抵御换相失败的新型IGCT直流混合换相换流器

基于电网换相换流器的常规直流输电技术是远距离大容量输电的首选方案,但其换相失败问题严重威胁直流多落点电网安全稳定运行。由于晶闸管固有的半控特性,已有方法难以显著降低换相失败风险。文章提出一种新型的基于集成门极换流可关断晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)的混合换相换流器,实现具有主动换流特点的新型换流原理,有效抵御换相失败,提升多直流馈入电网的安全稳定水平。该文在换相失败机理分析的基础上,提出了新型IGCT直流混合换相换流器的拓扑结构、核心器件机理分析,提出了相对应的抵御换相失败的新型换流开关一体化工作方式,并最终,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真中验证了换流机理,搭建了20 kV级样机并通过实验验证了所提出混合换相换流器的有效性和正确性。

面向省级新型电力系统的发展评价方法及目标形态研究

新型电力系统是一个涉及经济、社会、环境各环节多维度耦合因素的复杂物理系统,为支撑各省、各地区新型电力系统协同发展和科学构建,亟需一种新的手段全面地评价各省新型电力系统发展水平,指导优化发展路径。围绕新型电力系统“是什么”“怎么建”等关键难点,构建了新型电力系统量化评价方法,搭建了3大维度、5个方面、24项指标的三级评价指标体系模型,并总结提炼省级新型电力系统发展的典型目标形态,最后以福建为案例开展了省级新型电力系统评价应用,并介绍了福建构建“三大三先”省级高质量发展示范电网的举措和路径,可为各地区推进能源转型和电网发展提供参考。

新型电力系统源网设备典型外部灾害防治挑战与展望

随着“双碳”目标的提出,构建风光新能源迅速发展的新型电力系统成为国家战略。目前,新型电力系统受覆冰、山火、雷击等外部灾害影响严重,新型电力系统外部灾害防治技术研究迫在眉睫。本文分析了几种典型新型电力系统外部灾害风险,探讨了特高压地线覆冰、特高压输电线路附近山火、配网雷击、风机覆冰与雷击、光伏防灾以及储能电池火灾几类新型电力系统外部灾害问题及相应灾害防治技术研究现状,展望了新型电力系统外部灾害防治技术未来发展趋势,以期为新型电力系统外部灾害防治提供研究思路。

煤电与新能源技术现状及协同发展路径

在实现“双碳”目标的大背景下,中国正加速构建以新能源为主体的新型电力系统。尽管如此,燃煤发电作为电力系统安全稳定运行的压舱石,依然在保障中国能源安全方面扮演着基础和兜底的重要角色。燃煤发电与新能源发电并非对立关系,而是需要协同推进,实现煤电转型与新能源发展的双赢局面。为了促进新型电力系统的安全稳定,该文从煤电转型、新能源发电稳定运行和煤电与新能源耦合技术3个方面系统且深入地探讨了当前煤电与新能源协同发展相关领域的研究现状与挑战。最后,提出一个煤电与新能源深度融合的新型能源系统,旨在为低碳、经济、安全稳定的新型电力系统建设提供一定参考。

新型电力系统下新一代煤电发展路径

推动新一代燃煤发电(简称“煤电”)的升级,是实现我国“双碳”目标并加快构建新型电力系统的关键举措,关乎能源安全和能源转型的全局。文中系统梳理了新型电力系统构建中的主要挑战,结合国内外煤电发展现状,对煤电的功能定位进行深入分析,提出了新一代煤电的主要发展思路与路径,包括灵活发电、高效发电、低碳发电和智能发电。具体探讨了深度调峰,快速调峰,加权平均综合供电煤耗评价,生物质、绿氨、绿氢掺烧,煤电与CCS/CCUS耦合,智能运行控制,智能化建模等未来发展方向,并列举了新一代煤电的关键技术。最后,建议在大力发展新能源的同时,增强煤电在电力系统中的支撑与调节功能,遵循“增容减量”原则,推动科技创新与体制机制改革,以实现新一代煤电的高质量发展。该文旨在为我国新型电力系统的构建与煤电转型升级提供理论依据和策略指导。

