能源转型下弹性电力系统的发展与展望

我国正处在能源转型的关键时期,电力系统对构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系意义重大。然而能源转型下的电力系统呈现不确定性、开放性、复杂性等特点,使得现代电力系统在极端自然灾害和人为攻击下变得更加脆弱,其运行风险急剧增大。该文以能源转型下的弹性电力系统发展展开讨论,首先从内在要求和外在驱动两方面阐述了发展弹性电力系统的必要性。而后重点介绍了弹性电力系统的概念,包括详细的定义、特点及研究方向。继而在文献调研的基础上,从电力一次系统和网络安全两个层面论述归纳了弹性电力系统研究的关键技术,并最终对我国能源转型下的弹性电力系统发展作展望。

强电磁脉冲威胁与弹性电力系统发展战略

随着电网向智能化、信息化方向发展,强电磁脉冲威胁日益加剧。其中,高空核爆电磁脉冲(HEMP)覆盖范围广、强度高、破坏目标多,会对广域分布的电力设施造成全局性威胁,使一个地区甚至整个国家的电力系统陷入瘫痪。另外,我国正处于能源转型的关键时期,能源转型下的电力系统呈现不确定性、开放性及复杂性等特点,使得现代电力系统在极端自然灾害和人为攻击下变得更加脆弱,运行风险急剧增大。本文以HEMP环境特征、效应、危害特征和初步评估结果为切入点,兼顾能源转型下电力系统面临的安全问题,提出以高恢复力的弹性电力系统建设作为应对策略,并阐述弹性电力系统发展步骤及具体研究框架,期望经过全行业15年的努力,建成具备快速恢复力的弹性电力系统。

计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度

极端天气造成的故障会引发潮流转移,触发连锁故障,从而增加了大规模停电事故发生的概率。高比例电力电子设备接入电网的趋势增加了电网调度的灵活性。因此,提出计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度策略。采用随机场景生成的方法模拟极端天气事件;通过潮流熵定量描述极端天气下潮流分布的不均衡性,以表征发生连锁故障的风险;将弹性调度代价最低和潮流熵最低分别作为上下层模型的目标函数,同时基于统一潮流控制器的调节潮流特性,构建双层弹性调度模型;基于KKT条件和对偶原则,将原双层调度模型转化为单层混合整数线性优化模型进行求解,并通过装有统一潮流控制器的IEEE 39和IEEE118节点系统进行算例仿真,验证了所提模型在降低大规模停电事故概率和提升系统弹性方面的有效性。

电力系统应对极端事件的新挑战与未来研究展望

自然灾害和人为攻击等极端事件威胁电力系统的安全稳定运行,受到广泛关注,提升电力系统极端事件下的快速恢复能力,构建弹性电力系统逐渐成为世界各国的共识。近期,委内瑞拉大停电使得电力安全问题上升到新的高度,同时在能源转型和电力发展的新形势下,电力系统应对极端事件又将面临一系列新的挑战。介绍了极端事件与弹性电力系统的概念及相关研究现状,概述了一些自然灾害和人为攻击导致的大停电事件,并分析了弹性电力系统应对极端事件面临的新挑战,最后对弹性电力系统未来研究方向进行了展望。

电力系统惯量安全机组组合优化决策研究

针对“双碳”目标下新能源大量并网,电力系统同步惯量逐步下降,连锁故障风险愈发上升的问题。综合考虑由新能源发电占比增加带来的电力系统惯量下降以及电力系统连锁故障预防,添加了系统运行约束中的受系统惯量影响的频率安全约束,并引入了运行目标中反映连锁故障风险的潮流熵,最终形成面向连锁故障预防的电力系统惯量安全运行决策模型与求解方法。对IEEE-30系统系统仿真结果表明,潮流熵和惯量安全约束的引入可以实现在牺牲一部分经济运行的基础上显著改善系统潮流分布,降低连锁故障风险,保障系统事故后的电网频率安全和负荷需求。

台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网两阶段供电恢复策略

近年来频发的自然灾害极大威胁配电网安全运行,统筹考虑不同分布式资源特点,发挥分布式资源互补互济优势,有助于解决灾后配电网部分线路损坏、电力供应不足问题,实现电网灾后快速恢复。在电网中分布式资源种类不断丰富的背景下,本文提出一种台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网灾前及灾后两阶段供电恢复策略。首先,考虑配电网和交通网耦合的影响,灾前阶段在考虑电动汽车调度的同时,以加权失电量期望最小为目标建立移动储能和抢修队应急仓库选址模型;其次,根据以上3种分布式资源以及柔性负荷的灾后响应特征,将灾后阶段分为紧急功率支撑和负荷快速恢复两个过程,搭建了配电网灾后多时段恢复优化模型;然后,通过深入研究多种分布式资源的优缺点,设计了配电网两阶段供电恢复框架;最后,设计了多组算例,验证了所提方法的有效性和可行性。

