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。

高比例新能源接入的源网荷储系统耦合匹配技术研究

随着我国碳达峰碳中和目标的确立,风电和光伏等新能源在我国电力系统的渗透率不断提高。为保障电力系统安全,对高比例新能源接入的源网荷储系统耦合匹配技术研究显得尤为必要。通过分析源网荷储系统的现状和存在的问题,提出了源网荷储系统耦合匹配技术路线,并通过案例加以说明,为后续相关研究提供参考。

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。

高比例新能源并网系统电流振荡抑制方法研究

在现代电力系统中,随着新能源的大规模并入,电网的稳定性和效率变得越来越重要。新能源可能会带来的不稳定性和间歇性,如高比例新能源并网会导致电流振荡等。电流振荡不仅会损害设备,还可能导致供电中断,从而造成重大影响。本文通过对高比例新能源并网系统的电流振荡特性进行分析,结合系统结构与控制、系统阻抗建模、延时对电容电流反馈有源阻尼的影响、电流振荡抑制模式的研究,提出了一种有效的电流振荡抑制方法,并利用系统测试验证该方法的有效性,为确保新能源大规模并网的电网稳定性提供支持。

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。

动态无功补偿设备支撑高比例新能源系统电压稳定能力分析

针对高比例新能源接入区域的电压稳定性问题,结合新能源出力间隙性和新能源机组暂态无功电压调节能力弱等特征,从新能源渗透率和新能源接入点电网强度分析高比例新能源接入区域的电压失稳影响机理,阐述SVC、SVG、调相机、分布式调相机动态无功设备输出特性,对比分析高比例新能源场景下4种无功补偿设备的支撑能力。以湘南新能源接入区域为研究场景,分析同一新能源渗透率和不同新能源渗透率故障工况算例下无功补偿设备的支撑效果,验证所提观点的正确性。

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。

高比例新能源环境下构网型储能系统的应用现状及启示

针对电力系统的局部弱电网特征,以及新能源难接入、难消纳的问题,构网型控制技术在世界范围内被认为是较有潜力的技术路线之一。文章着重于构网型储能系统在产业界的应用,简述了当前新能源建设遇到的突出问题,对英国、澳洲、欧盟等构网型储能的应用情况进行介绍,并对应用前景与挑战进行展望。

比例新能源接入的源网荷储系统耦合匹配技术研究

在国家的碳达峰碳中和目标建立后,以风能、光伏为代表的新能源在我国电力系统中的渗透率持续上升。而要想保证电力系统的安全运行,就要着重开展对源网荷储耦合匹配技术的研究。根据对我国源网荷储体系的情况与问题进行深入剖析的基础上,提出了源网荷储耦合匹配的技术路径,同时结合典型案例进行实证研究,以便为之后的研究给予帮助。

高比例可再生能源接入下的发电、输电、变电、配电系统协同规划

本文通过时间序列分析、回归模型和机器学习算法预测未来电力需求,并综合考虑环境、经济、社会等多方面因素,运用层次分析法和模糊综合评价法对发电类型进行选择,然后建立混合整数线性规划或动态规划模型,以确定发电设施的最优配置、运营和维护策略。本文采用综合性的方法,包括四层协同优化建模和模型求解策略,经过系统协同规划结果分析,发现规划后的高比例可再生能源接入电力系统在各个方面均得到了显著改进。

基于高比例新能源系统惯量的频率稳定性控制研究

风电和光伏发电作为清洁能源,正成为未来能源供应的重要组成部分。然而,由于新能源出力特性的波动性和间歇性,高比例新能源并网会影响电力系统的稳定性。针对该问题,虚拟惯量控制策略作为一种有效的解决方案被提出。虚拟惯量控制可以提高新能源电力系统的稳定性,通过模拟同步发电机的惯性特性,使高比例新能源系统能够提供类似于传统同步发电机的频率响应。通过建立风电机组、光伏系统和混合储能设备的模型,给出虚拟惯量和时间常数。以风-光-储互联系统为对象,建立等效电路分析模型,分析功角摇摆特性和能量状态方程,阐述虚拟惯量改善系统稳定性的机理,进而提出基于LQR的自适应虚拟惯量控制策略,并通过实际工业园区的电力系统参数,对控制策略进行仿真,验证了自适应虚拟惯量控制策略的有效性。

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。

新质生产力驱动能源系统高质量发展:理论逻辑、战略框架及应用探索

能源是社会发展必不可少的物质基础和关键资源,推动能源系统高质量发展是保障国家能源安全、构建全球竞争新优势的必然选择。首先,从“新”和“质”的先进性剖析新质生产力的内涵、特征和表现形式,提炼出能源系统新质生产力的定义;其次,从科技创新的革命力量、要素配置的创新活力、产业转型的重要支撑三个方面解析新质生产力的驱动理论逻辑,进一步构建能源系统高质量发展的战略框架;最后,以新能源新兴产业的发展应用为例探索新质生产力的实践价值。研究发现,培育和发展能源系统新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点,要以颠覆性技术为锚点,优化新质生产要素的配置,依托现代信息网络、通信技术、数字资源等技术手段,聚焦重点能源领域产业转型升级,做强新能源、锂电池、电动汽车等战略性新兴产业,加快培育能源领域新质生产力,让能源系统更加“坚韧”。

