远、输电容量大等特点,特高压工程将成为主要的电能输送手段。特高压工程数据具有数量大、关联度高、数据结构性差的特点,传统以专家经验为基础的工程数据收集分析手段已经无法满足日益增长的数据增长需求。知识图谱技术能有效结构化工程数据,传统基于子字符串的命名实体识别技术生成了具有大量负样本的子字符串,对模型的精度具有不利影响。提出一种改进的命名实体识别算法,首先在分析特高压工程典型文本的基础上构建知识图谱本体层,其次利用考虑实体边界的负采样技术削减子字符串样本数量,提高命名实体识别效率,最后利用关系抽取算法得到实体对及关系类别。实验表明:所提算法在精度上与参考算法差别不大,运行效率提高了9%,验证了模型的有效性。

考虑风光出力不确定性的新能源基地直流外送随机规划方法研究

加快推进沙漠、戈壁、荒漠地区大型风电太阳能发电基地规划与建设,是我国实现“双碳”目标的重要举措。大规模新能源基地电力外送呈现强随机性、波动性特征,跨区送电特性与传统直流相比发生较大变化,亟需研究适用于不确定性环境的直流外送输电曲线规划方法。考虑了新能源基地风电、光伏出力不确定性对电力外送的影响,针对新能源基地、直流通道和受端电网的运行特性分别建模,提出了基于场景分析法的新能源基地直流外送随机规划方法。算例结果表明,该方法得到的直流输电曲线可应对不同新能源出力场景下的直流外送需求,验证了所提方法的有效性。

构网型柔性直流系统阻尼环节控制策略优化研究

采用构网控制的柔性直流输电系统可模拟同步电机运行特性,为电网提供频率和电压支撑,而传统的功率同步型构网控制阻尼环节引入了调频功能,使柔直功率输出随电网频率变化而波动。该文基于同步发电机调频和阻尼环节的机理辨析,提出了功率同步型构网控制阻尼环节改进方法,可同时满足并网运行稳态功率精准控制和频率突变的阻尼需求,并基于小信号稳定分析给出了控制参数设计原则,基于电磁暂态仿真平台以及渝鄂柔性直流工程现场试验验证了改进策略的有效性。

沙戈荒基地外送全环节经济性测算及市场竞争力分析

在风光火储打捆基地外送价格形成机制尚不明确且暂无可借鉴成熟经验的背景下,对沙戈荒基地外送经济性测算展开分析与讨论。首先考虑以系统运行成本最小为目标搭建了生产运行模拟模型,并基于经营期法和按发电量比例分配原则搭建打捆送电成本电价测算模型。以沙戈荒基地外送某典型工程为例,对基地发电、送电等外送全环节经济性进行了测算。进一步从打捆电源配置、标准煤单价、增配储能、考虑调峰收益、单位造价等几方面分析影响沙戈荒基地发电成本电价的主要因素,并通过比较受端区域燃煤发电基准价与测算的落地成本电价对市场竞争力进行分析讨论。案例的分析结果从经济成本与市场竞争力角度对沙戈荒基地外送工程规划、建设及定价机制设计具有借鉴作用,对全面贯彻落实碳达峰碳中和战略决策,服务能源转型和清洁绿色低碳发展具有重大意义。

基于BIRCH算法的配电网设备多源数据融合存储技术研究

针对智能配电网设备量剧增导致的数据上传速率慢、数据存储性能较差等问题,提出了基于海量信息处理的配电网设备数据存储模型研究。利用Hadoop分布式平台搭建配电网设备数据存储模型架构,以此获取配电网设备海量数据。且应用CMCH算法并行关联配电网设备的多源数据,并采用了BIRCH算法融合设备并行关联数据库,以此获取配电网设备多源数据融合结果。再通过一致性哈希算法存储配电网设备数据,实现配电网设备数据存储模型的运行。同时搭建了Hadoop分布式平台,准备实验数据集来进行设备数据存储仿真实验。实验结果显示,与传统模型相比,所构建模型的数据上传速率较高、数据压缩也比较大,充分说明了该模型设备数据的存储性能较好。

