高比例新能源电力市场不同发展阶段划分及形态结构演进

随着双碳目标和新型电力系统建设要求的提出,新能源将逐步取代传统发电资源成为电力系统主体电源,与此同时,通过市场交易拓宽新能源消纳空间、实现资源在更大范围内的优化配置已形成广泛共识。然而,从当前到碳中和目标的实现过程中,电力市场机制将伴随系统电力电量平衡特性的演化不断动态调整,需分阶段考虑高比例新能源电力市场形态结构演进轨迹;同时,其演进需以电力系统物理形态演进为基础,并与面向电力能源转型的国家重大战略目标相匹配。因此,该文首先对高比例新能源电力系统及电力市场的发展政策进行梳理与分析,以战略导向为依据划分高比例新能源电力市场发展阶段,明确各阶段发展要求;其次,基于阶段划分,详细论述电力系统物理形态结构演进轨迹,并基于此进一步论述高比例新能源电力市场的市场形态结构演进轨迹,归纳各阶段的主要特征与研究边界;最后探讨了服务中国特色高比例新能源电力市场发展的关键技术。

基于长短时记忆网络-纵横交叉算法的含高比例新能源电力市场日前电价预测

精准的日前电价预测能够协助电力市场参与者做出合理的决策。随着高比例新能源接入电力系统,日前电价的预测难度不断加大。为了提升含高比例新能源电力市场日前电价的预测精度,提出了一种基于奇异谱分析(singular spectrum analysis,SSA)和纵横交叉算法(crisscross optimization,CSO)优化长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)的日前电价预测模型。首先,使用SSA将原始数据分解成趋势序列、周期序列和剩余序列;其次,对各子序列建立LSTM多步预测模型,针对LSTM的全连接输出层参数易陷入局部最优的问题,提出了二次训练LSTM策略,在训练好LSTM模型后,使用CSO算法对全连接层间的权系数与偏置进行微调;最后,将所有预测序列进行叠加即得最终的电价预测值。以北欧丹麦DK1电力市场数据进行了建模预测,实验结果表明所提方法能够有效提高日前电价的预测精度。

欧洲灵活备用及市场机制对中国高比例新能源电力市场的启示

针对高比例新能源接入系统将会面临不断增加的运行备用或者辅助服务的需求量问题,着眼于高比例新能源接入情况下,能量市场和备用市场之间的相互影响对备用决策过程的影响、风力发电参与备用、跨区域备用共享等方面,介绍美国和欧洲典型电力市场的运行经验,为中国未来高比例新能源电力系统的辅助服务市场的设计提供有益的启示。

电力市场亟需提升对高比例新能源的适应性

近年来,随着更多新能源入市参与交易,在新能源大发时段,经常出现0电价或负电价情况。在今年的“五一”劳动节期间,山西、广东、山东三地出现了电力现货市场0电价甚至是负电价情况。出现0电价或负电价通常发生在供大于求的时候,例如新能源发电量过大、用电需求下降等。一方面,在“双碳”背景下各地大力推动新能源发展,使可再生能源供应快速增加,天气条件适宜时电力供应超过需求,导致电价下跌;另一方面,某些时段由于消费需求低迷,供应超过需求,为避免过载发电企业主动选择将电价下调。

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。

新能源用户参与度高的电力市场用户电量异常数据修正模型

为了精准识别电量异常数据并进行实时修正,保障用户用电安全,提出一种新能源用户参与度高的电力市场用户电量异常数据修正模型。以某含高比例新能源的省市为例,分析其电力市场用户电量可能存在的异常数据现象,搭建概率预测模型,通过离线训练及在线识别,结合阈值和电量预估区间,识别用户电量异常数据,按照用户有不完整负荷数据以及无负荷数据情况,将识别到用户电量异常数据分成两类,获取两种类型中需要修正的用户电量异常数据,将其作为输入,搭建基于深度神经网络的用户电量异常数据修正模型,输出用户电量异常数据修正结果。实验结果显示,该模型能够识别出用户电量异常数据并能精准识别用电数据异常时刻,并能够对识别出用电异常数据进行实时修正。

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。

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。

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.

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。

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。

高比例可再生能源渗透电力系统关键技术研究

面对日益严峻的气候环境问题和化石能源危机,我国提出了2030年前“碳达峰”,2060年前“碳中和”的发展目标。推动能源结构转型,大力发展可再生能源,构建新型电力系统是我国实现双碳目标的必经之路。而高比例可再生能源并网将会深刻改变电力系统特性,使之呈现不确定性增加、运行方式多样、稳定控制复杂等特征。本文在此基础上分别从系统安全稳定、经济运行、规划设计三个方面阐述高比例可再生能源并网对电力系统造成的潜在挑战。最后对高比例可再生能源渗透电力系统的关键科学技术问题进行探讨分析,以期为后续开展相关研究提供方法思路和理论支撑。

储能提升高比例新能源基地低碳-经济-可靠性能的效益分析

储能具备灵活的功率调节与电能时移能力,其与系统多类型调控资源的协调优化有望为新型电力系统低碳、经济、可靠运行提供有力支撑。针对储能提升高比例新能源基地低碳、经济、可靠性能的效益进行研究。首先,建立了高比例新能源基地发电碳排放计量模型,提出高比例新能源基地低碳、经济、可靠性能量化评估指标;其次,建立了储能与高比例新能源基地的联合运行模拟模型,为含储能高比例新能源基地的优化运行提供决策依据;最后,针对蒙西区域电网开展全年时间尺度精细化运行模拟,分析不同储能容量配比下对系统低碳、经济、可靠运行性能的提升效益。算例结果验证了所提运行模拟模型的有效性,并指出随储能容量提升其对系统低碳、低碳、经济及可靠性能提升的边际效益逐步下降,优化制定储能配置容量有利于最大化其投资运行效益。

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。

高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。

考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型

随着风电和光伏发电装机规模快速增长,系统出现了发电容量充裕度不足的问题。为确保电力系统中的充足发电容量,需要引入容量市场机制。相比于大型火电机组的长建设周期和高投资成本,分布式可调节资源聚合的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)建设周期短、投资小、见效快,是为系统提供发电容量的有效资源。因此,构建了虚拟电厂可信容量(unforced capacity,UCAP)计算方法并提出一种考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型。虚拟电厂可信容量计算模型考虑了其功率、能量以及运行特性。容量市场出清模型在考虑发电侧风电、光伏、传统机组的基础上,增加用电侧虚拟电厂参与市场。容量市场出清模型中考虑了高峰容量需求、基本容量需求、电能需求、谷荷需求、爬坡功率需求等系统约束。最后通过算例分析了虚拟电厂可信容量、市场容量总需求量以及新能源装机容量对市场出清结果的影响,验证了本文虚拟电厂可信容量计算方法以及容量市场出清模型的有效性。

新能源发展对电力市场竞争力的影响分析

文章首先从全球能源转型的背景出发,概述了新能源在电力市场中的地位及其重要性。通过深入分析新能源技术的最新进展、经济效益和环境价值,揭示了其对电力市场竞争力的积极推动作用。同时考虑到新能源发展可能带来的技术和市场挑战,文章也详细探讨了电力市场的结构调整、新技术的并网与管理策略,以及与传统能源之间的竞争与融合。此外,本文还对相关政策支持进行了评估,提出了为确保电力市场健康、稳定与可持续发展的策略建议。

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。