新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望

随着以风电、光伏为代表的新能源发电逐步取代同步机组,系统调频资源不足、抗扰动能力下降,频率安全问题凸显,新能源场站提供快速频率支撑成为构建新型电力系统的必然要求。新能源场站快速频率支撑是其内部多设备、多环节综合作用的结果,受风光资源、控制策略、电网条件等多因素的影响和制约。量化评估新能源场站的快速频率支撑能力是指导场站调频优化控制、分析新型电力系统频率响应特性、实现场站调频资源与电网交互的基础和前提。文中对新能源场站快速频率支撑能力评估问题进行了全面综述。首先,分析场站快速频率支撑的特征,并给出了场站快速频率支撑能力的定义;然后,从状态属性、控制特性、调频效果3个维度梳理了场站快速频率支撑能力的评估指标体系,并对各类评估指标的常用计算方法进行分析评述;最后,提出了值得关注和进一步研究的关键技术问题。

基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略

为实现含新能源电力系统的惯量分布特性的有效评估,提出一种基于系统聚类法的含新能源电力系统分区策略。首先分析新能源机组惯量与同步机组惯量之间的差异;其次构建节点惯量响应模型,分析节点惯量相关因素的特性;然后通过主成分分析对影响节点惯量的主导变量进行降维,将降维后的变量应用系统聚类法对节点进行聚类分区;最后通过系统辨识得到区域惯量,评判出整个系统惯量的空间分布。在仿真软件中搭建改进的IEEE 10机39节点模型验证了分区策略的合理性。

大规模新能源基地经特高压直流送出系统中长期运行方式优化方法

大规模新能源基地经特高压直流送出是我国未来新能源消纳的重要形式,合理优化特高压直流中长期运行方式,是提高新能源基地外送消纳能力的重要基础。提出了基于时序生产模拟的大规模新能源基地经特高压直流送出系统中长期运行方式优化方法。首先,考虑生产模拟计算准确性与复杂度的要求,建立了不同类型光热电站、火电机组和储能电站的聚合运行模型;然后,考虑特高压直流运行模式、灵活调节性能和受端电网负荷调峰需求,建立了不含整数变量的特高压直流运行模型。最后,建立了以新能源最大化外送消纳为目标,考虑各类电源与特高压直流运行约束的中长期运行方式优化模型,提出了基于逐周计算的全年8760h生产模拟计算方法。算例基于含风电/光伏/光热/火电/储能的大规模新能源基地开展测试,结果表明所提出方法能够优化特高压直流年/月运行曲线,实现新能源的最大化外送消纳,计算准确性与效率能够满足工程实用性需求。

基于动态谱线插值的新能源场站同步基准信号检测方法

在含高比例新能源的低惯量电力系统中,系统频率呈现基频偏移严重、频率变化快等特征,导致新能源场站在进行并网测试及支撑性能评估时,同步基准信号检测误差增大,进而可能威胁到系统的安全稳定运行。对此,提出基于动态双离散傅里叶变换类(discrete Fourier transformation,DFT)谱线插值的同步基准信号检测算法。通过分析低惯量电力系统受功率扰动后的频率动态响应,揭示系统中基频静动态特征,并在此基础上建立静动态电网信号分析模型。进而量化基频偏移场景下的传统DFT谐波检测算法误差,并说明谱线插值类DFT算法在动态基频场景下的失效机理。继而利用希尔波特黄变换(Hibert-Huang transform,HHT)算法识别动态基频,并结合双DFT谱线插值法修正基频及谐波信号幅值,提高检测精度。又为改善检测效率,增设算法选择判据。试验测试结果表明:所提的检测算法能够准确的测量出强动态电网信号中的基准量,提高对新能源场站同步支撑、电能质量等并网性能的评估精度,为新能源高占比电力系统的同步基准信号检测提供新的可选方案。

高比例新能源并网与运行发展研究

大力发展新能源是我国实现碳达峰、碳中和战略目标,加速能源结构绿色低碳转型的刚性需求与必由之路。本文在调研分析我国新能源发展现状和趋势的基础上,展望了我国中期(2030年)、远期(2060年)高比例新能源并网场景;阐述了高比例新能源并网与运行面临的高效消纳与能源保障难题并存、安全稳定运行难度剧增、电力市场机制不适应等挑战;从电源侧、电网侧、负荷侧、储能及基础支撑4个方面,全面分析了高比例新能源并网与运行关键技术体系。着眼我国高比例新能源并网与运行的长期稳健发展,提出了加强协调规划、提升灵活平衡能力,强化技术攻关、突破关键技术体系,建立衔接机制、支撑新能源参与市场,深化市场设计、适应新能源消纳场景等建议,可为电力领域规划、电力技术研究提供基础参考。

