张北柔性直流电网工程新能源与抽蓄电站配置方案运行经济性评估

为解决张家口地区大规模新能源的可靠送出和消纳、支撑绿色低碳冬奥,国家电网有限公司拟建设张北?500kV四端柔性直流电网示范工程。评估张北柔性直流电网工程在不同新能源和抽蓄电站配置方案下的运行经济性,对工程建设决策有着重要的意义。为满足计算精度及工程实用性的需要,提出一种基于时序生产模拟仿真的多端柔性直流电网运行经济性评估方法。以新能源最大化消纳为目标,考虑柔性直流电网传输安全、下网功率调峰需求、线路N-1安全运行、新能源与抽蓄电站互补运行、新能源限电率等约束条件,建立基于直流潮流的新能源与多端柔性直流电网混合运行优化模型。以张家口地区全年的新能源出力时间序列为输入,通过运行优化求解,得到张北柔性直流电网全年逐时段的上网和下网功率,核算在不同新能源和抽蓄电站配置方案下电网的运行成本和收益。采用工程经济学中常用的折现现金流的方式,开展方案的经济性评估,案例测试结果验证了所提方法的有效性。     

抽蓄电站和经多端柔性直流电网接入的大规模新能源间的协调互补优化控制方案

目前多端柔性直流电网多用于海上风电,但多端柔直本质上并不能抑制新能源出力波动。介绍了一种抽蓄电站和经多端柔性直流电网接入的大规模新能源间的协调互补优化控制方案。在网省调度中心设置控制主站,抽蓄电站内设置执行子站。主站担任主要数据分析、抽蓄电站有功调整指令发布等功能,并具备不同的控制模式。子站担任接收主站发布抽蓄电站有功调整指令,根据抽蓄电站内的实时运行工况,对每台机组的调速器发出实际执行指令。该系统主要用于解决跨区新能源消纳和风电光伏接入系统后对系统稳定性的影响,同时系统还具备应急功率波动控制功能,在华北电网出现大量功率缺额时提供紧急频率支援。仿真结果表明,协调互补优化控制方案能够有效地抑制新能源出力波动,降低新能源波动对华北电网的冲击,实现新能源的友好送出。     

含抽蓄电站与新能源发电的柔性直流系统日前优化调度方法

多端柔性高压直流输电技术可实现大规模可再生能源发电的多点汇集送出,通过接入和调控抽水蓄能(以下简称"抽蓄")电站可进一步平抑可再生能源出力波动、匹配负荷侧需求.针对含新能源发电和抽蓄电站的多端柔性直流系统,采用生成场景集方法建立了考虑新能源发电出力不确定性的日前随机优化调度模型.该模型详细考虑了定速与可变速抽蓄机组运行约束和抽蓄电站库容约束,同时包含了计及柔性直流电网有功损耗的潮流约束.通过对柔性直流电网潮流约束二阶锥松弛,将所建立模型转换为以期望运行费用最小为目标的混合整数二阶锥规划问题,可求解获得日前优化调度方案.以中国张北柔性直流示范工程为例进行仿真分析,验证了所提方法的有效性.     

含新能源接入的柔性直流电网启动策略及仿真

以新能源大规模接入为目标,以多端柔性直流输电技术为支撑,提出了一种用于汇集风能、太阳能等多种新能源的柔性直流电网拓扑。首先,设计了通用的直流电网启动策略,然后基于机电暂态计算结果为该直流网络设计了稳态运行工况,并针对性地模拟了直流线路单极接地故障、交流线路故障和风机大规模切除3种暂态运行工况。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建该直流电网模型,仿真验证了启动控制策略和稳态潮流分布,结合仿真波形对电网暂态特性进行了讨论和分析。     

张北柔性直流电网盈余功率问题的机理分析及控制方法

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入柔性直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起柔性直流电网的盈余功率,进而引发柔性直流电网的大面积瘫痪。首先分析了新能源电场孤岛接入的柔性直流电网的2类盈余功率问题的机理,进一步研究了通过控制方法解决盈余功率的方案,包括:通过附加换流站的控制策略限制流入直流电网的盈余功率、通过换流站和新能源机组协调配合速降新能源机组出力、通过交流母线分列运行防止故障极影响健全极、控制直流电网正常方式传输功率、切除可能导致系统失稳的换流器以及换流站与交流系统联网运行。通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真,对解决方案的理论分析进行测试,验证了理论分析的正确性。     

