Application of Power Electronics Converters in Renewable Energy

Against the backdrop of global energy shortages and increasingly severe environmental pollution,renewable energy is gradually becoming a significant direction for future energy development.Power electronics converters,as the core technology for energy conversion and control,play a crucial role in enhancing the efficiency and stability of renewable energy systems.This paper explores the basic principles and functions of power electronics converters and their specific applications in photovoltaic power generation,wind power generation,and energy storage systems.Additionally,it analyzes the current innovations in high-efficiency energy conversion,multilevel conversion technology,and the application of new materials and devices.By studying these technologies,the aim is to promote the widespread application of power electronics converters in renewable energy systems and provide theoretical and technical support for achieving sustainable energy development.

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。

国有大型油气企业新能源发电项目经济评价探讨

国有大型油气企业基于减排降碳和可持续健康发展考量,积极探索新能源发电业务,投资项目经济评价方法和参数,成为影响新能源发电业务投资决策和高质量发展的决定性因素。基于经济评价基本原理,根据新能源发电项目技术经济特征,构建新能源发电项目经济评价方法和参数体系。折现现金流法仍然是新能源发电项目经济评价的主要方法,内部收益率和平准化度电成本是衡量项目盈利能力的重要指标。不同类型新能源发电项目经济评价方法具有较高的一致性,但应在投资构成、成本费用估算、收入与税金估算等方面体现差异,重点在营业收入估算中体现项目真正价值。在规制性配置储能要求以及储能收益政策有待落实的情况下,新能源发电项目效益有待提高,建议现阶段适当降低投资回报要求,尤其是出于市场拓展和协同发展目的的战略性新能源发电项目。项目电价和有效利用小时数对新能源发电项目的影响至关重要,应视情况合理选取参数。风光气电融合项目应分业务估算成本。国有大型油气企业应积极开展宏观配套政策和商业模式创新研究,以支撑新能源发电业务的高质量发展。

基于多核CPU的风光新能源场站全拓扑实时仿真建模方法

风光新能源场站在构建新型电力系统中占据重要地位,其电磁暂态实时仿真愈发受到关注。由于新能源场站网络解算十分复杂,串行逻辑冗长,难以在目前开发较为成熟的多核CPU仿真机上实时仿真。因此提出了一种基于多核CPU的风光新能源场站全拓扑实时仿真建模方法。该方法基于电网络等效原理,建立发电单元四端子等效模型,依据该模型的仿真流程设计适用于多核CPU的并行仿真架构,实现新能源场站的实时仿真。所建场站模型利用内部电压的计算可保留高精度的全拓扑信息,同时通过降阶有效降低网络解算资源占用,缩短串行逻辑。经仿真测试,相较于RTDS模型,该方法所建模型在保证精度误差小于4%的同时可实时仿真的场站规模扩大3倍,有效降低实时仿真硬件成本。

计及动态碳排放对新能源消纳市场的价格研究

通过丰富电力市场交易方式,可有效提高新能源消纳水平。针对现有电力市场无法有效控制碳排放的特点,提出计及动态碳排放的电力市场出清方法,将火电碳排放成本动态传导到电价中,从而使部分发电权向新能源转移。同时,当发生弃能时,对弃能机组引入价格因子替换报价,进行电力市场二次出清,深度促进新能源应发尽发,以激励相容机制平衡发电权转受让方收益。采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,提出的电力市场交易机制能有效降低火电机组的碳排放并促进风光消纳,验证了该方法的有效性。

碳达峰碳中和背景下我国新能源技术发展及意义

本文从我国的能源结构展开,通过对能源电气化、光伏风电、新型储能技术、新能源车四方面相互协同发展的论述,解析了双碳背景下我国新能源的发展策略、技术进步及未来展望。通过数据列表、案例、效率分析,论证未来新能源主要发展方向是光伏、电化学储能、电力驱动车及电气化主线。双碳背景下世界能源未来将产生颠覆性重新构造。

