High Proportion Renewable Energy Supply and Demand Structure Model and Grid Impaction

In considering of high proportion of renewable energy supply in 2050, the accelerating of energy consumption gross, source and environment can affect the energy system restrict affection are stronger. Add wind and solar to electricity energy with large amount of energy source exploitation. The energy source amount per person is lower. Considering the renewable energy amount and supply, primary energy storage and structure problem is standing out. Before the wide spread of renewable energy, Using the high-carbon energy in China can pollute seriously. Chinese energy supply and demand problem is research key point. This paper researches Chinese energy supply and demand pattern system and evaluation methodology, gives out the inner and outer influencing elements. And evaluate Chinese energy supply and demand pattern from energy gross, structure, distribution and transportation. Use energy supply synthesize radar comparison chart in certain time period. From energy security, economy, clean and efficiency, analyze the benefit comparisons of Chinese energy supply and demand pattern. This energy supply and demand pattern model will give one certain theoretical analysis and practice reference to the further high proportion of renewable energy.

考虑实时备用率的中长时间尺度新能源发电备用的方法

在新型电力系统中,考虑到中长期时间尺度下新能源出力具有较强规律性,提出了中长时间尺度新能源纳入备用的实时备用率的确定方法。根据实时备用率将新能源可信出力纳入备用,建立多电源电力生产模型。所建模型以生产成本最小为目标函数,考虑电源运行成本、新能源弃电成本、切负荷惩罚成本及机组出力、功率平衡、逻辑变量等约束条件。采用时间迭代将中长时间生产模拟化简为短期优化问题,利用CPLEX求解。以改进IEEE-24节点系统作为算例,优化结果表明新能源电源采用实时备用率的方法纳入备用时,电力系统生产运行总成本更低;新能源渗透率越高,纳入新能源为备用的经济效益越明显;风电和光伏独立确定备用率时,备用成本和污染排放更低。

水电高占比下风电接入对系统稳定性影响

随着绿色清洁高效能源基地的构建,以水电为主体的水风互补成为我国西南能源开发的重要特征。为研究在典型水电系统中接入风电对系统稳定性带来的影响,首先,针对水风互补系统以转矩分析法分析了风电接入对系统频率和功角稳定性的影响,并通过算例和Prony分析验证了风速与风电渗透率对系统稳定性的影响。结果表明,风电的接入在一定程度上可以削弱传统水电系统的超低频振荡,而风电接入互联送端系统会导致区域等值惯量的下降,进而使系统区域间低频振荡风险加剧。其次,考虑风电的接入会诱发区域间低频振荡,在风电系统中引入风电的附加综合虚拟惯性与阻尼控制。算例与Prony分析验证了该控制策略能有效提高系统稳定性。最后,在区域间大规模风电接入场景下,利用改进的鲸鱼算法对风电的附加控制器参数进行了优化;结果表明,参数的整定有效提高了系统的频率以及功角稳定性。

KPI-based Real-time Situational Awareness for Power Systems with a High Proportion of Renewable Energy Sources

With the increasing complexity of power systems and the widespread penetration of renewable energy sources(RES),real-time situational awareness for power systems is of great significance for operational scheduling.Considering the impact of RES on power system operations,a situational awareness key performance index(KPI)system for power systems with a high proportion of RES is proposed in this paper,which consists of reserve capacity abundance,ramp resource abundance,center of inertia(COI)frequency deviation,interface power flow margin,synthesized voltage stability,and angle stability margin.Then,the KPIs are synthesized and visualized by the decision tree method and radar chart method,respectively,for monitoring the operation states(i.e,normal,alert,and emergency states)of power systems with a high proportion of RES.Numerical simulations are conducted in a revised New England 16-machine 68-bus power system and an actual CEPRI-RE power system in the northwest region of China with a high proportion of RES.The results show that the proposed KPI-based situational awareness method is able to accurately monitor the real-time state of power systems with a high proportion of RES,and can assist power dispatchers to make effective decisions.

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。

电压源型风电比例影响区域电网频率调整研究

随着新能源大比例接入新型电力系统中,区域电网的频率稳定性问题凸显。为了研究风电在区域电网中对新能源系统稳定运行能力的影响,针对电压源型风电占比对区域电网频率调整的影响开展研究。对风电频率需求相应特性和电压源型风电机组控制进行分析,提出了在电压源型风电机组不同占比结构下的区域电网新能源场站容量分配评估方法。在Matlab/Simulink中对不同电压源型风电占比下的电网频率响应特性进行验证。结果表明,随着在混合风电场内配置一定比例的电压源型风电机组,可以有效地改善区域电网的频率稳定性。

某调度通信楼空调系统节能减碳改造设计实践

重点介绍了某调度通信楼空调系统的节能减碳改造设计,通过综合运用余热回收、可再生能源、固体蓄热、高效制冷机房等多项技术,构建了安全可靠、绿色低碳、高效节能的空调系统。采用HDY-SMAD空调负荷计算及分析软件模拟了建筑物全年的空调能耗,并对优化前后空调系统的运行能耗和碳排放进行了测算。结果显示,优化方案空调系统全年节约电量100万kW·h,全年碳减排573 t,节能减碳效果显著。

