计及经济性的高比例新能源区域电网的不同储能类型的容量配置对比分析方法

随着可再生能源在中低压电网中规模化发展,以锂电池储能和小型抽水蓄能为主的多耦合储能系统在低压区域电网迅猛发展。以含储能的高比例新能源区域电网的经济性为目标函数,综合考虑偏远地区自然资源分布情况,对区域电网的储能系统进行配置优化,并对系统的最优配置进行性能分析。采用多目标优化算法,从系统设备的运行状态、最优配置方案和经济性角度出发,分别对含锂电池储能和小型抽水蓄能的区域电网进行分析。结果表明,风光抽水蓄能系统在经济性、供电可靠性和电能损失方面均优于风光锂电池储能系统。针对两系统最优配置方案各组件运行状态进行分析,可知锂电池储能的调峰能力和能源储存效率高于小型抽水蓄能装置,但其使用寿命较短且安全性较差,从长远角度考虑,使用小型抽水蓄能装置更为合理。

高比例新能源接入的输电网外送通道与储能分布鲁棒优化协同规划方法

针对具有强随机性、集中式、大容量的风电与光伏并网给输电网的安全运行及新能源消纳带来的巨大挑战,考虑风电与光伏出力的不确定性和时序相关性,提出高比例新能源接入的输电网外送通道与储能的分布鲁棒优化协同规划方法。首先,以外送通道与储能的规划共同作为决策变量,将富余的新能源资源通过规划的外送通道送出;其次,利用储能缓解和抑制新能源发电的间歇性和随机波动性,促进实现新能源的全额消纳;然后,应用二阶锥凸松弛、泰勒级数展开等技术,将原混合整数非凸非线性规划模型转化成混合整数凸规划模型,以实现高效求解。最后,以改进IEEE 39节点输电系统为算例进行仿真计算,验证了所提模型和算法的正确性和有效性。

基于联合时序场景和改进TCN的高比例新能源电网负荷预测

为充分挖掘新型电力系统建设过程中高比例新能源并网对负荷预测的影响,以风光负荷数据为研究对象,提出一种基于联合时序场景和改进型时间卷积网络的短期负荷预测方法。首先,基于3σ准则对风光负荷历史数据进行分析,剔除异常数据,然后应用联合时序场景刻画负荷需求与风光出力的相关性,分类出不同负荷预测场景。接着,利用随机森林算法进行负荷预测特征量提取,构建随机森林时间卷积网络(RF-TCN)预测模型,并采用Bootstrap算法对预测结果进行修正。最后,以甘肃省2022年数据为例进行仿真,并设置4种对比算例。仿真结果证明了所提方法的有效性,以期在新型电力系统建设过程中发挥积极作用。

高比例新能源电网AGC技术研究

为实现区域电网负荷与发电的平衡,确保连续性供电,自动发电控制技术(AGC)近年来得到迅猛发展。基于高比例新能源电网AGC技术应用现状,总结AGC相关控制目标及策略,并结合某域电网实际运行情况,归纳联络线调节、常规断面混合调节与新能源断面调节的控制策略,为AGC技术领域的未来研究提供参考依据。

高比例独立新能源微电网二次调压系统设计

文章对高比例独立新能源微电网二次调压系统设计展开研究。选用高比例独立新能源微电网二次调压系统所需设备设计硬件;在软件设计中,设置微电网调压灵敏度矩阵,确定各因素对电压的影响程度,构建微电网电压控制空间进行区域划分,以此为基础实施自适应下垂控制一次调压,最后锁定输出功率实现微电网二次调压。测试结果表明,在加入高比例独立新能源微电网二次调压系统后,电压逐渐趋近并最终达到额定值,系统具有实际应用意义。

