Utilization of clean energy and future trend of Antarctic research stations

The polar regions are rich in resources with high scientific value.Polar scientific research is of great significance to natural environment,climate,astronomy and geology.Polar scientific research is closely related to polar energy supply.Most research stations still use fossil fuels as the main source of power generation.This kind of power supply not only pollutes the environment,but also consumes a lot of manpower and material resources.As a kind of renewable energy such as solar energy and wind energy,renewable energy not only has the characteristics of sustainable development,but also has the characteristics of local power generation and transportation cost saving.At present,several countries have started the construction and application of polar renewable energy,and achieved good results in some Antarctic stations.Based on the investigation and summary of the application of renewable energy in various countries,this paper discusses the development trend of polar energy supply in the future,and provides a clear idea and direction for the development of polar renewable energy.

新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望

随着以风电、光伏为代表的新能源发电逐步取代同步机组,系统调频资源不足、抗扰动能力下降,频率安全问题凸显,新能源场站提供快速频率支撑成为构建新型电力系统的必然要求。新能源场站快速频率支撑是其内部多设备、多环节综合作用的结果,受风光资源、控制策略、电网条件等多因素的影响和制约。量化评估新能源场站的快速频率支撑能力是指导场站调频优化控制、分析新型电力系统频率响应特性、实现场站调频资源与电网交互的基础和前提。文中对新能源场站快速频率支撑能力评估问题进行了全面综述。首先,分析场站快速频率支撑的特征,并给出了场站快速频率支撑能力的定义;然后,从状态属性、控制特性、调频效果3个维度梳理了场站快速频率支撑能力的评估指标体系,并对各类评估指标的常用计算方法进行分析评述;最后,提出了值得关注和进一步研究的关键技术问题。

新能源场站快速有功控制及频率支撑技术综述

以光伏/风电为代表的新能源高比例并网降低了电力系统的惯量水平和频率支撑能力,频率稳定问题成为当前电网安全稳定和新能源高效消纳的核心问题之一。发展新能源发电并网机组单元和场站的快速有功频率响应和主动支撑能力是当前的研究热点。该文以“单机快速有功控制-场站快速有功控制-场站快速频率支撑”为主线,梳理光伏/风电的快速有功控制及频率支撑发展现状,分析频率检测、通信延时和控制响应模式等因素对光伏/风电场站频率响应快速性的影响,指出风电机组的机械载荷约束、风电场百毫秒级有功控制、场站的调频响应模式选择和优化、暂态有功无功协同控制是提升新能源发电单元和场站的快速有功频率响应能力的4个关键问题,最后对未来的重点研究方向进行展望和讨论。

考虑新能源多场站短路比的暂态过电压风险评估

为解决电力系统暂态过电压风险评估中输入特征集构建合理性不足、强相关性差等问题,提出一种考虑新能源多场站短路比MRSCR(multiple renewable energy stations short circuit ratio)的暂态过电压风险评估方法。首先,通过分析暂态过电压数学模型,发现MRSCR与暂态过电压呈负相关性;然后,综合考虑MRSCR与其他影响系统暂态过电压的关键因素,构建多维输入特征集;最后,通过卷积神经网络建立输入特征与暂态过电压的高维映射,实现系统暂态过电压风险的快速、准确评估,并通过算例分析验证了所提方法的有效性、可行性。

新型电力系统标准算例(一):功角稳定CSEE-RAS

含高比例新能源交直流混联电网的稳定特性已发生深刻变化,功角稳定依然是威胁系统安全运行的关键问题,相关研究对标准算例的真实性、合理性及代表性提出更高的要求。该文根据实际电网拓扑和数据,构建适用于功角稳定特性研究的功角稳定机电暂态仿真算例(Chinese society for electricalengineering-rotoranglestability,CSEE-RAS),该系统以500kV为主网架,包含2个区域、1个交流通道、1个直流通道。提供2种运行方式,分别对应动态、暂态功角稳定场景,上述场景新能源出力占比均在50%以上。考虑新能源出力占比、机组接入位置和控制策略等因素,量化不同因素对稳定水平的影响。敏感性分析结果表明,该算例较为全面地反映了机电暂态尺度下的不同功角稳定特性,且具有灵活的拓展能力,可为功角稳定分析与控制的相关研究提供基础平台,有助于不同结论的横向比较和研究人员科研效率的提升。

