国外新能源高占比电力系统电力供应保障措施及启示

随着全球能源转型深入推进,新能源快速发展,新能源高占比电力系统供应保障问题日益凸显,近期已成为部分国家关注的焦点。为此,首先详细分析了新能源出力特性以及在电力平衡、负荷支撑度等方面对电力供应保障的挑战;其次选取德国、美国和日本等新能源发展较早占比较高的典型国家,从政策法规、监测预警、调度运行管理等方面,深入研究了其在新能源高占比电力系统中采取的保障电力安全可靠供应的实践经验;最后结合中国新型电力系统建设的实际情况,提出了对中国新能源发展的启示,为中国电力供应保障提供一定的参考借鉴。

新能源高占比电力系统惯量分析

惯量是电力暂态稳定中的关键内容,由于电力系统在运行过程中易受功率因素影响,因此极易出现频率问题。在此背景下,为满足“双碳”以及电力系统稳定运行等目标,应加大对新能源占比的关注。但由于新能源并网环境下易出现低惯量问题,影响频率稳定,需要通过调整强化惯量支撑,以此减少频率波动,防止出现意外停电等现象。鉴于此,将重点围绕新能源高占比电力系统惯量,进行有针对性的分析,并研究惯量支撑能力优化路径,以期为相关人士提供借鉴。

新能源高占比电力系统惯量相关问题研究

惯量在维持电力系统暂态稳定中具有重要作用,尤其是由于功率扰动引起的频率稳定问题。为了最大限度地实现“双碳”目标,新型的新能源高占比的电力系统必将成为我国电网建设的主体。然而,由于大规模新能源并网导致的低惯量问题,不仅影响了电力系统频率稳定性,而且也使电网的动态行为更加难以预测。介绍了惯量的基本概念,并分析了近些年由于缺乏足够系统惯量支撑能力而引起的频率波动、切负荷以及停电事故。从惯量的时空分布特性以及新能源高占比电力系统的等效惯量评估两方面对低惯量电力系统的研究方法和研究成果进行归纳梳理,给出了提升惯量支撑能力的措施和今后研究低惯量电力系统的建议。

新能源高占比电力系统的连锁故障诱因及事故链搜索技术探讨

相较于传统电力系统,新能源高占比电力系统的安全稳定特性、系统级连锁故障诱因及形态有较大的差异。在分析新能源高占比电力系统主要特征的基础上,提炼了新能源高占比电力系统连锁故障的4类主要诱因,并给出了相关案例;为了获得实际新能源高占比电力系统连锁故障的风险认知及可能的连锁路径,提出了3个连锁故障事故链搜索的关键技术,即计及动态稳定特性的新能源场站等值建模方法、大扰动下电力电子接口设备脱网概率的评估方法、基于时域仿真的连锁故障事故链搜索技术,同时给出了相关解决思路的建议,以期为新能源高占比电力系统连锁故障的风险分析及防御提供一定的参考价值。

基于结构方程模型的新能源高占比电力系统涉网安全风险链研究

随着电力系统中新能源装机容量和发电量的快速增长,电力系统动态特性正在发生深刻的改变,给电力系统涉网安全管理带来诸多挑战。首先,通过文献研究与专家访谈,识别涉网安全风险的风险源、风险事件与风险结果;其次,初步构建风险链影响因素体系;然后,分析风险源、风险事件与风险结果间的影响路径,构建初始风险链;最后,利用结构方程模型分析各个风险因素之间的作用路径,探究关键风险链。研究结论可为新能源高占比电力系统涉网安全管理提供依据和参考。

新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望

风电场和光伏电站出力的不确定性给电力系统优化调度带来很大技术挑战。文中主要介绍了考虑新能源不确定性的电力系统优化调度方法的研究现状及后续研究方向展望。首先,重点论述了各种不确定优化调度(UOD)方法,包括随机优化方法、鲁棒优化方法、随机鲁棒优化结合方法和基于人工智能技术的方法。其中,随机优化方法包括场景法、机会约束规划法和近似动态规划法;鲁棒优化方法包括传统鲁棒优化法和分布鲁棒优化法;随机鲁棒优化结合方法包括采样鲁棒优化法和分布鲁棒机会约束规划法。然后,介绍了每一种方法的优化模型形式、模型的转化和求解原理及其优缺点。最后,对UOD的后续重点研究方向进行展望,包括兼顾多个目标的UOD问题及多目标不确定优化方法、输配系统UOD问题及分布式不确定优化方法、考虑稳定性约束的UOD问题及含常微分方程约束的不确定优化方法、考虑管道传输动态的综合能源系统UOD问题及含偏微分方程约束的不确定优化方法。