电力现货市场下储能系统经济效益研究

储能在解决可再生能源发电不稳定性、间歇性问题上具有提高电网输配容量和控制电频波动的作用。合理的经济效益收益模式是储能发展的关键,为明确当前电力现货市场环境下储能系统的合理经济收益模式及主要影响因素,挖掘我国储能市场潜力,通过优劣势(strengths weakness opportunity threats,SWOT)分析模型分析其内外部环境。在此基础上,基于储能参与辅助服务市场和电力现货市场交易的特性分析,采用内部收益率(internal rate of return,IRR)模型,以江苏省某储能系统为例,研究在电力现货市场下储能系统经济效益量化的问题。以经济效益最大为目标构建模型并利用线性规划进行求解,在多个情景下验证电力现货市场下储能系统的经济效益。最后,从技术和经济2个不同角度,通过案例研究影响当前储能系统经济性的最主要因素,算例结果表明:基于技术角度,充放电循环次数是主要影响因素;基于政策定价角度,峰谷价差水平是主要影响因素。随着我国储能系统投资成本及技术水平的进步,在电力现货市场全面放开的背景下,储能系统将具有越来越强的经济效益。

电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土柱轴压性能研究

进行了14根电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验,分析截面高宽比、受火时间和含钢率对其火灾后剩余承载力的影响。试验表明:该类短柱的破坏模态均为局部屈曲、焊缝开裂和混凝土被压碎;试件的剩余承载力随着受火时间或高宽比的增加而降低,受火120 min后该类试件的承载力降低了7.8%~13.9%。接着建立了有限元模型,该模型可很好地模拟实测结果。基于有限元模型开展了理论分析,结果表明初始荷载对该类组合柱的剩余承载力影响较小。参数分析表明当混凝土强度从30 MPa增加到90 MPa时,其强度折减系数降低了15.8%;当截面周长从1 228 mm增加到4 913 mm时,其强度折减系数提高了20.5%;当受火时间从0 min增加到180 min时,其强度折减系数降低了8%;但含钢率、高宽比和钢材强度对其强度折减的影响较小。最后给出了电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的剩余承载力的设计方法。

高海拔特高压换流变压器冷却性能修正研究

川藏高原是我国的资源富矿,随着藏东南能源大开发,预计建设多个特高压直流工程,而特高压换流变压器是特高压输电工程中至关重要的设备,散热是保证其安全运行的关键。现有标准制定时工程未面临超高海拔特高压工程,为避免变压器的热设计裕量选择不当而影响设备安全稳定运行情况的发生,标准适用性可以继续深入论证。主要对强油循环风冷却器在不同海拔下冷却容量、换流变压器顶部油温升进行理论分析与仿真计算的对比验证。同时利用环境气候模拟实验室完成不同海拔高度下冷却容量的测试试验,通过对试验结果与理论计算的对比验证,给出了不同海拔条件下风冷却器冷却容量的修正建议,即海拔2000~5000m范围内,在2000m基础上,海拔每升高250 m温升限值降低0.75 K。这为高海拔环境下换流变压器的冷却系统设计和标准修订提供了参考依据,对用于高海拔环境下换流变压器的热设计和可靠性评估有一定指导意义。

基于外部性理论的网侧储能成本疏导机制研究

“双碳”目标下构建以新能源发电为主体的新型电力系统需要大量灵活性资源保障其可靠运行。大规模的网侧储能为电力系统提供调峰、调频、惯量支撑等多元服务,具有重要调节作用。然而,网侧储能仅靠峰谷电价差获取电量收益难以回收其投建成本,已成为制约大规模网侧储能发展的主要原因。为此,基于外部性理论对网侧储能成本疏导机制展开研究。在分析市场环境下网侧储能对源-网-荷多主体外部性价值特点的基础上,建立包含储能外部性价值量化及储能成本疏导的网侧储能双层规划决策模型,即上层给出储能的规划容量,下层模拟网侧储能参与现货市场运营对市场电价的影响,并量化其对不同市场主体的外部性价值,同时反馈到上层决策模型引导储能投资;进而设计网侧储能的成本分摊方法及基于市场清算的成本疏导机制。算例结果表明,所提方法能够指导网侧储能的投建规模,所设计的成本疏导机制满足多市场主体激励相容,可以缩短储能项目的成本回收年限,并与现有电力市场交易规则兼容性好。

