以新能源为主体的新型电力系统建设研究

2021年3月15日召开的中央财经委第九次会议中,提出从新能源出发进行新型电力系统建设的构想。新型电力系统的构建,在助力“双碳”目标实现与能源转型中,属于不可或缺的关键支撑,原本以化石能源为主的系统替换为可再生能源,且在控制能源总量时以化石能源效能作为参照,通过电力体制的改革助力新型电力系统的构建。为加快电力系统快速实现低碳转型,提高电力能源利用率并减少能源消耗,文章以新能源为主体,研究了新型电力系统的建设。

基于PEM电解槽的风氢耦合系统能量管理研究

构建包含永磁同步直驱风电机组、质子交换膜电解槽、高压储氢罐、氢燃料电池耦合于交流母线的风氢耦合一体化系统。依照各单元自身物理约束条件及典型运行场景模式,提出一种包含9种运行工况的风氢耦合能量管理策略,使分散式风电与负荷需求之间的功率差值能完全被PEM电解槽与燃料电池消纳或补偿,保证分散式风电系统功率动态平衡。仿真结果表明,所提能量管理策略能有效协调分散式风电与制氢电解槽和负荷间功率流动,保证风氢耦合一体化系统多时间尺度下协同稳定运行。

含UDE附加阻尼支路的构网型直驱永磁同步风电机组次同步振荡抑制策略

针对构网型直驱永磁同步风电机组在弱电网下的次同步振荡问题,该文提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的附加阻尼支路振荡抑制策略。首先,网侧变流器采用虚拟同步机(VSG)技术,并基于谐波线性化理论建立了网侧变流器序阻抗模型;其次,深入分析引入电压电流双闭环控制对弱电网下构网型直驱永磁同步风电机组产生次同步振荡的影响特性,提出了电流环引入UDE附加阻尼支路的振荡抑制策略,并基于UDE的附加阻尼控制采用滤波带宽思想对系统扰动进行估计,通过动态电压补偿方式实现阻尼支撑,可有效抑制次同步振荡,提升系统鲁棒性;最后,通过时域仿真验证了所提振荡抑制方法的有效性。

分散式风-氢用户群集成区域共享储能容量优化配置

针对分散式风力发电多用户群的风-氢-热耦合系统,引入区域共享储能协调方案。以区域共享储能日运行收益最高为上层目标,以分散式风电用户群日运行成本最低为下层目标,建立双层规划模型。上层通过区域共享储能容量优化配置,减少储能投建成本,提升储能的利用率;下层通过分散式风电与电负荷、热负荷、制氢储能的多元互动及区域共享储能服务,优化风-氢耦合系统运行的可靠性、经济性与灵活性。在Matlab软件环境下对内蒙古某分散式多用户群风-氢-热-储系统进行仿真建模与算法高效求解,研究结果表明,在分散式风电用户群间引入区域共享储能可有效降低储能的初始投资,提高系统整体经济性。

储能MPC平抑分散式风电并网功率波动策略研究

针对分散式风力发电随机性及季节不均衡性导致的并网功率波动问题,提出基于模型预测控制的风储联合运行策略,以并网功率波动最小、储能出力最优及能量损耗最小为目标构建风储一体化运行模型,利用Matlab二次规划求解风电并网功率和储能输出功率;考虑到储能荷电状态的约束,采用模型预测控制算法优化电池储能充放电功率,实时滚动优化风储并网功率,保持储能SOC维持在合理的范围内,减少电池越限次数。算例基于内蒙古某分散式风电场全年实测录波数据,选取四季典型场景集分析1和10 min不同时间尺度下风电场输出功率与并网功率的最优解;仿真结果表明所提方法能够按照风电输出特性实时优化储能充放电,降低风电并网功率波动,提高风储联合系统的经济运行。

新能源企业绿色竞争力的提升途径探讨

建设生态文明关乎人类未来,世界经济朝向更加绿色的方向迈进,绿色发展被国家定调为现阶段我国经济社会发展的基本理念,体现了绿色发展是经济社会发展规律的必然要求。围绕绿色的竞争将是企业间竞争新的方向和手段,绿色也是企业参与国际间经济合作的前提之一。绿色发展要求绿色的能源,在当今能源结构逐渐向低碳化演变的背景下,新能源作为绿色能源的主体,更应清晰地阐释其绿色价值并筑牢企业的绿色竞争力,并为全产业的绿色发展奠定基础。本文在分析新能源企业在全生命周期视角下的绿色化需求、绿色的内涵、构成企业绿色竞争力核心要素的基础上,提出了新能源企业提升绿色竞争力的若干途径并指明了其现实意义。

考虑新能源预测准确性的实时峰谷电价调度研究

日前发电计划将新能源预测功率或乘系数后预测功率处理,未对适应边界进行求解。文章将负荷和新能源拟合等效负荷,通过最优划分聚类算法划分峰谷时段,通过将任意时段作峰电价和不同火电机组开机方式检验失负荷风险时新能源预测功率准确性概率,检验是否符合新能源功率预测准确性要求;通过将任意时段作谷电价结合该火电机组开机方式对应新能源限电率;此外分析新能源功率预测准确适应性,通过某地区电网实际算例验证有效性。