高比例新能源送端系统暂态电压运行风险分析

针对交、直流故障下的高比例新能源送端系统暂态电压演化传播机理及运行风险尚不明晰的问题,首先,基于交直流系统间的无功电压交互作用机理分析,明确了交、直流系统故障下的暂态电压特性及主导影响因素,阐明了高比例新能源送端系统电力电子设备主导的暂态电压演化传播路径。其次,从“交直流故障强耦合作用持续加强,暂态无功功率成分复杂”、“新能源比例不断提升,暂态电压问题凸显”及“故障承载与调节能力下降,连锁脱网风险增大”三方面系统地阐述了暂态电压运行风险。然后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了实际高比例新能源多直流外送系统仿真模型,不同新能源占比、不同故障工况下的仿真结果验证了暂态电压运行风险分析的正确性。最后,从增强耦合运行特性机理认识、提升新能源涉网性能、增加多尺度协同控制策略、加强交流网架结构等方面提出了应对暂态电压运行风险的技术展望。

基于功率平衡模型的高比例新能源接入配电网电压波动耦合抑制方法

为改善高比例新能源接入配电网后产生的弃风弃光现象,设计了一种基于功率平衡模型的高比例新能源接入配电网电压波动耦合抑制方法。通过LSTM网络与高比例新能源接入配电网的历史数据实现风电与光伏的参数预测。构建高比例新能源接入配电网的功率平衡优化模型,平衡风电与光伏参数预测下的配电网功率。控制静止同步补偿器的驱动脉冲,实现电压波动耦合抑制。测试结果表明,在两相负荷不平衡的情况下,该方法在0.02 s内迅速实现了电压的稳定;在光伏输出波动且两相负载不平衡的情况下,该方法在0.05 s内实现了电压的稳定。

高比例分布式可再生能源交直流混合配电网运行调控:科学问题与技术框架

随着分布式可再生能源发电与中低压直流组网技术的快速发展,未来配电网必然向复杂的交直流混合形态演进,其运行调控技术面临许多新的挑战。在高比例分布式可再生能源交直流混合配电网(HR-HDN)运行调控技术发展需求分析的基础上,提炼出HR-HDN运行调控技术的3个科学问题,并以多类型可控设备协同、源-网-荷-储高度互动化和市场化需求为研究主线,从稳定控制、故障主动防御与恢复、电力市场机制辅助调控以及“平台+数据”数字化集成调控4个方面,提出了HR-HDN的运行调控技术框架。最后,对HR-HDN运行调控关键技术的未来发展进行了展望。

基于优先级排序的高比例新能源微电网调峰研究

传统调峰方法只关注电力需求而忽视发电成本与能源类型等因素,导致高比例新能源微电网调峰效果不佳,因此研究基于优先级排序的高比例新能源微电网调峰。首先通过建立高比例新能源微电网数学模型来确定微电网运行中参与调峰的发电机组;然后以机组调节容量为指标对参与调峰的发电机组进行优先级排序,并依据优先级排序结果控制机组出力,从而实现高比例新能源微电网的调峰。实验结果表明,使用该方法调峰后高比例新能源微电网日负荷峰谷差相比调峰前降低了405.79 kW,调峰效果较好。

超高比例新能源弱电网系统供电关键问题研究

随着电力系统中新能源并网规模快速增加,系统形态特征与运行机理发生深刻变化,特别对远离主网、缺乏传统能源的地区,面临电力保供和系统安全稳定等严峻挑战。现有研究多从源网荷储某一环节切入,提出中高比例新能源电力系统供电可靠性提升方法,缺乏对超高比例新能源弱电网系统特有难题的针对性考虑及系统性、前瞻性解决方案。为此,文中以新能源电量占比超过80%、新能源并网点短路比低于1.5的弱电网系统为研究对象,提出含电源及灵活调节资源优化配置、电网组网模式、暂态稳定运行分析的总体研究框架,并以我国西部某超高比例新能源弱电网系统为例开展实证研究。研究成果表明,所提方案以超高比例新能源发电为基础,以弱联电网为载体,以多元储能及负荷柔性调节为灵活性支撑,以构网控制技术为安全支撑,能有效保障系统可靠供电,为未来超高比例新能源新型电力系统的构建提供借鉴参考。