德国电力市场能源转型建设及启示

中国正在推进能源结构清洁化转型。如何通过市场建设促进新能源高比例消纳是能源结构调整重点关注的问题。国外电力市场在支撑能源转型方面具有较为丰富的可借鉴经验,以德国电力市场为借鉴对象,对比总结其促进新能源消纳的过程和成效,可为内蒙古电力市场建设提供有益参考。首先分析对比内蒙古自治区与德国在能源供给和消费总量、新能源装机和消纳方面的水平差距;其次介绍德国电价体系和电力市场体系,并通过参考因素的平均绝对误差指标对德国电力市场在适应高比例新能源方面的运行成果进行深度分析;最后总结德国电力市场建设在政策与市场衔接、跨国大市场建设和区域自平衡机制等方面的经验,并提出适应内蒙古电力市场建设的建议。

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。

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。

考虑不同需求弹性的爬坡辅助服务市场出清模型

在新型电力系统建设背景下,高比例新能源出力间歇性和波动性给电网稳定和安全运行带来新的挑战,而提高电力系统灵活爬坡能力是应对新能源挑战的重要手段。为此,基于不同弹性的爬坡需求曲线,构建爬坡辅助服务市场出清模型,通过爬坡辅助服务市场激励灵活性爬坡资源建设,提升电力系统灵活爬坡能力。考虑不同区间的爬坡容量对电力系统的价值有所不同,建立不同需求弹性的爬坡需求曲线计算模型。在此基础上,设计了3种考虑不同爬坡需求弹性的爬坡与电能量市场联合出清模型,分析了这3种模型的爬坡影子价格定价方式及出清结果。构建算例展示弹性需求曲线计算方法及流程,基于IEEE 39节点系统对3种爬坡市场出清模型进行仿真分析。结果表明,增加爬坡需求弹性可提高系统整体运行的经济性。

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。

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。

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。

高比例新能源下含调频控制的储能系统多目标优化

储能在高比例新能源系统中有非常重要的作用,比如调峰、调频和调压等,而储能的作用能否充分体现出来,取决于其容量和位置的配置。为解决高比例新能源下含调频控制的储能系统的优化配置问题,首先研究了一种基于非线性变K系数的储能一次调频控制策略并对其控制参数进行优化,在此基础上,提出了面向高比例新能源电力系统的储能定容选址多目标优化配置方法。该方法采用改进多目标粒子群优化算法,将储能容量、位置作为决策变量,并将系统频率波动指标、电网脆弱性指标和储能成本指标最小作为优化目标,求得帕雷托解集后,通过信息熵求得各个目标的权重后采用优劣解距离法计算得到最优方案。最后,对安阳市某区域电网数据进行实际算例分析,得到了该区域电网的储能最优配置方案,并验证了所提储能定容选址配置方法和控制策略的有效性与优越性。

高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估

新能源的随机性、波动性及弱调节特性给电力系统静态电压的安全及稳定性带来了挑战。针对此问题,提出一种考虑源荷双侧不确定性的高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估方法。首先,基于新能源无功调节特性与传统机组的差异,分析了大量新能源替代传统机组对稳定裕度的影响。然后,分析了新能源出力不确定性对稳定裕度分布范围的影响,并建立源荷不确定性模型以生成典型场景。最后,为了应对新能源快速波动性给稳定裕度带来的影响,提出基于优化ELM-KDE的稳定裕度在线概率评估方法。利用优化极限学习机(extreme learning machine,ELM)预测典型场景稳定裕度并通过核密度估计(kernel density estimation,KDE)准确获得其概率分布函数。构建了静态电压稳定期望裕度和静态电压稳定风险度两个指标对结果进行表征。分别在New England 39和IEEE300节点系统进行了仿真测试,并将结果与传统蒙特卡洛方法计算结果对比,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。

面向规模化风电消纳的电-气-氢能源互联系统协同规划

高比例风电接入系统趋势下,考虑将规模化新能源转化为氢气等清洁气体,配合燃气设备发电,以解决可再生能源消纳和减少碳排放问题。首先介绍了电-气-氢能源互联系统能流结构框架和关键设备运行模型;其次,计及源、荷的不确定性,构建含燃气机组、储氢装置、燃料电池以及电转气(Power To Gas,P2G)设备的优化规划模型,通过二阶锥松弛和分段线性法将其转化为混合整数线性规划模型进行求解;最后采用IEEE-9节点电力网络和7节点天然气网络联合系统进行算例验证。结果表明,储氢装置及燃料电池的应用,降低规划总成本的同时能够提升风电消纳和减少碳排放,且考虑不确定性的规划方案能够提高系统灵活性,保证系统可靠运行。

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。

量化电网不确定性对调度计划影响的经济运行域概念及其凸包求解方法

建设含高比例新能源的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要途径,刻画考虑多种不确定性因素的电网经济运行区间是支撑高渗透率新能源消纳的关键技术。因此,提出计及电网不确定性因素经济性影响的电网经济运行域(economic operating region,EOR)概念,圈定强不确定性环境下电网最优调度计划集合。在此基础上,以考虑新能源出力不确定性为例,构建适用于工程实际的凸包经济运行域数学模型,并提出基于双层迭代的求解算法。最后,分析凸包经济运行域的形态和物理内涵,证明凸包经济运行域相比于基于鲁棒优化的箱型经济运行域具有更好的经济性,验证了所提双层迭代算法的有效性和较好的适用性。