基于自适应控制的风光制储氢协调运行策略研究

针对清洁能源制氢系统规模大、结构复杂及多能源多时间耦合的特点,充分考虑光伏、风电等可再生能源随机性和间歇性所导致的功率波动问题,以及电解槽和储能动态响应特性所导致的系统各环节响应时间差异问题,设计一套风光制储氢综合系统。结合绿电-绿氢经济运行手段,利用自适应控制算法,形成适用于“风光制储氢”的经济安全运行模式,通过仿真分析可知,该模式下风光制储氢综合系统可以安全运行,并具备较为良好的运行效果。

单芯电缆分段长度的影响因素分析

对于长度大于1000 m的长距离单芯电缆线路工程,延长单芯电缆的分段长度,减少电缆中间接头数量,可以提高工程的经济性,增加线路运行的可靠性,但单芯电缆分段长度受到各种影响的因素。从单芯电缆的感应电压制约因素、运输条件制约因素2个方面分析了其最大分段长度的可行性。研究表明:对于长距离(>1000 m)的单芯电缆线路工程,当电缆金属护层采用交叉互联接地时,感应电压(允许值50 V)已不再是制约因素,电缆分段长度制约因素主要是允许运输长度。长度大于1000 m的长距离单芯电缆分段长度可以按照电缆允许运输长度来进行设计,但还是需要考虑外界因素的影响。

基于卸荷电路和无功优先控制的永磁同步风力发电机组低电压穿越研究

为了改善2 MW二极管中点箝位式双三电平变流器直驱式永磁同步风力机组(PMSG)的低电压穿越(LVRT)性能,提出了新的稳态时单位功率因数控制、电网暂态故障时无功优先、有功受限复合控制策略。采用定量模拟的方法,对电网电压深度跌落时采用卸荷电路和改进控制策略实现风电机组低电压穿越进行了仿真研究。结合现场运行数据对内蒙古某风场永磁直驱式风电机组主要参数进行了数据处理和分析,并依据最新的风电场接入电力系统技术规定标准对该机组进行了低电压穿越现场测试。结果表明,卸荷电路和改进无功优先控制方式均可实现直驱式风电系统的低电压穿越运行,有功、无功的动态解耦和直流母线电压稳定控制,向电网发出友好型清洁电能。后者可向电网提供360 k VA的稳定无功支持,更有利于辅助电网电压的恢复和提升机组的低电压穿越能力。

全钒液流电池-超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究

为了平抑2 MW直驱式永磁同步风力机组的功率波动,提出了新型的全钒液流电池-超级电容混合储能系统。对基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统进行了分析,然后对全钒液流电池和超级电容的等效电路模型、充放电特性、协调控制策略进行了研究。采用双向DC/DC变换器进行混合储能系统的能量管理,并对其协调控制策略进行了研究。建立了三电平直驱式永磁同步风电系统及混合储能系统的仿真模型,对直驱式风电机组运行特性进行仿真验证。结果表明:采用现场采集风速数据导入仿真模型,在风功率波动较大时,混合储能系统能够平滑风电系统输出功率波动,稳态时风力发电机出力基本稳定在1.25 MW,提高了风电系统的可控性和电网友好性。

采用全钒液流电池储能的UDVR提升DFIG-LVRT能力研究

为了提升双馈电机(DFIG)风电系统柔性故障穿越(FFRT)能力,提出了采用全钒液流电池(VRB)储能的三单相不间断动态电压恢复器(UDVR)应对策略。对电网电压不平衡时DFIG转子侧变换器和网侧变换器暂态特性进行了理论分析,对全钒液流电池充放电特性进行了仿真分析,对单相UDVR的工作原理、矢量关系及其控制策略进行了研究。建立了基于VRB储能的UDVR改进DFIG风电系统故障穿越能力仿真模型。采用正常运行时UDVR旁路备用,电网故障时UDVR进行电压补偿的方式,验证了DFIG-FFRT特性。结果表明:对于严重的电网对称和不对称故障情况,UDVR可向电网注入补偿电压,整个暂态过程机组向电网注入了友好型绿色能源,提升了DFIG机组无超调FFRT运行能力。

不同下垫面垂直风切变特征对比

利用中国西北、北方东部和南方地区的10个测风塔风速资料,研究了不同区域风切变的特征及差异.结果表明,西北、北方东部和南方垂直风切变存在明显的年变化和日变化,秋冬季大、春夏季小;夜间大,白天小;风切变的年变化和日变化与边界层稳定度的年变化、日变化有关.风切变的大小与下垫面有关,下垫面平缓地区风切变比较小,地形起伏大的地区风切变比较大.海滨地区的垂直风切变值明显大于内陆.