高速公路绿色能源系统体系架构初探

高速公路为我国工业化与城镇化的推进做出重要贡献,能源系统支撑高速公路履行位移使命,与之而来的巨大碳排放量、环境污染等负面效应亦愈发凸显。当前高速公路能源系统的运行严重依赖于大电网,可再生能源渗透率低,部分偏远地区能源可及性差,粗排放、非协同增长方式难以满足高速公路的安全、高效、绿色与智能用能要求。在此背景下,能源交通融合发展成为践行“交通强国”战略和“30·60”双碳战略的必然选择。本文首先分析现有高速公路能源系统的不足之处,结合能源互联网和综合能源系统理念,提出建设高速公路绿色能源系统,以充分发挥高速公路自身的资源禀赋优势;接着建立高速公路绿色能源系统体系架构,用以指导系统构建;进而基于实际运行需要,综合技术研究现状与难点探讨,从需求、功能、技术、物理四个层面进行体系架构解析;然后分析了高速公路绿色能源系统建设涉及的两个科学问题;最后对高速公路绿色能源系统未来的研究重点做出展望。

考虑长期气候变化和极端天气影响的新型电力系统充裕性评估研究

近年来极端天气事件发生频次高、影响范围广,极大威胁了电力系统充裕供应。首先,该文基于最新全球气候模式数据与区域降尺度方法分别获取中排放情景SSP245和高排放情景SSP585下,2060年我国各省所在网格逐小时的风速和光辐照度,并转换为逐小时风速和光伏出力。然后,根据持续低出力天气判据提取构建极端天气场景,分析了不同极端天气的时空分布特征。最后该文结合充裕性评估方法,对我国31省实证算例展开分析,评估了多种持续低出力场景对2060年我国电力系统供需充裕性的影响。

固体氧化物电池技术及其在新型电力系统中的应用前景

双碳目标下,我国将氢能纳入终端能源体系,与电力协同互补,未来将成为终端能源消费主体。燃料电池高效可靠发电与可再生能源规模化电解制氢技术,是目前迫切需要突破的核心技术环节。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)具有全固态陶瓷结构、燃料适应性强、发电效率高、模块化运行,在大型电站、分布式发电、小型家用热电联产等固定式电力领域具有很好的应用前景,在目前以煤电为主的发电结构以及未来可再生能源高占比的新型电力系统中都可以保障电力系统的稳定性和可靠性。固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)电解制氢技术效率高,能耗低,不需要贵金属,还能够转化利用CO_(2),实现碳循环,是未来重要的电解制氢发展方向,在电力过剩的时候可以实现储能应用同时耦合能源化工。发展基于固体氧化物电池(SOFC+SOEC)的能源高效转化与存储技术,可以为建设新型电力系统奠定技术基础,同时有利于优化能源结构、带动产业转型升级,推动能源低碳绿色革命。

新型电力系统背景下微电网技术研究与发展

随着我国能源结构的转型和“双碳”战略目标的提出,新能源和新型负荷的大规模接入对电力系统提出了新的挑战和要求。微电网作为配电网侧源网荷储资源集成的新技术形态,以其清洁高效、灵活智能等特征,在新型电力系统构建中展现出了重要价值。该文在新型电力系统背景下,全面阐述了微电网技术的发展现状和未来趋势。首先,分析了新型电力系统的构建与微电网的关系,探讨了微电网的起源、功能定位和核心价值;其次,深入研究了微电网系列关键技术,包括规划设计、运行控制、能量管理、系统装备、建模仿真及综合评价等;结合新型电力系统发展需要及微电网的技术特征,探讨了未来微电网发展场景和功能定位,最后总结微电网的核心技术价值,旨在为微电网技术的持续创新和应用提供参考。