台风灾害下电网多维韧性评估研究

近年来台风灾害频发导致电网多次发生大规模停电事故,当前电力系统韧性具有较大的不确定性和主观性问题,准确评估台风灾害下电网韧性有助于精准应对电网故障,降低电网事故经济损失。提出台风灾害下电网多维韧性评估指标体系,采用云模型(cloud modeling,CM)和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)相结合,提出了台风灾害下电网韧性评价方法,将台风预防、过境和离境阶段相结合进行综合评估。最后针对某地实际台风灾害下电网事故进行算例分析,验证本文所述电网韧性评估指标体系的有效性和合理性。

特高压重冰区地线支架脱冰动力响应安全性研究

为了探究特高压重冰区输电塔地线支架在脱冰动力荷载作用下的安全性,基于脱冰数值计算理论,建立了地线的脱冰数值模型和塔线耦合数值模型,研究了地线在不同工况下的脱冰动力响应和不同地线脱冰情况下铁塔地线支架的承载力安全性。脱冰研究表明:地线脱冰时,高差越大,脱冰产生的上拔力越大;档距越大,纵向不平衡张力越大;覆冰越厚,地线脱冰产生的纵向不平衡张力越大,产生的的上拔力越小。塔线耦合脱冰研究表明:多档模型下,地线脱冰时,悬垂直线塔地线支架正面和底部斜材存在应力比超限情况,现有设计方法偏于不安全;耐张塔地线支架不受脱冰动力响应控制。建议重覆冰区地线支架设计时仅考虑地线脱冰产生的上拔力影响,上拔力取地线最大使用张力的1.0%~5.0%,覆冰越厚,上拔荷载可越小,厚度为20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm冰区的上拔荷载分别取为最大使用张力的4.0%~5.0%、3.0%~4.0%、2.5%~3.0%、2.0%~2.5%和1.0%~2.0%。

高压套管表带触指SF_(6)气氛中高温腐蚀特性研究

表带触指作为高压套管中电连接结构的关键部件,其接触劣化受到电、热、化学的联合作用。目前影响表带触指劣化腐蚀的关键因素尚不清楚,亟待开展相关研究。文中基于表带触指劣化试验系统开展了表带触指高温腐蚀特性研究:基于热力学原理分析了不同金属材料对SF_(6)气体分解产物的反应倾向;同时,开展了高温下表带触指在SF_(6)气体中的腐蚀试验,获得了不同过热分解条件下表带触指的腐蚀特性。研究发现,表带触指发生腐蚀反应的类型主要取决于温度最高点的位置和SF_(6)气体过热分解程度,SF_(6)过热分解初期氟化物的特征峰更强。当触指温度高于周边温度且SF_(6)分解程度较低时,表带触指主要受到氟化腐蚀,当SF_(6)分解程度较高时,表带触指主要受到硫化腐蚀。相关研究可为高压套管触指结构的过热故障分析及可靠性运行提供实践依据。

软岩地基斜锚-短桩复合基础水平承载性能研究

针对山区输电线路岩石地基斜锚-短桩复合基础这一新型基础型式,采用有限元方法构建并验证计算模型,并进一步以短桩的桩径及其嵌岩深度、斜锚长度、斜锚连接节点距地表深度为参数,开展嵌岩短桩及斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能对比研究。基于斜锚-短桩复合基础水平荷载-位移曲线初始弹性段、弹塑性过渡段和直线破坏段的三阶段变化特征,确定了各基础相应阶段的水平承载力。研究岩体及桩身截面混凝土应力分布特征、斜锚与短桩连接节点位置对斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能的影响规律,结果表明:斜锚与岩体间的黏结锚固作用可将基顶水平力转化为斜锚拉力,使水平荷载传递至斜锚周围及短桩桩端以下的岩体,进而有效提高斜锚-短桩复合基础水平承载性能。通过优化斜锚连接节点距地表深度,可减小桩径及其嵌岩深度同时满足相应基础抗水平承载力设计要求,从而有效降低基础施工难度,提高基础安全性。