采用VRB-UDVR提升1 MW光伏发电系统柔性故障穿越能力的仿真研究

为改善1 MW光伏发电系统(PVG)柔性故障穿越(FFRT)能力,提出了基于全钒液流电池(VRB)储能的三相解耦型不间断动态电压恢复器(UDVR)拓扑结构。在对并网型PVG系统、VRB的等效电路模型和充放电特性、双向DC/DC变换器小信号数学模型和UDVR的工作原理进行理论分析的基础上,建立了VRB储能三相解耦UDVR与2路500 k W PVG并网系统仿真模型。PVG正常运行时UDVR处于旁路备用,检测到公共耦合点(PCC)电压故障时UDVR投入运行。依据国家最新光伏电站并网技术标准中规定的最严重电压故障边界条件,设计了6类代表性电网对称/不对称跌落/骤升故障工况,分别对投入UDVR时PVG系统的运行特性进行了深入分析。结果表明:针对各类PCC电压故障,三相解耦型UDVR均可灵活地向电网注入相应的补偿电压,维持了负荷端电压稳定,在宽电压故障范围实现了1 MW PVG系统FFRT运行。

复杂地形条件下风速插值研究——以吉林省为例

以ARCGIS为平台,利用吉林省1∶25万DEM数据,土地利用数据和气象台站资料,在Kriging插值的基础上,综合考虑下垫面、海拔高度、坡度、坡向和坡位等地形要素对风速的影响,对吉林省的冬季风风速分布进行模拟。研究结果表明,基于地形因子的风速校正有效提高了风速插值的精度,可以作为风速插值方法的有效补充,实现复杂地形条件下风速的精确模拟。

风电场布机优化分析

随着风电行业的快速发展,早期建设的部分风电场由于没有准确的风资源评估环节导致发电量低于预期,影响项目投资收益,对风电项目开发产生了很大隐患;而通过现场测风和对测风数据处理、拟合、评估,结合数字地形图开展风电场风机点位布置及优化,可以达到提高发电量,降低尾流损失,提高风机排布效率的目的。利用风资源评估软件WASP对拟开发区域进行风机点位优化分析,明显提高了风电场风机点位排布效率,结合一个布机优化实例分析提出了一种机位点选址流程对提高微观选址工作效率和准确性有重要指导作用。

基于DVR的风电机组低电压穿越仿真研究

文章提出了基于三单相结构动态电压恢复器(DVR)的风力发电低电压穿越(LVRT)方案。当电网电压发生跌落时,通过串联接入DVR来产生补偿电压,从而维持风电机组定子端电压的恒定。该方案是风力发电与电能质量的有效结合,充分利用了DVR在较短的时间内较强的电压补偿能力。仿真结果表明,该方案有效地抑制了转子侧暂态电流的蹿升,并及时将电网电压恢复到额定值,表现出了良好的低电压穿越能力。

基于SVPWM的直驱永磁同步风电系统GS-NSC研究

九开关变换器可实现直驱永磁同步风电机组并网运行及电压补偿功能。文章采用空间矢量脉宽调制方法,提高了九开关变换器直流电压利用率,对网侧九开关变换器(Grid-Side Nine Switch Converter,GS-NSC)的控制策略进行了改进。通过设计多种并网点电压故障工况,对直驱永磁同步风电系统的运行特性进行分析,仿真结果表明,网侧九开关变换器在非正常工况下可维持风电系统输出电压稳定,优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复,实现风电系统的故障穿越运行。

双级锂电池-超级电容混合储能的协调控制及功率分配

为平抑直驱式永磁同步风电机组功率波动,文章采用双级锂电池-超级电容混合储能的分层控制策略。首先,通过双向DC/DC变换器控制各储能单元充、放电;其次,将混合储能系统分为协调管理层和功率优化层,协调管理层充分利用锂电池和超级电容优势互补,功率优化层以锂电池荷电状态和最大充、放电功率为约束,建立锂电池功率分配策略及充、放电模式切换;最后,将实测风速数据导入仿真模型,并对比单级锂电池系统的充、放电次数。仿真结果表明,文章所提混合储能系统分层控制策略可很好地实现平滑风电系统出力,且减少了锂电池的充、放电次数,延长锂电池的使用寿命。

风浪联合作用下多台浮式风机的数值模拟

以3台串列排布的NREL-5 MW半潜式浮式风机为研究对象,采用FAST.Farm软件对其进行全耦合仿真,通过设定不同风浪联合作用的工况,分析不同风浪联合作用下多台浮式风机的发电功率以及载荷变化情况。结果表明:在湍流风和不规则波联合作用下,当实际风速低于额定风速时,下游风机在上游风机尾流干扰下致使发电功率和载荷波动较大;当实际风速大于或等于额定风速时,下游风机的发电功率和载荷波动较小,基本不受上游风机的尾流干扰。结果验证了浮式风机更适合深海高风浪区域,可为今后建立深海海上风电场提供参考。