特高压直流输电技术发展现状与思考

随着国家能源清洁低碳转型和新型电力系统加快建设,针对未来沙戈荒地区新能源和西部水电基地高效汇集与可靠外送,提升电网支撑能力,适应直流集中接入地区可靠运行等发展需求,结合功率半导体器件技术进步,新型换流设备创新研究与应用实践情况,对不同路线换流器的直流输电技术在系统适应性、可行性、可靠性和经济性等方面开展对比分析。首先,分析了特高压直流输电技术发展需求,总结了直流换流技术最新进展;然后,从应用场景、可靠性、系统支撑能力、技术成熟度等方面,进行了各类换流技术对比,并开展特高压直流新技术风险分析探讨;最后,从确定技术路线、选择设计方案方面提出了特高压直流方案选择要求,并给出直流换流技术发展建议。

电力数字孪生研究综述及发展展望

作为支撑新型电力系统构建的最重要使能技术之一,数字孪生受到了国内外学术界和工业界的广泛关注。文中总结介绍了数字孪生的基本概念、关键技术和电力数字孪生生态体系,提出电力数字孪生研究和应用的三种模式,围绕三种模式,对电力数字孪生的国内外研究成果进行了综述,并对国内外工程应用现状进行了分析总结,最后分析了电力数字孪生的发展前景和面临的挑战。

当今核能发展的机遇与挑战

碳达峰、碳中和目标的提出对我国核能发展提出新的要求,如何正确理解核能在未来新型能源体系下扮演的角色和作用,是当今核能行业需要迫切回答的问题。该文面向“双碳”目标下我国新型能源系统建设需求,分析核能发展的必要性和面临的挑战,指出核能因其技术成熟、供热稳定、绿色环保等优点,是实现以风能、太阳能为基础的新型电力系统的安全稳定基荷电源,发展核能是助推实现“双碳”目标的重要举措之一,是历史的必然选择。同时,文章指出发展核能所要面临的一系列挑战,为我国建设核能产业、助力双碳目标实现提供思路和方向。

储能变流器功率模块散热系统的性能提升研究

功率模块作为储能变流器的功率变换核心组成部分,在运行过程中会产生大量的热量,优良的散热是保证设备可靠运行的关键。通过数值模拟和实验验证的方法对储能变流器功率模块散热系统的性能提升进行研究。运用数值分析方法对比7种系统变量的换热性能提升效果,提取最佳参数组合,创建优化模型。结果表明,散热器的散热性能是影响系统散热性能的主要因素。在本文的计算工况内,优化模型相比于原始模型的散热优化度最大为13%,热源最高温度降低6℃。通过建立1:1的实验模型对优化模型进行性能提升验证,结果表明散热优化度为11%,热源最高温度降低4℃,验证了优化模型的散热性能提升效果。

月球微电网——深空探测综合能源基地

针对月球科研站能源供需特点,提出具有“五强”技术特征、“五高”供应能力的月球数智化高可靠微电网综合能源基地蓝图,明确了以直流为主交流为辅的混合微电网基本形态、以电氢耦合为基本能量转换形式的“电-氢-氧-热-水”综合能源基地的建设愿景,并在地球建立全域、全态、全时数字孪生系统,支撑其安全稳定、高质高效运行。月球微电网综合能源基地建设是一项全局性、复杂性和开创性的系统工程,创新提出兆瓦级月球微电网电源结构、储能形式、网架形态以及系统拓扑结构、运行模式,提出基于月球科研站用能需求的三阶段发展设想,为我国深空探测能源供给提供全套解决方案。基于新质生产力形成的新供给,提出加强前沿技术、颠覆性技术多路径探索和交叉融合,尽早开展月球微电网综合能源基地研究的建议。月球微电网综合能源基地将有力促进地球新型电力系统的建设和发展。

新型电力系统的内涵、特征及关键技术

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,构建以新能源为主体的新型电力系统成为我国构建新发展格局、全面助力能源革命的重中之重。该文分析当前我国的能源、电力现状及挑战,厘清我国能源转型总体思路,多角度对比新型电力系统概念认知情况,并剖析其发展和实施现状。然后,从大系统运行视角对新型电力系统的内涵做出进一步解读和阐述,提出“多源互补、源网协同、供需互动、灵活智能”的新型电力系统特征,并对其中六项关键技术的定义、技术和工程应用现状、发展前景和趋势等进行探讨。该文分析可为我国新型电力系统建设提供新颖解读和有益指导。