格尔木时代新能源50MWp光伏/15MW电池储能联合电站集成技术研究与应用

格尔木时代新能源50MWp并网光伏电站是国内首座规模最大的商业化光储联合电站,包含50MWp光伏电站及15MW/18MWh锂离子电池储能电站。文章重点阐述了光伏发电系统、锂电池储能系统的组成及系统集成,介绍了光储电站的运行模式及控制策略,并结合实际运行结果进行验证。理论和实践表明,光储联合发电模式具有可行性,符合新能源并网的要求,是解决大规模集中式光伏发电送出和消纳难题的重要途径之一,对新能源大规模并网具有一定的示范作用。

新能源电力系统电力电量平衡问题研究

高比例新能源电力系统中风电和光伏发电出力的波动性、不确定性给电力电量平衡带来较大影响。随着我国能源清洁转型和新能源装机占比的不断提升,高比例新能源运行场景下电力的可靠供应将面临巨大挑战。基于实际运行数据,分析了新能源出力的日波动特性与季节特性,总结了不同时间尺度上电力电量平衡存在的问题。在此基础上,通过建立电力系统时序生产模拟模型,研究高比例新能源电力系统平衡问题,量化分析了我国典型电网2025年高比例新能源运行场景下的电力供应不足的问题,并提出了解决措施和建议。

新能源侧储能配置技术研究综述

构建以新能源为主体的新型电力系统,是能源电力行业服务碳达峰、碳中和的重要责任和使命。电网对于新能源的要求逐渐从"友好并网"提升至"友好并网+主动支撑",新能源侧标配储能成为大势所趋。储能配置是储能应用领域的前端工作,目前储能成本仍然较高,如何实现最优的储能配置是首要需解决的问题。综述并归纳了目前国内外在新能源侧储能应用场景、配置方法及预评估等方面的研究进展,提出了新能源侧储能配置有待进一步考虑的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

新能源侧百兆瓦时级储能电站系统集成技术研究与应用

重点阐述了百兆瓦时级储能电站系统集成,介绍了预制舱的设计技术,分析了储能在新能源并网下典型应用模式及控制策略,并结合仿真及实际运行结果进行验证。理论和实践表明,可以有效解决大规模新能源并网存在的一系列问题,具有一定示范意义。

电池储能系统运行控制与应用方法综述及展望

近年来,随着电池储能产业的高速发展,中国电池储能技术逐渐呈现出了大规模集成与分布式应用并存,多目标协同应用的特征和趋势。在分析国内外电池储能电站发展现状的基础上,针对新能源功率输出平抑、计划出力跟踪等新能源发电侧应用场景,电网频率调整、网络潮流优化等输电侧应用场景,以及分布式、移动式储能等在配电侧的应用场景,对国内外近些年来电池储能应用的研究成果及现状进行了综述,并对未来大规模电池储能电站的运行控制方法和应用前景做出了展望。

促进大规模新能源消纳的综合技术措施研究

近年来,我国新能源行业快速发展,取得了举世瞩目的成绩,但局部地区消纳矛盾逐渐凸显,出现了较为严重的弃风弃光问题。本文总结了我国新能源的发展形势和弃风弃光特点,分析了弃风弃光的原因,并分别从电源侧、电网侧和用电侧提出了促进大规模新能源消纳的技术措施。

基于运行数据融合的储能电池一致性评估方法研究

利用储能电池的电压极差、电压标准差系数以及温度极差3项电池一致性指标,提出基于模糊评估的储能电池一致性综合评估方法。该方法通过对一段时间内电池储能系统历史运行数据的融合,得出该时间段内的储能电池一致性,方法简便实用。以某250kW磷酸铁锂电池储能系统的历史数据为基础,对电池一致性进行评估分析,结果表明该方法可准确评估电池一致性,并可及时发现可能存在异常的单体电池,进行重点分析与监测。一致性评估分析结果将为电池储能系统的检修维护提供重要的参考依据。

含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法

为建立准确的具有主动支撑能力的直驱风电场等值模型,提出一种含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法。首先,建立包含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风机并网系统模型;其次,依据适应性分析选取转速、减载系数、惯性系数和阻尼系数作为分群指标;然后,基于分群指标利用改进K-means算法对直驱风电场中的机组进行聚类分群,得到直驱风电场的等值模型;最后,利用实际算例在不同场景下进行仿真和计算,对等值建模方法的准确性进行验证。

基于SOP动态一致性的退役动力电池模组筛选方法研究

针对退役电池初始特性参数不一致性,多因素影响下电池模组筛选效果不佳的难题,提出一种基于SOP动态一致性的电池模组筛选方法。首先,为表征退役动力电池梯次利用筛选时初始特性,选取退役动力电池的端电压、容量和内阻作为静态筛选的参量,并提出基于密度思想的改进K-均值聚类的静态筛选方法;其次,从静态筛选结果中选取一致性较好的单体电池,建立电压、荷电状态(SOC)、电池健康状态(SOH)等因素与功率状态(SOP)的特征关系,对退役动力电池SOP动态特性进行估计;最后,将SOP一致性较好的退役电池串联成组,建立SOP与电池模组寿命损耗关联关系,基于SOP动态一致性进行电池模组的动态筛选。通过仿真分析验证所提筛选方法的有效性,可有效延长退役电池的使用寿命。