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。

基于POA-GWO-CSO 算法的新能源电力系统精准切负荷控制多目标优化方法

为解决新能源电力系统因功率缺额引发系统频率、电压偏移等一系列安全问题,文章提出了一种基于POA-GWO-CSO算法的电力系统精准切负荷控制多目标优化方法。首先,从电力系统的安全性和经济性两个方面综合考虑电力系统稳定运行和分布式电源出力特性等各项约束条件,提出一种基于负荷分类的精准切负荷控制多目标优化模型;然后,为了增强传统鹈鹕优化算法(POA)全局与局部搜索能力之间的协调关系,克服优化算法在处理复杂问题时出现收敛过早、寻优范围不够、求解精度不高等问题,引入非线性惯性权重因子、灰狼优化算法(GWO)中狼群领导者策略以及纵横交叉法(CSO),对鹈鹕新的个体的位置进行更新;最后,基于改进后的IEEE33节点进行实证分析。分析结果表明,利用改进的POA-GWO算法对紧急切负荷模型进行求解,实现了系统经济性及稳定性的协调控制。

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。

基于抽蓄协调的新能源纳入电力系统备用方法

大规模新能源并网后,传统的备用体系制约含高比例新能源电力系统的新能源消纳能力。为此,该文提出基于抽蓄协调的新能源纳入电力系统备用方法。首先,采用改进K-均值聚类算法生成各时段新能源出力预测典型场景;然后,基于广义新能源预测偏差及弃用风险约束,确定各时段各典型场景的最佳新能源纳入备用比例系数;最后,根据各时段的新能源预测数据和抽水蓄能机组的发电支撑状态,进一步调节所对应时段新能源纳入系统备用的最佳比例系数,将新能源合理地纳入系统备用。算例结果验证所提方法能够有效提升含高比例新能源电力系统新能源消纳能力,减少新能源弃用。

基于VSG下垂优化控制的新能源电力系统惯性提升

针对传统VSG技术动态性能较差且重要参数J和D最优值较难确定的问题,提出了一种基于下垂控制与神经网络预测的VSG控制与参数优化策略,实现了VSG技术中关键参数J和D的动态调节。首先,所提策略将有功功率-频率下垂控制应用于VSG的控制算法中;其次,通过模拟同步发电机转子运动方程和电压与无功控制特性,建立VSG的小信号分析模型,完成了关键参数转动惯量与阻尼系数的初值整定;最后,建立了人工神经网络进行分析学习和网络训练,调整权值以改变VSG转动惯量与阻尼系数,通过误差函数比较输出量与输入量之间的误差,多次学习训练后参数达到期望值。将神经网络优化算法与下垂控制策略结合,对VSG控制策略进行优化。分别采用传统VSG控制、恒定参数下垂控制和基于神经网络优化的自适应参数下垂控制对算例进行仿真,结果表明:所提基于神经网络优化的自适应参数下垂控制比传统VSG控制的频率最大变化量降低了26.7%,频率稳定时间降低了0.25 s,表明了所提策略的有效性。

基于WRLS-ARMAX系统辨识的新能源电力系统惯量评估

随着高比例新能源机组并入电网,电力系统低惯量特性愈加显著,严重影响了系统运行稳定性。为了准确估计新能源电网实际运行状态下的惯量大小,提出了一种基于加权递推最小二乘(WRLS)-受控自回归滑动平均(ARMAX)系统辨识的新能源电力系统等效惯量评估方法。首先,以发电机为对象,建立不同扰动情况下发电机功频响应特性的通用惯量解析模型;其次,以发电机并网母线有功功率和频率扰动作为输入和输出,建立ARMAX模型,考虑到实际电网运行过程中受大、小扰动共同影响,实际测量数据具有异方差性,采用WRLS求解模型中的待辨识参数;然后,提取辨识模型中包含惯量响应的传递函数模型,利用阶跃响应计算惯量源的惯性时间常数,进而计算得到系统等效惯量大小;最后,通过Matlab/Simulink仿真算例验证了所提方法的准确性和实用性。