多端直流异步联网对区域电网灾变恢复的支撑

建立了双端柔性直流输电系统与交流电网异步联网的系统模型,提出了交流主网发生灾变事故后,多端直流电网对其进行负荷恢复功率支撑的策略。支撑功率受到了非故障区域电网输送容量,故障电网的可受电能力,直流线路过负荷能力,换流站的输送容量等限制条件的影响。在这些约束条件下,提出了直流功率支援的最大可输送容量,以保证主网重要负荷尽快恢复供电,加速故障电网的灾变恢复过程。通过仿真验证了提出的多端直流异步联网对区域电网灾变恢复的支撑策略的可行性。     

经柔直电网互联的含抽蓄的联合发电系统最大供电量计算

为充分利用风光发电能量,合理调度抽水蓄能电站,针对经柔直电网互联的风光蓄联合发电系统向远方负荷中心供电这一工程实际需求,提出基于日供电量最大的抽水蓄能发电优化调度模型及方法。采用最优潮流法计算受电区(负荷中心)全天的消纳极限。并以此极限为约束,同时考虑抽蓄电站库容与运行工况等限制,建立了抽蓄电站功率优化调度模型。提出的分段法与等效面积法显著提升了优化模型的计算速度。在某地风光蓄发电系统与柔直输电网架结构的基础上,用IEEE30节点系统模拟受端电网,建立仿真算例。比较了几种最大供电量计算方法的结果,验证了所提方法与模型的有效性。     

多端直流电网下垂控制及并行仿真方法

针对含大容量模块化多电平换流器的多端直流电网(modular multilevel converter based multi-terminal DC Grids,MMC-MTDC Grids)的建模仿真和运行控制,首先分析了采用半桥子模块的MMC戴维南等效建模方法,然后介绍了基于PSCAD/EMTDC的多端直流电网并行仿真方法。为了提高多端直流电网运行控制稳定性和可靠性,在多端直流电网运行控制方面提出了直流电压下垂控制。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了典型四端柔性直流电网并行仿真模型,仿真结果验证了本文所提多端直流电网下垂控制策略的有效性。     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。     

张北柔性直流电网盈余功率问题的耗能方法EI北大核心CSCD

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起直流电网的盈余功率,进而引发直流电网的大面积瘫痪。针对新能源电场孤岛方式接入直流电网的2类盈余功率问题,归纳了6种备选耗能方法。以直流可控耗能电阻、交流耗能避雷器、交流可控耗能电阻为例,对耗能方法展开理论分析,通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真验证了理论分析的正确性。结果表明,交流可控耗能电阻方法可较好地解决第1类和第2类盈余功率问题,是张北柔性直流电网工程盈余功率问题较优的解决方案。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

大规模新能源经张北柔直孤岛送出的虚拟频率研究

大规模新能源经柔性直流送出为解决新能源并网消纳提供了一种新的思路,但是在不加任何附加控制的情况下,新能源的有功波动会经过柔直全部传递到受端电网。为了解决新能源经柔直并网的有功波动问题,文中针对张家口地区的大规模新能源发电经张北柔直换流站孤岛送出系统的风电运行数据进行分析,得出该地的风电短时波动特性。同时在孤岛换流站的电压-频率(VF)控制基础上,设计换流站虚拟频率控制策略,与新能源发电一次调频(PFR)控制一起实现孤岛换流站的功率波动自主抑制功能。最后搭建大规模风电经单端柔性直流孤岛送出系统仿真平台,仿真结果证明,在风机运行状态正常的前提下设计的虚拟频率及一次调频控制方案可以,较好地实现孤岛换流站功率波动抑制。     

基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法

合理优化风/光/储容量配比是实现大规模区域电网新能源高效利用的基础.提出一种基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法.首先,考虑了新能源与储能的运行特性、装机容量、新能源弃电率、新能源发电量占比等约束条件,建立以全网新能源发电量最大为目标的多区域风/光装机容量优化模型,并通过引入系统负荷匹配偏差约束来保证系统...     