考虑源网协同支撑作用的含新能源电力系统网架重构决策优化方法

面对复杂多变的国际形势和日益增多的极端事件,研究新能源高比例接入下的系统恢复方案,对完善新型电力系统安全防御体系具有重要意义。在此背景下,提出一种含新能源电力系统网架重构决策优化方法。首先,基于核密度法对新能源出力不确定性进行分析建模;其次,考虑新能源并网和运行对网架强度的要求,实现了新能源多场站短路比约束的线性化建模;在此基础上,建立了能协同新能源、储能、常规机组和输电网络恢复的网架重构优化模型,并提出双层优化策略以提升模型求解效率。基于新英格兰10机39节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性。

基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法

针对源荷匹配特性的容量配置方案中源-荷不平衡问题,提出一种基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法,首先构建源荷匹配特性指标,并分析地区的源荷匹配特性;再以经济性最优、源荷匹配特性指标最优为目的,构建基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置模型,得到大型复合电站的配置方案。算例分析表明,在优化后的风、光、传统电源配置比例下,建设大型复合电站可提升系统的源荷匹配度,并降低各运行场景下的系统负荷峰谷差,缓解传统电源的调节压力,为新能源稳步替代传统火电提供可参考的电源配置方案。

基于动态谱线插值的新能源场站同步基准信号检测方法

在含高比例新能源的低惯量电力系统中,系统频率呈现基频偏移严重、频率变化快等特征,导致新能源场站在进行并网测试及支撑性能评估时,同步基准信号检测误差增大,进而可能威胁到系统的安全稳定运行。对此,提出基于动态双离散傅里叶变换类(discrete Fourier transformation,DFT)谱线插值的同步基准信号检测算法。通过分析低惯量电力系统受功率扰动后的频率动态响应,揭示系统中基频静动态特征,并在此基础上建立静动态电网信号分析模型。进而量化基频偏移场景下的传统DFT谐波检测算法误差,并说明谱线插值类DFT算法在动态基频场景下的失效机理。继而利用希尔波特黄变换(Hibert-Huang transform,HHT)算法识别动态基频,并结合双DFT谱线插值法修正基频及谐波信号幅值,提高检测精度。又为改善检测效率,增设算法选择判据。试验测试结果表明:所提的检测算法能够准确的测量出强动态电网信号中的基准量,提高对新能源场站同步支撑、电能质量等并网性能的评估精度,为新能源高占比电力系统的同步基准信号检测提供新的可选方案。

基于因果序图的氢能一体化电站运行过程建模及能量流控制策略

为解决大规模的“间歇性电源”接入造成的电能供需不平衡的问题,该文提出氢能一体化电站及其运行过程中电-氢-电能量流控制策略。首先,根据一体化电站电-氢-电能量转换特点,基于因果序图(COG)建立了面向控制的制储氢发电一体化电站运行动态模型,该模型能够清晰地反映一体化电站不同物理量之间的关系,实现一体化电站运行过程的表征;其次,在所建模型基础上基于自然因果关系原理设计了一体化电站运行过程的功率流和氢气流控制策略,该策略对于刚性关系过程采用反转模型控制,减少了误差反馈耗时,增强了控制器性能;最后,在基于RT-Lab的硬件在环仿真平台上进行了测试,分析了一体化电站不同物理量之间的变化关系。与比例-积分-微分(PID)控制和自抗扰控制(ADRC)方法的对比结果表明,所提控制策略在响应速度、收敛精度和运行效率上优于传统方法,可以更有效地实现氢能一体化电站运行过程的能量流管理。