面向输电网弹性提升的灵活控制装置配置规划

为提升电力系统弹性,确保主网应对小概率-高影响事件的能力,基于鲁棒优化理论提出主网灵活控制装置配置的规划框架,充分考虑远动开关配置下的最优线路开断(optimal transmission switch,OTS)、线路强化加固装置以及储能设施之间的最优协同作用,最大限度降低投资运行成本的同时减少由潜在极端事件造成的经济损失。首先,基于持续负荷曲线构建考虑典型日线路中断与新能源出力波动的两阶段鲁棒规划模型;然后,采用修改后的嵌套列和约束生成算法(nested column-and-constraints generation,NCCG)对模型进行求解,使用相关加速策略提升模型求解效率;最后,通过IEEE-24节点系统进行仿真分析,验证异质灵活控制装置之间的规划协同作用以及模型的有效性。

基于最优路径的配电网弹性恢复力提升策略

针对极端天气下配网系统的弹性恢复力提升问题,提出长短时间尺度的两阶段电力系统弹性恢复力提升策略。灾害发生后短时间内通过布置分布式电源和联络开关,对配电网进行孤岛划分和网络重构以恢复短时供电;考虑极端天气对交通网的影响,极端灾害发生一段时间后由检修小组在最短时间内完成维修以最小化负荷削减成本。通过协同优化建立长短时间故障演变分析的鲁棒优化(robust optimization, RO)模型,并采用列与约束生成(column-and-constraint generation, C&CG)算法进行求解;最后进行算例分析,验证所提模型对提升配电网弹性能力的有效性。

微网——未来能源互联网系统中的“有机细胞”

从微网与能源互联网系统在内涵上互相渗透、联系的视角,梳理了二者发展现状和典型特征。进一步从位置本地性、源荷多元性、结构多样性、运行灵活性、整体可控性、电网交互性等六方面分析了微网在未来能源互联网系统中的"有机细胞"作用,包括改善电能质量,提高电网可靠性与弹性,增加不同区域之间能量的协调调度,增加负荷的主动调控能力,承载信息双向流动,提高能源总体利用效率等;总结了微网互联构成能源互联网系统可能的几种典型形式。最后对未来支撑能源互联网系统发展的微网关键技术与设备进行了评述和展望。

美国加州地区提高山火灾害下电网弹性的公共安全停电政策和措施

美国加州公共安全停电政策是为了预防山火灾害而采取的一种新型主动停电措施,如何保证电力系统在公共安全停电政策下的安全运行以及提升系统运行的弹性是亟待解决的问题。对加州地区公共安全停电政策进行综述分析,并对电网在公共安全停电政策下的安全运行基本流程进行报道,进而对当前加州公共安全停电政策下安全控制存在的难题和未来可能的研究方向进行探讨。所提观点能够为我国未来弹性电力系统的建设和山火预防提供新思路。

基于ESI数据库的电网侧领域研究前沿分析

当前我国已经进入电力发展的新时期,分布式能源的大量接入对电网规划、运行、控制和电能质量产生了重要影响。准确识别电网侧领域前沿技术及其发展方向,有助于该领域亟需的关键核心技术布局策划的开展,有助于新型电力系统科技决策。以Essentialscience indicators数据库中的研究前沿所包含的高被引论文为基础,通过数据检索、专家判读等方法筛选出与电网侧领域相关的研究前沿23个,通过人工聚类形成电网侧领域10个研究方向。选取综合能源系统弹性研究、微电网智能运行调度系统和新型电力系统潮流控制技术研究方向进行了重点分析解读,对电网领域前沿技术研究现状和发展趋势进行了研判,挖掘了高质量、高影响的学术成果,展示了各前沿方向顶级的研究机构、专家团队遴选结果。

基于电动汽车换电站的配网解列下弹性提升策略的探索研究

近年来频发的自然灾害严重威胁了配电网的安全运行,而电动汽车换电站内储能电池具有易运输的特性。为提升应急供电场景下配电网弹性,本文提出了一种运输换电站储能电池的运行调度方法。首先,以应急场景下系统最小运行成本为目标,综合考虑负荷损失成本、发电成本与交通运输成本构建了含电动汽车运输交通网络的配电网络优化模型。然后,针对模型中的非线性部分展开分析,将优化问题转换为便于求解的线性混合整数优化问题,并通过算例验证了所提策略的有效性。在一定边界条件下,所提方法可智慧化调度可换电式电动汽车,将能量充足地区的储能电池调度至能量紧缺区域,降低了应急情况下电力系统运行成本,提升了电力系统整体的运行弹性。

一种极端自然事件下的基于深度强化学习的配电网脆弱性研究方法

由于全球变暖等原因,导致越来越多的极端天气事件发生,此类高影响低概率事件的序列攻击对配电网造成重大破坏。为了分析配电网在极端事件下的脆弱性,该文提出一种基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的极端事件攻击序列确定方法。利用马尔科夫决策过程(Markov decision process,MDP)捕捉灾害的时空特性,同时结合元件故障的随机性,应用连锁故障模型模拟系统的行为,即系统受极端事件影响而带来的更大的故障现象,引入基于价值的DRL方法确认对系统影响最大且故障率较高的关键线路序列。该文在IEEE测试系统中进行仿真,验证所提方法对极端事件中的配电网进行脆弱性分析的有效性和准确性。