计及风、光、水能混合发电系统的建模与研究

提出了一种风光水混合发电系统,该系统包括风力发电、光伏发电、水力发电等子系统。在建立混合发电系统数学模型的基础上,分析了风光水抽水蓄能混合发电、风光互补抽水蓄能发电以及风光水简单混合发电3种运行方案的差异。通过实例仿真,对混合发电系统运行问题进行了探讨。仿真结果表明,风能、光能和水能互补性显著,可再生能源混合发电系统具有较大优势,抽水蓄能可解决电能生产与消费在时间上的不平衡问题。     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度策略

文章以风-光-柴-储系统为研究对象,为了研究新能源出力不确定性对该系统的影响,提出了一种新能源出力复合预测模型。为提高风-光-柴-储系统运行的经济性、环保性和安全性,提出了考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,并采用了带有Monte Carlo模拟的遗传算法对模型进行求解。文章采用了负荷缺失率(Load Loss Rate, LLR)和置信概率对系统的安全性进行评价,并分析了其对系统调度结果的影响。仿真结果表明,该文所提出的考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,可以降低新能源出力不确定性对系统的影响,且该方法可以有效平衡系统的经济性和安全性。     

典型高比例新能源地区电网采用柔性直流技术进行加强的方案设计方法

本文提出了典型高比例新能源地区电网采用柔性直流输电(VSC-HVDC)技术进行加强的方案设计方法和流程。结合高比例新能源地区电网的特征,首先分析了制约其安全稳定运行的3个主要因素;然后从加强电网安全稳定性的角度,以云南楚雄电网为例设计了采用VSC-HVDC的两种加强方案,进一步提炼出了高比例新能源地区电网采用VSC-HVDC进行加强的选址和定容方法,并且归纳了3个衡量VSC-HVDC加强方案优劣的技术性指标,分别是线路负载率、电压水平以及VSC接入点强度。计算结果表明,按照所提的方案设计方法,两种VSC-HVDC加强方案均能将过载严重的线路负载率降低至90%以下,很好地解决了新能源大发方式下电磁环网的线路过载问题;此外,采用VSC-HVDC技术对地区电网进行加强后,故障期间楚雄地区关键节点的电压水平提升了10%~19%,有效地提升了系统的电压水平。     

考虑可再生能源不确定性的风-光-储-蓄多时间尺度联合优化调度

提出一种计及可再生能源不确定性的风电、光伏、电化学储能和变速抽水蓄能电站多能互补协同的优化调度方法。考虑电化学储能和变速抽水蓄能电站的互补调节特性,建立风-光-储-蓄联合运行的多时间尺度调度架构。在日前调度阶段,考虑风电和光伏出力的相关性,生成基于生成式对抗网络和峰值密度聚类算法的日前风光联合出力典型场景,综合考虑风光出力的不确定性和抽水蓄能电站与电化学储能的容量特性,建立面向调峰需求的随机优化日前调度模型;在日内优化阶段,以最小化弃风弃光与电网备用电能为目标,构建变速抽水蓄能电站出力修正方法,制定电化学储能日内调度计划;在实时校正阶段,基于模型预测控制方法,以日内优化调度结果为参考,对电化学储能出力进行精确控制,最小化风光预测误差的影响。算例分析结果表明,所提方法可以有效减小电网负荷峰谷差,平抑风光联合出力波动,提升可再生能源消纳率。     

抽水蓄能助力风光稳定外送的最佳配置策略

跨区域、大规模的新能源电力输送是应对国内风光资源与负荷中心逆向分布特点与实现碳中和的必然要求,而风光出力固有的随机性、间歇性和波动性给新能源打捆稳定输送带来了挑战。水电具有的“电源+储能”的双重身份为平抑新能源波动、提升-风-光-水混合能源系统灵活性,以及促进新能源打捆外送提供了解决思路。以抽水蓄能为例,针对风-光-抽水蓄能混合能源系统,提出一种计及抽水蓄能电站运行功率约束、库容约束、进出水量约束的容量配置优化方法,旨在量化抽水蓄能对新能源打捆外送的助力效果,即确定单位抽水蓄能可支撑的新能源外送容量,构建并求解以最小化抽水蓄能投资成本为目标且满足各典型运行场景的容量规划模型。