可再生能源发电对实时电价的影响分析——德国电力现货市场的数据实证

电力现货市场实时交易可充分发挥市场调节作用,促进可再生能源消纳。基于数据实证分析可再生能源发电对实时电价的影响,对理解现货市场运行规律、开展市场成熟度评价等具有重要参考价值。选取德国电力现货市场开展数据实证,收集发电量、负荷量、预测误差、价格等多因素数据,基于时间序列特征表示方法,研究可再生能源发电对实时电价的影响。首先,使用特征表示方法将时间序列时域模型转化为特征向量。然后,采用贪婪向前特征选择算法提取关键特征,最大化因素间差异。接着,分别基于全部特征和关键特征讨论了多因素间的相关性,并构建了影响机理网络图。实证结果表明德国电力现货市场实时电价主要受到风力发电量预测误差影响,因素间相关性主要来自时间序列的傅里叶变换、小波变换、离散符号化等特征。最后,通过中德电力现货市场的定量对比,指出中国广东电力市场实时电价更易受新能源发电量而非预测误差的影响。     

新能源极端出力特性及典型电力电量平衡场景研究

随着新能源发电占比的增加,电力系统的电力电量平衡呈现不确定性强、电力过剩/短缺交替出现等特征,给电力系统的供电可靠性带来了严重的影响。基于新能源出力实际运行特性和未来电源发展趋势,研究了含水电的新型电力系统的典型电源结构场景,并以此为基础,建立了电力电量平衡量化分析模型。通过算例结果量化了未来新能源发展场景下的典型电力电量平衡场景及系统灵活调节能力的需求,分析了新能源极端低/高出力对电力平衡的影响。研究可为我国新型电力系统构建提供决策参考。     

德国电力工业近况

分析影响德国电力工业发展的因素,近两年全国用电量,发电量,电厂容量以及发电能源构成的变化,介绍德国与邻国间电力交换的现状,德国公用电网的年最高负荷和电力平衡,还提以１９９７－２００２年间电厂建筑的计划,电价变化情况等。     

特约主编寄语EI北大核心CSCD

在“双碳”目标驱动下,以风电和太阳能发电为主的新能源将在安全可靠前提下逐步替代传统电源,向电力和电量的主体电源方向发展。新能源发电具有输出功率随机性、波动性,并网控制灵活性、快速性等特点。在占比较低的阶段,新能源仅作为贡献清洁电力的辅助电源,电力可靠供应和电力系统稳定运行仍由传统电源承担。随着占比的提升和角色的改变,新能源发电迫切需要降低运行不确定度,具备传统电源的电压和频率控制能力,确保电力系统的安全稳定运行。因此,如何提升新能源发电可靠供电能力和稳定运行能力,实现安全可靠替代传统电源,是新能源发电技术的最新前沿和技术制高点。     

特约主编寄语EI北大核心CSCD

近年来,我国以风电和光伏为代表的新能源发电持续快速增长,致使电力系统中的电源结构发生深刻变化,可以预见,未来以风电、光伏为代表的新能源将成为电力系统的主要电源。电力系统故障特征与电源特性紧密相关,与常规能源电源相比,新能源电源在控制策略作用下故障特性差异显著,同时,为更加友好地满足电力系统运行的需求。     

高比例新能源电力系统演化进程中核电与新能源协调发展策略

核能与新能源作为非化石能源的重要组成部分,对于中国构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有举足轻重的作用。随着大规模间歇式新能源接入电力系统,电网的安全稳定运行面临巨大挑战,核电出力稳定、转动惯量大,可为高比例新能源接入的电力系统提供必要的电力、电量和转动惯量支撑。针对高比例新能源电力系统演化进程中核电、新能源及其他电源的协调发展问题,统筹考虑系统规划与运行层面的相互影响,基于电力系统规划软件GESP及电力系统随机生产模拟软件GridView,建立一套完整的分析模型,提出中国未来核电与新能源的合理发展规模和布局;考虑核电与其他电源以不同方式参与电网调峰对新能源消纳及系统运行经济性等方面的影响,提出促进核电与新能源协调运行的策略建议,为促进中国核电与新能源有序健康发展、深入推动能源转型提供决策支撑。     