西北新型电力系统先行示范体系探究

西北地区能源资源禀赋,是加快构建新型电力系统的排头兵,是实现全国“双碳”目标的主阵地。从西北地区“多煤富新”的资源优势、新能源为装机主体的电源布局、大外送格局的网架结构及当前西北电网新能源的高效利用情况来看,西北电网已具备新型电力系统体系雏形。但随着能源转型的稳步推进、沙戈荒大型风光基地等国家重点项目的落地,西北电网“三高双随机”的特征愈加凸显,西北新型电力系统体系建设仍面临着巨大挑战。该文分析了现阶段西北新型电力系统体系建设在电力保供、新能源高效利用、电网安全面临的挑战,以问题为导向,系统性阐述了保供电、促转型、保安全“三位一体”的西北新型电力系统先行示范体系建设研究和创新实践,并提出了策略性发展建议与展望。

基于深度强化学习的梯级水蓄风光互补系统优化调度策略研究

对常规水电站进行抽水蓄能功能重塑,使其由“电源供应者”逐步转为“电源供应者+‘电池’调节者”,是解决大规模灵活性资源需求的重要技术手段。以梯级水蓄风光互补系统(cascade hydropower-pumping-storage-wind-photovoltaic multi-energy complementary system,CHPMCS)为研究对象,首先针对其发电抽蓄双向运行工况灵活转换和互补消纳特征,以系统发电效益最大为目标建立短期优化运行模型;其次,考虑CHPMCS出力连续可调的特点,提出将优化调度问题转换为马尔可夫决策过程,从而将多约束优化问题转换为无约束深度强化学习问题;然后,针对深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法训练效率低、易陷入局部最优等缺陷,采用改进DDPG算法对优化调度决策过程进行求解。最后,通过算例验证所提模型和算法的有效性。结果表明:CHPMCS通过水电功能重塑,有效提升了灵活性和调节能力,可以提高新能源的消纳能力和水资源的利用率,并通过“低储高发”提高系统发电效益。

新能源场站快速功率控制系统的研制

随着新能源渗透率的不断提高,仅依靠传统火电机组难以保障频率稳定安全;新能源场站出于经济性的考虑,致使电力部门难以掌握新能源场站的真实调频性能,严重威胁电力系统的安全运行。为了解决传统火电机组频率支撑不足和实时掌握新能源场站调频性能困难的问题,研究了频率测量、非同步采样、控制策略、在线可观性系统等关键技术,研制了新能源快速功率控制系统,通过第三方检测,验证了方案的高性能。

基于最小二乘法的新能源出力时序数据重构方法

分析了风电和光伏的出力特性和相关性,进而得到新能源出力的概率模型。根据不同的数据样本,利用最小二乘法作为参数估计方法,计算得到概率分布模型参数。在此基础上,提出新能源出力时序数据重构的方法和数据重构步骤,为清洁能源的有序开发和发电并网提供参考。

青海海西柴达木沙漠新能源基地风光容量配比优化研究

随着新能源规模爆发式增长,新能源基地外送方案规划方法备受关注。为了满足影响日内峰谷结构的新能源输送需求,通过分析青海海西州柴达木沙漠地区风光资源不同时间尺度下的出力特性,构建风光容量配比优化模型,采用优化算法确定某高比例清洁能源基地风光容量最佳配比,并分析不同容量配比和光伏容配比下的风电、光伏之间的出力互补效果。结果表明:青海海西州柴达木沙漠地区光伏、风电互补后,扭转了单一电源单独出力的反调峰特性。光伏/风电容量比例1.5~2.0互补效果最佳,验证了优化模型的有效性,未来可进一步应用至其他新能源基地外送方案规划中。

Embedding PV and WF Models into Steady State Studies by an Optimization Strategy

Modeling of photovoltaic (PV) and wind farms (WF) stations to take into account these renewable energies into the power flow formulation are summarized. A strategy based on multi objective optimization in order to allocate PV and WF power into electrical power system is proposed. It is assumed that there are a reduced number of choices to allocate the stations. The algorithm is applied to the 39-bus test power system. The results show that the proposed algorithm is capable of optimal placement of renewable units.