含规模氢能综合利用的高比例风光多能源系统低碳灵活调度

随着风光等间歇性可再生能源大规模增长和并网,可再生能源弃能率升高与系统备用灵活性问题日益突出,为解决高比例可再生能源科学消纳与能源系统灵活稳定运行问题,该文提出一种含规模氢能综合利用的高比例风光多能源系统低碳灵活调度方法。针对电制氢、氢燃料电池、甲烷反应器等组成的氢能综合利用单元进行机理分析并建模,研究该单元参与多能源系统运行的调度策略;对该单元各设备的备用能力进行分析,基于各设备的运行特性,提出氢能利用单元–火电联合承担备用的策略,并建立备用优化模型;最后在改进的IEEE39节点电网、20节点气网和6节点热网构成的多能源系统中进行对比仿真分析,验证所提调度方法促进高比例风光消纳和提供灵活性备用的能力。

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。

面向新能源高渗透系统调峰和调频的系统级储能容量需求分析

高渗透新能源的强不确定性及火电机组占比的逐步减小使得系统灵活性资源不足,系统级储能可高效缓解系统的调峰和调频压力。为此,从系统角度提出了一种面向新能源高渗透系统调峰和调频的系统级储能需求容量确定方法。基于分位数回归分析和高斯混合模型聚类,提出了一种刻画净负荷不确定性的场景集生成方法;基于生成的场景集,建立了一种无储能容量约束的常规火电机组与储能联合优化运行模型,以获取最优运行时储能参与调峰和调频的功率;为了同时兼顾储能利用率和系统运行成本,构建了基于储能电量偏离程度、运行成本增长率指标的储能功率修正模型,并确定储能需求功率和容量,进而分析新能源渗透率、储能功率和容量与满足需求的置信度水平三者之间的关系。算例仿真结果表明,所提方法能够有效确定新能源高渗透系统调峰和调频对储能的需求容量。

含高比例新能源的电力系统低频振荡分析与抑制综述

随着碳达峰、碳中和目标的持续推进,由火力发电主导的传统电力系统逐步转变为以新能源为主体的新型电力系统.然而,高比例新能源的接入不仅会改造传统机组的低频振荡特征,亦会引入"类机电振荡".为深入综述该问题,从电力系统潮流、惯量和动态交互的角度,分析了新能源并网对低频振荡的本质影响因素.针对不同的低频振荡类型,系统梳理了对应的产生机理及分析方法.进一步地,在新型电力系统"源-网-荷-储"架构下,对比分析了各类低频振荡抑制方法及其作用效果.最后,针对低频振荡影响因素、振荡机理及其分析与抑制方法的最新研究成果进行总结与展望.

风险量化的高比例新能源电力系统概率调度

新能源大规模并网给电力系统的运行带来重大技术挑战,传统确定性调度模式缺乏对不确定性条件下的安全风险量化管控,而鲁棒优化调度过于保守。基于随机优化的概率调控技术具有风险可控、统计最优性等特点,但是存在概念与内涵不清、概率建模困难、复杂机会约束模型求解低效等问题,概率调度技术的实际应用面临困难。为此,提出了风险量化的概率调度定义与技术内涵,阐释了处理新能源发电不确定性所遵循的基本原理,然后重点介绍了如下概率调度的关键技术:1)新能源概率建模的数学基础;2)概率备用决策与机组组合;3)考虑弃电与有序用电的概率日前调度计划;4)随机鲁棒自适应实时调度。最后,简要分析了所提方法在省级电网的应用效果,并对后续的研究进行了展望。

面向高比例新能源电力系统调峰需求的储能容量配置方法综述

高比例新能源的接入导致传统电力系统的稳定性与经济性受到极大影响,常规电力系统功率调节手段不足以应对。解决新能源电力系统调峰问题的重要途径是引入储能系统,辅助机组进行调峰并平滑新能源出力曲线,可有效降低新能源高比例接入带来的运行风险,对新能源消纳起至关重要的作用。文中对储能参与新能源电力系统调峰涉及到的容量配置、优化建模以及电力市场环境下储能参与调峰辅助服务等方面的研究进展进行梳理,旨在为未来高比例新能源电力系统面临的调峰问题提供研究思路。论文首先介绍了高比例新能源接入背景下储能参与电力系统调峰的容量配置目的及配置方法,然后展开论述调峰建模、定价建模两个方面的储能系统建模方法,并对其国内外研究现状进行归纳总结,最后对储能系统在未来发展面临的挑战和重点研究的方向进行了展望。