考虑新能源随机性的新型电力系统图深度学习稳定指标概率分布评估模型

新型电力系统的新能源大规模随机性出力特点导致目前在线暂态稳定扫描结论面临失效风险,这一问题从元件建模精度、系统拓扑适应性和计算速度三个方面同时对现有方法提出挑战。因此提出了基于重概率化改进的置信带方法和图深度学习的稳定指标概率分布及置信带评估模型,通过图深度学习模型快速评估少量采样点,再由重概率化置信带方法扩增结果,利用标签共现知识引导时域仿真对准确率进行增强,最后使用置信带方法给出随机出力下的稳定概率分布和区间形式的评估结论。该方法优点在于利用了图深度学习的拓扑适应能力和快速计算特点,且不受元件建模精度限制,置信带计算结论具有可靠的理论背景,能够评估稳定概率分布。在IEEE-39和IEEE-300节点系统上的评估精度验证表明,所提方法能够高精度地预测指定方式暂态稳定指标,并给出可靠的概率评估结论。

基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。

计及频率响应时空相关性的新能源电力系统惯量估计方法

高比例新能源电力系统惯性水平低、不确定性强,系统惯性水平与频率动态响应过程密切相关。系统内各节点之间的频率响应过程在时空上具有相关性,动态量化节点间频率的时空相关性是实时估计新型电力系统惯量的技术手段。首先,给出了面向同步机组和新能源发电机组惯量的计算方法;其次,利用Granger因果检验算法,动态分析系统内不同节点之间频率的相关性,构建随时间变化的系统频率时空因果相关集合;此外,基于系统内各节点频率响应过程的摇摆方程,建立系统惯性常数-频率状态空间模型;然后,基于无迹卡尔曼滤波器和固定滞后平滑器,提出高比例新能源电力系统惯量估计方法;最后,在改进的IEEE 39节点系统中验证了所提方法的有效性和适用性。结果表明,所提方法可以在不同新能源渗透率和频率扰动场景下保证惯量估计效果的一致性,具有工程应用潜力。

基于可行域投影理论的新能源电力系统协同运行方法

随着新能源逐步成为电力系统的主体,传统电网体系的深层缺陷也日益显露。跨省区资源优化配置困难和分布式能源利用率低等能源协同体系的不足成为制约新型电力系统建设的瓶颈。为此,该文通过基于外割法的可行域投影等值算法刻画区域系统可行域,并通过并行伞约束辨识法剔除模型冗余约束,进而提出一种基于投影等值理论的新能源电力系统协同运行模式,通过可行域的交互实现各级调度体系间的高效协同,并提出了三种应用场景:配电网/虚拟电厂可行域聚合、省间多通道安全域计算和多时段输配电网协同运行。算例结果表明,所提算法和模式能够有效地降低区域电网规模,从而降低区域电网与调度中心的信息交互量,提升新能源电力系统运行优化效率。

新能源电力系统频率时空分布特性分析

随着新能源和电力电子装备在电力系统中的占比快速提升,系统的频率动态特性发生重大变化。为了研究新能源机组并网对新型电力系统频率时空分布特性的影响:首先,建立了新能源电力系统的频率动态响应解析模型,并分析了频率时空分布特性的影响因素及新能源并网对该特性的影响机理;其次,讨论了研究频率时空分布特性的必要性及描述该特性的量化指标;最后,基于仿真结果分析了不同电网形态下的频率时空分布特性,并总结了新能源机组并网对该特性的影响规律。

变分模态分解新能源电力系统低频振荡控制方法

为了提高对高比例新能源电力系统低频振荡能量的计算精度,进而提升低频振荡控制效果,变分模态分解的基础上,研究高比例新能源电力系统低频振荡控制方法。将变分模态分解算法应用于提取电力系统低频振荡信号;使用A3C算法,训练低频振荡能量;通过返回机制和梯度计算获取低频振荡的能量参数,利用这些参数建立二维模糊控制的模糊规则,然后对输出量进行去模糊化处理,从而实现对低频振荡的有效控制。实验结果表明,使用所设计方法对高比例新能源电力系统低频振荡进行控制后,其低频振荡位于0.5 Hz左右,控制效果较好。

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。

基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法

风电等新能源的大规模并网严重影响了电力系统的暂态稳定性。针对新能源电力系统暂态稳定问题,提出基于暂态能量辨识的含规模化储能的新能源电力系统暂态稳定控制方法。首先,构建新能源电力系统的线路稳定裕度和系统暂态稳定裕度指标,准确辨识系统暂态稳定性;然后,提出附加线路暂态能量控制的改进储能控制策略,更好提升系统暂态稳定性;最后,在New England10机39节点系统中进行仿真验证。算例分析表明,所提方法能准确辨识系统暂态稳定分布情况,有效改善新能源电力系统暂态稳定性。