含抽水蓄能电站的高比例新能源发电系统多时间尺度调度模型

针对高比例新能源接入电网的消纳问题,提出一种含抽水蓄能电站的高比例新能源发电系统多时间尺度协调调度模型.依据风电、光伏、负荷功率预测精度随时间尺度缩短逐级提高的特点,以系统总运行成本最小为目标构建日前24 h、日内1 h、实时15 min三阶段协调调度模型.通过多时间尺度的协调配合,逐级修正发电计划,实现抽蓄、风电、光伏、火电出力良好跟踪负荷.基于CPLEX商业优化软件,利用混合整数线性规划法对含6台抽蓄机组的风光火抽蓄互补发电系统展开仿真分析.结果表明:抽水蓄能机组可发挥其负荷响应时间短、功率调节速度快的优势,减轻火电机组调节负担,有效缓解火电机组调节压力.通过多时间尺度的协调配合,可减少弃风弃光,提高新能源消纳水平.

含高比例新能源的异步互联送端系统直流FLC的阶跃死区控制策略及优化

针对含高比例新能源的异步送端系统直流频率限制控制器(FLC)死区控制及参数优化问题,提出了一种直流FLC阶跃死区控制策略。基于考虑含高比例新能源的多机系统频率响应模型,分析了直流FLC死区参数以及高比例新能源装机容量对送端系统频率响应的影响。加入阶跃决策系统,构建改进型直流FLC阶跃死区控制策略。搭建兼顾直流FLC动作特性以及对送端系统频率偏差抑制效果的改进型直流FLC阶跃死区控制策略参数优化模型。使用群智能算法求解出改进型直流FLC阶跃死区控制器最优参数。仿真结果表明优化后的直流FLC死区控制方法可以显著改善送端系统的频率稳定支撑能力。

计及高比例新能源多种控制方式及运行约束的连续潮流

高比例新能源电网的电压稳定问题突出,连续潮流是电压稳定分析的重要工具。现有含电压源换流器(VSC)电源电网的连续潮流未充分考虑VSC的多种控制方式以及运行约束,导致电压稳定裕度计算的准确性不足。文中提出同时计及新能源并网VSC的输出电流约束和内电势约束,以及考虑构网型新能源恒电压控制、无功功率-电压下垂控制和跟网型新能源恒无功控制的连续潮流模型和计算方法,给出了由约束导致的控制方式切换逻辑和分岔点类型识别方法。通过改造的IEEE 39节点系统算例结果表明,所提模型与算法提升了传统连续潮流方法对高比例新能源电网静态电压稳定分析的适用性。

高比例新能源接入区域电网稳定控制技术探讨

有色金属行业等一些高耗能生产企业为降低生产成本,在具备条件的地区自建电厂或与主网联网或孤网运行。随着国家环保政策从严以及新能源发电成本的大幅下降,建设新能源电源成为新的选择,然而新能源发电具有间歇性且涉网鲁棒性较差,高比例新能源接入后恶化电网面的稳定问题。从高比例孤立电网存在的频率等问题出发,结合实际工程经验,介绍了稳定控制系统、低频低压减载系统、新能源功率控制系统、负荷平衡技术、负荷调频技术、调压调频技术等在区域电网稳定控制中的应用,为新能源接入区域电网稳定运行控制提供参考。