含新能源发电的电动汽车充电站充电功率在线优化策略研究

针对含新能源发电系统的电动汽车充电站充电功率优化问题,提出了一种充电功率在线实时优化策略,依据新能源发电出力及电动汽车当前状态信息动态调整未来24 h内充电站各充电桩充电功率,该在线优化策略依据电动汽车充电负荷特点,在初始化阶段利用基于状态依赖的决策向量分类方法,降低了每次优化待优化矩阵维度;在优化过程中利用微分演化算法,分别对有效决策向量组合以及决策向量进行优化,旨在快速、准确地对充电站中各充电桩未来24 h内的充电计划进行实时优化。该优化策略对降低充电站运行成本、改善因电动车充电引起的负荷波动具有一定的参考价值。

考虑可再生能源波动性的储能电站系统容量配置策略

风力能源、水利能源、太阳能等可再生能源目前在社会上的运用越加重视,可再生能源在存储过程中受时效、季节、天气等的影响,波动性强。论文以黑龙江桦川储能装备实证风电项目为例,通过考虑可再生能源波动性的储能电站系统,容量配置基本原则和设计方案对可再生能源波动性的储能电站系统容量配置原则进行了具体的研究分析。

分布式调相机在新能源场站端的应用

为实现“双碳”目标,推动电力系统绿色低碳转型,未来电力系统会出现高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性。传统能源发电优势在于可依赖发电机组的短路容量,电网电压稳定;可依赖发电机组的旋转惯性,电网频率稳定。新能源(风电、光伏)发电的特点则是基本无短路容量、无功支撑弱、旋转惯性无法利用、负荷不可控。根据调相机的特性,在新能源场站装设分布式调相机可以大幅增加短路容量、提升短路比,对电网稳定运行起到无法替代的支撑作用。重点介绍在电网末端新能源场站集中区域,在风电场站或光伏电站装设分布式调相机的各种设计方案。

基于改进神经网络的光伏电站输出功率预测方法

光伏发电系统的输出功率受多种因素(包括天气、电池板温度和日照时长等)制约,表现出显著的随机、波动和间歇性特点,对电力系统的稳定运行构成了威胁。为此,提出基于改进神经网络的光伏电站输出功率预测方法,对电力系统的调度、优化以及能源管理具有重要意义。首先,进行了光伏电站输出功率影响因素的相关性分析,选择总辐照强度和环境温度这2个与光电转换效率有显著相关的因子,并以此为输入;然后,构建了改进神经网络模型;最后,通过该模型实现了光伏电站输出功率的预测。结果表明,利用改进的神经网络对光伏发电系统的出力进行了精确的预测。改进神经网络模型可以基本反映出输出功率的大体趋势,在处理复杂多变的天气条件和电站运行状态时,能够更精准地预测输出功率。

变电站内新能源采集互联应用方案研究

传统变电站作为电力系统中电力输送和变换的载体之一,其功能较为单一。为充分利用可再生能源发电,降低站用电率,实现“零碳”变电站建设的目标,利用可再生分布式电源的变电站站用电系统是一个有价值的研究议题。以变电站为研究对象,充分发掘分布式能源可塑性强的特点,分析了变电站内可再生分布式能源的利用形式和接入方法;研究站用电微电网系统设计方案,主要包括系统架构设计、设备选型和配置原则,并结合变电站站内负荷提出多个新能源应用场景,对今后传统变电站向能源互联的综合能源站转型设计具有一定的借鉴意义和推广应用价值。

船舶中压直流电站试验负载技术及选型应用研究

在中压直流综合电力系统首次装船应用的背景下,文中针对船舶大容量中压直流电站的系泊试验负载需求,首先研究了近年来国内成功研制的几种大功率中压直流试验负载的技术原理及特点;然后总结和对比了这几种试验负载的使用性能;最后结合船厂码头系泊试验阶段中,试验负载的实际应用条件以及船用试验负载的发展趋势,提出设计能量回馈型组合负载系统的建议,可在实现试验负载功能的同时,合理利用试验产生的能量,并给出负载系统初步方案。该文可为后续大容量中压直流电站试验负载实船选型应用提供理论参考。