基于量测数据的风电场等效虚拟惯量评估方法

研究风电场等效虚拟惯量评估方法可以定量掌握风电场对电网的惯量贡献。已有方法通过建立含有虚拟惯量控制的风电机组简化模型并结合转子运动方程推导出风电场等效惯量的计算公式,但该方法却存在所需参数众多且不易获得的问题。对此,提出一种从易于获得的量测数据中求取风电场等效惯量的方法。首先,介绍了风电虚拟惯量的概念。其次,对风电机组惯量响应过程中自身动能和输出电能的转换进行分析,并根据能量守恒原理提出一种利用风电场公共耦合点(point of common coupling,PCC)有功-频率量测数据进行计算的惯量评估方法,该方法可以避免基于系统辨识方法在评估过程中对辨识模型降阶所带来的误差,从而得到更高精度的惯量评估结果。最后,在PSASP中建立仿真算例验证了所提方法的有效性和优越性。

“双碳”目标下大庆油田绿色低碳发展实践与思考

如何实现碳达峰碳中和目标是我国能源行业当前最重要的研究课题之一。大庆油田既是能源生产大户,也是能源消耗大户,实现“双碳”目标责任重大。油田具有丰富的资源条件、完备的基础设施、较大的消纳能力和“风、光、气、储、氢”融合发展优势,为绿色低碳发展奠定了良好基础。大庆油田近年加快推进绿色低碳发展规划制订和实施,通过加快风光发电项目建设、打造低碳示范园区、探索“地热+”开发模式、持续攻关CO_(2)驱油技术、做好碳排放核查等举措,油田绿色转型发展初见成效。大庆油田下一步将在推进项目落地、构建地企合作、积极外拓市场、加强科技创新、完善体制机制等方面加强工作力度,努力实现绿色低碳、高质量、快速发展。

基于鲸鱼优化算法的新型电力系统中抽水蓄能机组容量最优规划策略

在新能源高占比的新型电力系统中,抽水蓄能可弥补新能源出力的波动性和随机性带来的不足.根据负荷预测数据,结合风电机组、光伏机组和火电机组的出力特性与抽水蓄能自身调峰特性,建立最大消纳新能源及减少碳排放的目标函数,通过鲸鱼优化算法模拟鲸鱼觅食的3个阶段来规划地区不同程度新能源渗透率下的抽水蓄能装机容量,以达到清洁能源消纳,节约成本的目的.

碳中和目标下新型电力系统构建及发展路径研究——基于电化碳氢氧氮四元素能源体系的思考

通过分析新型电力系统中“网”的特点,以荷侧消纳、储能、调峰为突破口,构建电化四元素(e-CHNO)能源体系,包括新型电力系统及氢化能源系统两大部分。其中新型电力系统包括光伏风电、传统电力系统、储能、电力电子、电力电子供能、电化学化工。氢化能源系统包括电化学化工、乡村振兴中的绿碳化工、氢冶金及氢能。基于中国空间特色、绿碳及乡村振兴等因素,预研及构建新型电力系统的网侧、源侧和荷侧新场景。指出建设新型电力系统需要构建e-CHNO能源体系来支撑。虽然国家已规划一期、二期、三期新能源大基地,多地也相继出台氢能规划,但对电化学化工、电力电子供能、乡村振兴中的绿碳化工重要性认识不足。在e-CHNO能源体系中传统电力系统是基础,光伏风电是重构引领力量,而电化学化工、储能、电力电子供能及电力电子是新型电力系统构建的三大核心方向,氢能、氢冶金、绿碳及乡村振兴是电化学化工系统中新生的产业新方向。通过构建电动汽车→电烯氢及电制碳酸二甲酯(DMC)等绿碳化学品→电氨尿素及电甲醇制烯烃(MTO)→可再生氨及甲醇燃料→氢能产业等产业拉动路径,促进光伏风电产业发展及技术进步,实现绿电价格的不断下降,将逐渐重塑或颠覆中国DMC、合成氨尿素、甲醇、石油炼化、煤电等产业,重构钢铁产业,形成新生绿碳及氢能产业。建议发挥举国体制优势,以地方政府、行业头部企业及国家三个层面组织示范,发挥光伏风电绿电主导,电化学化工产业主导及电网主导的各自优势,结合优势场景建各类产业园进行示范突破,继而全国推广复制,支撑中国“30·60”双碳目标实现。