面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望

随着可再生能源并网比例持续提高,储能技术的发展受到广泛的关注。季节性储能作为新兴的储能方式,可以实现长时间以及广域空间范围内的大规模能量转移,是消纳高比例可再生能源的重要技术。文中介绍了季节性储能技术的典型类型与发展现状,总结了各种季节性储能的技术性能与关键特征,从季节性储能的建模、灵活运行分析、储能容量需求分析与效益评估、季节性储能优化规划、长-短期储能的协同运行与合理配置等方面综述了电力系统的季节性储能研究现状,从长时间尺度、多能源形式与跨空间范围3个层面分析了面向高比例可再生能源的季节性储能研究的关键科学问题与挑战,展望了未来在季节性储能精细化建模、协调规划、运行控制、综合能源市场等方面需要解决的重点问题,以期为未来研究提供参考。

新能源汽车充换电及车网互动

“碳达峰、碳中和”使命正在倒逼我国能源行业向可持续发展转型,同时新能源汽车技术不断升级,充换电服务相关配套设施逐步完善,共同推动了我国新能源汽车行业的高速发展。介绍了新能源汽车及其充换电技术的发展现状和趋势,针对大规模新能源汽车接入对配电网运行的影响,提出通过聚合方式让新能源汽车作为柔性负荷参与车网互动的运行控制模式及应用情况,阐述了我国新能源汽车充换电标准体系建设进度情况,最后为行业发展的重点工作提出了建议。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(一):计及受端影响的阻抗建模

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/超同步振荡风险严重制约系统安全运行。阻抗模型逐渐成为大规模新能源并网振荡问题分析和解决的有效方法。现有LCC-HVDC阻抗建模将受端换流站等效为理想电压源,未考虑受端换流站和受端电网强度等因素。该文首先建立计及受端换流站及受端电网强度的LCC-HVDC阻抗解析模型,分析换流站交流侧与直流侧间、送端换流站与受端换流站间的阻抗耦合关系。然后,基于送受端耦合小信号模型,揭示受端电网强度、受端换流站锁相环与直流电压环控制、送端换流站直流电流环控制对LCC-HVDC送端交流端口阻抗特性的影响机理。最后,基于新能源发电和LCC-HVDC输电控制保护装置,构建新能源基地经LCC-HVDC送出系统全电磁暂态实时仿真平台,开展系统振荡阻抗分析与时域仿真,验证LCC-HVDC受端对送端系统振荡特性的影响。

江苏电网侧百兆瓦级电池储能电站运行与控制分析

电池储能系统具有建设周期短、响应速度快、应用模式多样等显著优点,近年来建设规模不断扩大,在国家和地方政府的推动下,得到越来越广泛的应用。江苏镇江百兆瓦级储能电站自2018年7月投运以来,已参与电网调峰、调频、应急响应等多种辅助服务功能。针对江苏百兆瓦级电池储能电站,从其结构特点入手,研究分析储能电站在不同应用模式下的运行控制策略,并针对电站的响应指标和目前的运行情况进行测试分析,探索电网侧大规模储能电站的应用价值。

适应多能源基地远距离输送电能的混合四端直流输电系统控制策略研究

为将大规模可再生能源远距离输送到不同的负荷中心,提出一种适用于多个能源基地远距离输电的混合四端直流输电系统。系统采用电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)作为送端,两个MMC换流站作为受端。介绍系统的拓扑结构和数学模型,设计协调控制方案,分析混合直流输电系统的启动过程。利用换流站控制与直流侧开关的配合,设计混合四端电网的直流故障无闭锁穿越策略。在PSCAD/EMTDC中搭建四端电网仿真模型,验证该系统在启动、直流故障及无闭锁穿越等工况下的运行特性。研究结果表明,该系统可为新能源的大规模送出提供一种新选择。

电网短路故障下新能源并网变换器的暂态同步机制及其自适应稳定控制策略

新能源并网变换器在电网短路故障期间与电网之间的交互作用显著增强,增加了暂态失稳风险。该文首先建立可再生能源并网换流器(renewable energy grid-connected converter,REGC)在低电压穿越(low-voltageride-through,LVRT)期间的简化等效转子摇摆方程,刻画并分析其同步特征属性。然后,借鉴传统同步发电机的同步稳定理论,推导等效整步转矩系数、等效等面积准则以及阻尼比3个同步特征指数,物理性地揭示不平衡虚拟转矩驱动REGC等效功角运动,甚至引发暂态失步的内在机理,并同时量化衡量REGC的暂态同步稳定性及其在低电压穿越期间的准静态小干扰同步稳定性。最后,提出一种基于自动虚拟变阻器的改进锁相环(phase-lockedloop,PLL)架构,使REGC能够自适应地抵消/补偿线路电阻的压降效应,不仅具备自主平衡能力,而且同时显著增强REGC的暂态同步稳定性及其准静态小干扰同步稳定性。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。