船舶电站系泊试验电能回馈船厂电网探讨

本文介绍了新造船舶系泊试验过程中,被测试船舶电站发出的电能回馈到船厂电网进行回收利用的初步可行性分析。该解决方案,有助于节能减排,创造良好的船厂和社会的经济、生态效益。

储能电站数据可靠性测试分析

文章深入探讨了储能电站在现代电力系统中的重要作用,特别是电池管理系统(BMS)和电池组充放电装置(PCS)在保障电站运行安全和效率中的关键性。介绍了储能电站的基本构成及其在电力系统中的作用,详细分析了BMS和PCS的数据组成和功能。重点强调了进行数据可靠性测试的必要性,以及这些测试对于维护电站稳定运行和安全性的重要性。文中也详细阐述了BMS数据可靠性测试的方法和PCS数据可靠性。

含高渗透新能源电力系统中考虑变时段控制的火/储/荷日前优化调度

新能源高渗透电力系统中以风电、光伏为代表的新能源具有的不确定性,使得火电机组难以满足调度计划的精度需求。为提高火电机组调度计划的准确性,提出考虑变时段控制的新能源高渗透电力系统中火/储/荷日前优化调度策略:首先使用高斯混合模型将净负荷按时序特性聚类成3种时段类型,然后按各时段特点设计火-储-荷的变时段控制规则以优化日前调度,利用需求响应优化抽水蓄能电站利用率;其次以系统总成本最小为目标,综合考虑所提策略形成的各类型机组约束建立火-储-荷调度模型,形成火-储-荷的日前调度计划;最后通过算例分析验证所提策略的有效性。

一种考虑新能源电站出力不确定性的采样鲁棒无功优化方法

随着新能源电站的大量并网,其出力的随机波动给电力系统无功电压控制带来很大影响。为此,提出一种考虑新能源电站出力不确定性的采样鲁棒无功优化方法。首先,考虑新能源电站出力随机波动引起的发电机有功出力变化,建立电力系统不确定性无功优化模型。其次,基于采样鲁棒优化方法将此模型转化为双层优化模型,上层模型在平均最恶劣场景下寻找最小化有功网损的发电机机端电压、变压器变比和并联电容器投入组数;下层模型在各采样点附近的盒式集合中寻找对应的最恶劣场景。然后,为了考虑同种新能源电站间出力的相关性,利用Nataf变换及其逆变换,将独立正态空间的采样点转化为相关的原样本空间的采样点;再利用列与约束生成算法对双层优化模型进行交替迭代求解。最后,对修改的IEEE 39节点系统和实际贵州电网算例进行分析计算,验证所提出方法的正确性和有效性。

基于光伏逆变器的快速功率控制系统研究及应用

为使新能源功率输出能快速响应系统有功功率和无功功率平衡需求,文中提出光伏电站毫秒级功率控制的系统性方案。首先,基于光伏逆变器的功率快速交换能力,在光伏电站并网点直采电压、电流,实时监测并网点频率和电压变化,根据一次调频参数计算光伏电站有功出力。在此基础上,通过高速环网通信链路群控光伏逆变器进行有功出力,使得光伏电站具备一次调频能力。在无功功率控制方面,文中通过智能多状态序列判别算法实时计算光伏电站并网点对电力系统的阻抗,根据并网点电压波动实时群控光伏逆变器进行无功出力,使得光伏电站具备动态无功响应能力,从而完成光伏电站功率的快速控制。目前该系统已经在淮安金湖光伏电站中试点运行,现场试验数据说明应用文中提出的控制系统可实现一次调频响应时间小于0.15 s,动态无功响应时间小于30 ms的指标,验证了控制系统的有效性和可行性。