新形势下我国新能源行业发展特点与态势

当前全球能源危机凸显发展新能源的紧迫性,投资热度持续上升,“能源超级盆地”有望成为石油公司转型发展的新模式。我国以风电、光伏为主体的新能源成为电力新增装机主体,装机规模稳居全球首位,光伏、风电、新型储能、氢能等将持续加速增长势头,新能源电力消纳形势总体向好、局部紧张,相关技术进步加速迭代,各类市场主体积极布局新能源业务。结合中央经济工作会议精神和产业最新政策,提出2023年我国新能源行业将呈现加速规模化、加强集约化、全面市场化、场景多元化、竞争白热化的发展态势。在“双碳”目标引领下,我国“十四五”新能源发展进入快速规模化发展的新阶段。

油田新能源应用发展探究

新能源产业持续发展,各大油田相关业务不断增多,新能源与传统油气田生产融合的进程中,将会面临政策制度、技术科研、运维管理等突出难题,亟待解决。大庆油田新能源发展布局处于初期阶段,油气勘探开发、采收技术多领域共建已有一定进展。探究大庆油田风和光伏发电、地余热、CCUS等矿区新能源现状,剖析绿色低碳转型问题和面临的挑战,并提出了科学精准定位、统筹规划管理、人才技术创新、模式联控投资、多能互补提效等多维度的合理建议及对策,可有利促进油田新能源发展。

水风光蓄互补发电系统中风光容量配置研究

【目的】大力发展新能源,进行能源供给侧改革,是应对能源危机和生态环境问题的根本措施,有助于“双碳目标”的实现。调节性水电具有良好的调蓄能力,可以作为调节电源与风光电源联合运行,从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击,促进新能源集中上网消纳。但在如今大力发展清洁能源的背景下,仅靠常规水电站已无法调节规模巨大的风光发电。故考虑引入抽水蓄能电站,与常规水电站联合运行,构建水-风-光-蓄多能互补发电系统。【方法】基于研究区域亟需扩大风光发电规模的需求和互补发电系统并网过程中的弃风、弃光问题,从互补发电系统的配置容量和优化运行考虑,构建了多能互补发电系统容量配置的双层规划模型,外层模型以可接入风光规模最大和弃风光功率最小为目标函数,内层模型考虑了电源侧系统出力与电网负荷的匹配度,以源荷匹配度最大和系统在典型日售电收入最大为目标函数,分别采用粒子群算法和逐步优化算法对其进行优化求解。旨在获得系统可接入的风光资源的最优比例和容量配置。将该模型应用于金沙江上游川滇段清洁能源基地。【结果】结果显示:系统在有无抽蓄电站接入时接入风光规模的最佳比例均为0∶1。系统在接入抽蓄后,在弃风光率为0%的条件下,风光接入比例分别为1∶0、1∶1和1∶0时,相较于未接入抽蓄时,风光可接入规模分别提升了74%、68%和75%;在弃风光率为5%时,分别提升了52%、66%和65%;在弃风光率为10%时,分别提升了41%、60%和63%,均有大幅度提升。【结论】结果表明:系统应尽可能少地接入风电,尽可能多地接入光伏发电,且系统接入抽水蓄能电站后,抽蓄电站与常规水电联合运行,可充分发挥系统的调节能力,从而大幅度提升系统可接入的风光规模。同时在满足外层模型中互补发电系统中风光项目的容量最优的条件下,能够改善系统运行条件,使系统出力过程与负荷过程高度匹配,验证了研究方法与模型的有效性。研究成果可为水风光蓄互补发电系统的容量配置提供参考。

储能技术在新能源电力系统中的应用分析

随着国家“双碳”计划的稳步推进,新能源发电量占比不断增加。风/光发电等清洁能源发电技术日益受到重视,并大量应用于电能的实际生产中。然而,风、光等发电技术具有在物理分布上随机性、不确定性,以及大规模并入电力系统具有不稳定性等天然特点。储能技术作为解决该问题的有效手段之一,在工程实际中的重要性就日益显著。本文中,笔者旨在分析储能技术在新能源电力系统中的应用优势,归纳总结储能技术在新能源发电中的应用方法,从而说明储能技术在构建新型发电系统中的重要作用,并得出了新能源发电领域中储能技术的一般可行性方法。