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。

高比例新能源入市的电力市场需要什么样的机制

一、高比例新能源入市的必然性新能源逐步成为新型电力系统主体电源。在碳达峰、碳中和的目标驱动下,新能源快速发展,截至2023年底,国网经营区新能源装机规模达到8.7亿千瓦,容量占比达37%。其中,风电装机规模达到3.5亿千瓦,光伏发电装机规模达到5.1亿千瓦。“十四五”以来,新能源装机年均增长25%,2023年新增装机容量2.3亿千瓦,是2022年新增装机容量的2.2倍,大约相当于美国全国新能源装机容量。2023年新能源发电量达到1.4万亿千瓦时,大约相当于欧盟27国新能源发电量的2倍,占总发电量的18.8%,利用率达到97.4%。2025年预计累计装机将达到14亿千瓦,新能源将逐步成为新型电力系统的主体电源。

面向高比例新能源接入的电氢耦合系统设想及分析

高比例新能源接入电力系统,其高随机性与波动性将造成系统“源-荷”结构失衡,且高比例电力电子化将导致传统电力系统以同步发电机和机电动态特性为基础的技术特性发生深刻变化。为此,提出了一种采用“送端绿电离网外送-受端离网制氢-氢燃气并网发电”模式的电氢耦合系统,即在送端将新能源电力汇集接入至与交流电网无电气联系的直流输电网络中,在受端满足电解水制氢直流负荷并通过氢燃气发电方式支撑交流电网,从而将大量新能源消纳和新增“西电东送”需求与送端/受端交流电网解耦。所提电氢耦合系统不仅能改善系统电力电量平衡,促进高比例新能源消纳,还能够保障电力系统的安全可靠运行,可为我国高比例新能源电力系统的演进方向提供参考。

高比例新能源电力系统调节资源灵活性不足风险分析

高比例新能源接入电力系统带来了显著的波动性和不确定性,电力系统面临灵活性不足的运行风险。不确定状态下灵活性不足风险评判对控制电力系统运行风险水平、评价规划方案的性能优劣具有重要意义。研究新能源电力系统调节资源灵活性不足风险量化评估方法,提出了新能源电力系统调节资源灵活性不足风险评价指标体系。首先,基于核密度估计与序优化理论,提出源荷不确定性数据驱动建模方法;为提高电力系统源荷样本数据的充裕度,提出基于云模型的电力系统小概率风险样本集重构方法,实现训练样本的无成本、灵活获取;然后,从爬坡能力和调节深度两方面提出新能源电力系统调节资源灵活性不足的风险量化评估方法。最后,算例分析验证了所提方法的有效性和可行性。

高比例新能源下的交直流配电网预测辅助区间状态估计

分布式电源(DG)出力的随机性和波动性、量测误差分布的不确定性给交直流配电网准确的态势感知带来了挑战。文中在利用区间形式描述DG出力和量测值的基础上,建立了交直流主动配电网的三相区间状态估计模型,旨在获得多重不确定性因素影响下系统状态所处的整个区间。为了获得准确的初始状态区间,利用历史状态预测当前时刻的状态区间,并基于非线性优化模型进行区间修正以确保预测区间的合理性。然后,利用基于中值定理的非线性等式放缩方法将非线性区间状态估计模型转化为线性优化模型,保证估计区间的完备性。最后,通过仿真算例验证了所提方法的有效性。

基于ELM预测模型的高比例新能源电网改进频率控制策略

高比例新能源电网中,功率与频率变化存在很强的非线性,自动发电控制(AGC)作为电网调节频率的主要控制手段,目前的控制方式无法很好地适应强非线性特性电网的调频需求。鉴于此,提出了基于极限学习机(ELM)预测模型的高比例新能源电网改进频率控制策略。其特点在于通过ELM算法和历史运行数据,建立电网功率变化与频率变化的实时频率预测模型,进一步基于预测模型分析AGC调节机组的调频能力,按照调频能力优化AGC的区域功率控制需求功率分配。其优势在于通过机器学习拟合频率非线性调节规律,优化AGC频率控制,提高系统频率调节的快速性和可靠性,从而提高含新能源电网稳定性。最后通过电网SCADA实际数据建立预测模型并验证其准确性和实时性,并通过应用实例证明所提策略可以实现快速稳定调频。