新型电力系统形态特征与关键技术

新型电力系统建设是电力系统全面转型升级的重大机遇。为深化贯彻落实习近平总书记“构建新型电力系统”的重大决策,需要尽快统一电力全行业思想,形成推动能源电力转型的强大合力,构建清洁低碳安全高效的能源体系。该文从技术层面出发,以我国重大需求为牵引,调研和分析世界各国和我国电力系统的发展现状,指出构建新型电力系统面临的技术挑战。明确新型电力系统的核心内涵和特征,并提出未来5~15年我国需要重点支持和发展的关键技术,以及需要前瞻培育的技术。提出我国构建新型电力系统的主要策略和实施方案,旨在推动国家层面制定新型电力系统发展战略,明确阶段性目标任务,并为国家在电力行业的科研布局和规划提供决策依据。

面向新能源消纳的长短周期混合储能关键技术及展望

大规模新能源的接入对新型电力系统电力电量平衡能力提出了更高的要求,对储能的需求呈现显著的多时间尺度特征,长短周期混合储能能够结合短周期储能和长周期储能的优势,将成为支撑新型电力系统低碳发展和安全可靠运行的核心调节资源。文中首先从系统优化配置、协同控制和能量管理3个方面回顾了混合储能技术在能源系统应用中的关键技术,探讨其在实现新能源消纳和解决能源供需平衡方面的潜力;然后,介绍了长短周期混合储能项目工程实践情况,实证了混合储能技术在支撑新型电力系统运行的核心支撑作用;最后,结合未来新能源消纳存在的问题与新型电力系统的发展方向,对长短周期混合储能技术研究的发展趋势与技术路线进行了展望。

面向新型电力系统的直流输电换流器统一拓扑架构

新型电力系统对直流输电技术提出了更高需求。该文首先介绍了直流输电的发展历程,并基于新型电力系统发展带来的挑战分析了常规直流输电和柔性直流输电两类技术的优势和不足。为此,从换流器拓扑入手,突破同构串联和异构并联两种常见拓扑架构,以晶闸管换流器和模块化多电平换流器为基础,提出了面向新型电力系统的异构串联型换流器统一拓扑架构。从运行区间、无闭锁故障穿越等技术性能和经济性、易实现性等工程应用角度综合对比分析了多种结构的换流器,证明了异构串联型换流器的优越性。最后,介绍了异构串联拓扑架构的两种具体应用,指出了未来发展方向。

大容量高压级联储能系统分型融合控制方法

储能的规模化应用为可再生能源高占比的新型电力系统提供重要支撑。高压级联储能系统将电池布置于级联H桥模块直流侧,是提高储能设备单机容量的有效手段。储能变流器控制方式包括跟网型控制和构网型控制两类,其中跟网型控制功率响应快速,但在弱网中易振荡失稳;构网型控制具有主动支撑能力,但存在强网适应性问题。该文提出了分型融合控制方法,实现了跟网特性与构网特性的柔性融合和灵活调节,提高了高压级联储能系统的电网强度适应性。通过仿真分析验证了所提控制方法的实用性与有效性。

新型电力系统建设与水电创新发展

构建新型电力系统是实现碳达峰碳中和的关键举措,水电在新型电力系统建设中将扮演越来越重要的角色。该文研究新型电力系统的特征与内涵,提出水电具有稳定器、调节器、放大器三大作用。在总结我国水电发展成就基础上,提出未来水电发展方向及研究重点。创新提出兼具跨流域调水和电力储能双重功能的新型抽水蓄能理念,设计基于新型抽蓄的西部调水工程。最后,以水风光基地开发外送为重点,提出新型电力系统构建的总体格局和新型直流外送系统方案。