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。

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。

高比例新能源电网中虚拟同步综合控制策略

新能源发电系统的虚拟同步运行控制是能源互联网稳定运行的一大关键技术,面临着很多挑战。围绕虚拟惯性控制技术展开相关研究,阐述了新能源的惯性控制方法,并对能源互联网中虚拟同步新能源系统的动态综合控制技术进行了分析。

高比例新能源电网多源最优协同调频策略

随着大规模可再生能源对电网渗透率的不断增加,大型风光电站也开始参与到电网的调频当中。首先,建立了功率响应总偏差、调频里程支出最小化的多目标互补控制模型,以解决不同调频资源的动态功率分配问题。为解决该非线性优化问题,采用多目标蝠鲼觅食优化算法(multi-objective manta ray foraging optimization,MMRFO)快速地获取高质量的Pareto前沿,以满足电网的实时在线调频需求,提高区域电网的动态响应能力。然后,基于熵权法,设计了灰靶决策法客观地选择不同功率扰动下兼顾运行经济性和电能质量的折中解。最后,基于扩展的两区域负荷频率控制(load frequency control,LFC)模型验证了所提方法的有效性。

面向新能源不确定性的西北电力电量平衡机制

受新能源“无稳定电力、有基础电量”的发电特性影响,西北地区电力电量平衡特性呈现新形态,电网同时面临腰荷时段的新能源消纳压力及早晚高峰的保供压力。基于高比例新能源电网实际运行数据及历史统计数据,分析了西北地区电力电量平衡的风险特性,梳理了国内外电力系统面向区域供需平衡的关键技术及配套市场机制,立足西北地区源网荷发展态势,提出了兼顾电力可靠供应和新能源高效消纳的西北电网电力电量平衡措施与建议。

MGP系统参与新能源电网调频的实验研究

新能源并网易受电网扰动的影响而发生脱网,同时会导致电网惯性和频率调节能力降低,给电力系统的稳定性带来了严峻的挑战。同步电机对(Motor-Generator Pair,MGP)系统是一种有效的解决方案。本文建立了MGP系统数学模型,分析新能源通过MGP并网的功率传输特性和变流器控制原理。在此基础上,研究了MGP系统参与新能源电网调频的作用机理,并在容量为5kW的MGP实验平台进行了实验验证。实验结果表明,MGP系统在电网频率变化时可以向电力系统提供有效的有功功率支撑,有利于提高电网的稳定性。

MGP与储能联合参与新能源电网调频的研究

随着新能源电网中光伏等间歇性能源的提升,高比例新能源电网低惯量、稳定性差的缺点愈发明显。依据同步电动机-同步发电机对(synchronous motor-generator pair, MGP)可提供较大转动惯量、有利电网稳定的特性;同时考虑间歇性能源最大功率输出时不具备调频能力的特点,提出将储能系统引入到光伏经MGP并网系统中,使光伏参与电网调频的能力可以达到传统火电机组的效果。搭建了含火电机组、光伏发电、储能、MGP及负荷等元件的仿真模型,通过对仿真模型施加扰动来研究MGP与储能联合参与新能源电网的调频能力。结果表明,该方法可以有效地增强系统的频率支撑能力,有利于电网的稳定运行。

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。

新能源同步机提升电网稳定性的运行特性分析

高比例新能源的接入使得电力系统的惯性降低,抗扰动能力变弱。鉴于同步电机在维持电网稳定中发挥的作用,提出了新能源通过驱动同步电动机-同步发电机对(MGP)后并网的新方式。通过介绍MGP的结构和运行原理,分析了MGP的惯性水平和阻尼特性。阐述了MGP功率反馈控制和电压反馈控制方法,并在5 kW实验系统中进行了验证。最后对MGP在高比例新能源电网中的应用场景及研究思路进行了展望。

新型单心式独立型移相变压器及其调节特性研究

为提升高比例新能源配电网的潮流控制能力和精度,提出了一种新型单心式独立型移相变压器(SCIPST),对调压绕组匝数配置进行了优化,通过独立控制2个调压绕组,SCIPST能够独立调节线路电压的相位和幅值。与传统移相变压器相比,增加了独立调节线路电压幅值的功能和可调移相角的数量,提高了调节精度。通过独立调节线路电压相位和幅值,能够在一定范围内实现独立调节线路有功、无功。介绍了SCIPST的拓扑结构,详细分析了工作原理并给出了控制策略。建立了SCIPST的仿真模型,对SCIPST调节电网潮流和电压的稳态和暂态性能进行仿真验证。研制出小容量SCIPST实验模型,搭建了潮流调节特性测试平台,开展了调节潮流模拟实验。仿真和实验结果证明了所提出的SCIPST的可行性和有效性。

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。

新能源同步机并网系统的阻尼特性

针对高比例新能源电网存在的低惯性和弱阻尼问题,提出新能源通过驱动同步电动机-同步发电机(MGP)后并网的新方式;阐述了MGP系统小干扰稳定的建模方法,通过小干扰模型研究了MGP的阻尼特性,推导了质量块相同的MGP和单个发电机阻尼比的定量关系;在5 kW实验系统中设计了质量块相同的MGP和单个发电机两种工作模式,对比了相同负载扰动下MGP和单个发电机的频率响应曲线,通过拟合小扰动后的频率响应曲线,分别确定了相同质量块的MGP和单个发电机的阻尼比,对比二者的关系验证了理论推导的结果,证明了相同质量块的MGP相比单个发电机能提供更大的阻尼,为提高高比例新能源电网的稳定性提供了新的解决方案。

新能源同步机并网系统惯性特性的理论和实验研究

针对高比例新能源电网存在的惯性降低问题,提出了新能源通过驱动同步电动机-同步发电机(motor-generator pair, MGP)后并网的新方式;详细描述了MGP系统的结构及工作原理,推导了MGP并网系统和同容量的真实火电机组转动惯量的定量关系,得出了在同容量下MGP的转动惯量约为火电机组的66%的结论;建立了5kW的MGP实验系统,并设计了MGP、单个发电机组和同容量的火电机组三种工作模式,在可编程负载中设置相同的负荷扰动,分别测量三种工作模式的频率响应曲线,对比结果说明了相比相同质量块的单个发电机组和相同容量的火电机组,MGP能更好的抑制系统的频率波动,可以为系统提供足够的真实惯性响应,为提高高比例新能源电网的稳定性提供了全新的解决方案。

基于数据分析的MGP并网系统电气端口的谐波特性

针对高度电力电子化电网的谐波污染和超高占比新能源电网中次/超同步间谐波引发的次/超同步振荡问题,本文基于同步电机理论提出了新能源通过驱动同步电动机和同步发电机发电的新型并网结构。通过分析这种新型并网方式的惯性特性和机械隔离作用进一步研究了其两侧端口的谐波和间谐波特性,阐述了傅里叶分解法的原理及分解过程,针对所提出的新型并网方式结合傅里叶分解的数据分析方法进行谐波/间谐波特性的仿真和实验分析。在仿真系统中对不同工况下新型并网系统两端的电压曲线进行傅里叶频谱分析,数据分析得到的傅里叶频谱图证明了新型并网方式对谐波和间谐波的隔离衰减作用,并搭建了5 kW的实验系统,通过对新型并网方式实验系统两端的电压波形进行傅里叶分析,验证了理论分析和仿真结果。