德国关停核电前后保供应促消纳经验分析

4月15日,在俄乌冲突危机仍未解除的情况下,德国如期关停核电。截至目前,德国供电安全并未受到明显影响,主要得益于裕度较高的常规电源、灵活的调节能力、坚强高效的跨国电网、相对完善的电力市场、高水平的可再生能源预测技术和监控手段。德国电力系统初步完成了“高比例可再生能源渗透+电网运行灵活稳定+电力市场化定价”的目标,但高成本高电价也给德国带来了一定的负担。为此,以德国为例开展研究分析,提出了中国能源转型过程中保障电力安全可靠供应、促进可再生能源高比例消纳的相关建议。     

特约主编寄语

<正>在“双碳目标”驱动下，以风电和太阳能发电为主的新能源将在安全可靠前提下逐步替代传统电源，向电力和电量的主体电源方向发展。新能源发电具有输出功率随机性、波动性，并网控制灵活性、快速性等特点。在占比较低的阶段，新能源仅作为贡献清洁电力的辅助电源，电力可靠供应和电力系统稳定运行仍由传统电源承担。随着占比的提升和角色的改变，新能源发电迫切需要降低运行不确定度，具备传统电源的电压和频率控制能力，     

关于新型电力系统部分特点的思考

新型电力系统建设是我国电力行业的重大转型,其需求来源于经济社会发展,其实现依赖于电力系统运行机理的改进。从近10年电力系统的发展历程和阶段性目标分析出发,基于“双碳”目标,对新型电力系统的电源构成、特点及运行模式进行逆向推理和分析,进而分析新运行模式下的部分关键技术需求。指出：为了实现“双碳”目标,电力系统电源构成必须进行巨大调整,特别是在2030年之后;在新型电力系统中,发电侧将以新能源为主体,用户侧将出现大量产销者并呈现大量分布自治的形态,能源互联网将成为新型电力系统的基础支撑,电网调度将主要基于市场化机制实现;新型电力系统的建设在电力电量平衡、系统安全、有源配用电网管控、新能源发电和并网、电力交易和调度等方面迫切需要相关创新技术的支撑。     

新型电力系统体系下新能源发展态势及市场化消纳研究

新型电力系统的电源侧与负荷侧形态均发生深刻变化，电力系统呈现极高的复杂性、耦合性和不确定性。面对上述挑战，需要及早研究新能源发展态势、市场化消纳及构建新型电力系统技术需求。聚焦国内外新能源发展态势，重点总结了新能源并网调度运行、市场化消纳和主动支撑能力建设的关键点和难点，并结合新型电力系统技术架构对新能源发展前沿进行分析研判，力图明晰新型电力系统体系下新能源发展技术需求，助力能源绿色低碳发展。     

基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法及其应用

随着中国风电、光伏等新能源高速发展,不断提高电力系统新能源消纳水平、降低弃风、弃光电量成为电网调度机构面临的重大挑战。新能源年度消纳能力计算是提前预估电网新能源消纳空间、优化年度运行方式安排、做好新能源消纳工作的关键环节。分析了新能源消纳能力计算的研究现状,提出了基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法,建立了含机组启停机约束的混合整数规划模型,开发了新能源生产模拟仿真软件,并基于2015年一季度实际数据验证分析,证明了所提方法和模型的准确性和适应性,在开展新能源富集的“三北”地区年度消纳能力计算实际案例研究的基础上提出了相关建议。     

促进新能源消纳的电力交易偏差结算补偿机制

随着新能源参与市场交易的比例不断扩大,由于其波动性强、预测准确度低等特性,引起新能源电厂基数电量分配不均、合同电量滚动到年底仍无法结算等问题,使得设计新能源电厂参与电力市场交易偏差结算机制尤为关键。文中立足新能源参与电力交易现状,提出新能源替代利益补偿办法。首先,基于结算日新能源电厂实际发电量减去事前合同电量,按机组装机容量确定基数电量。然后,针对市场中各电厂参与交易的电量和电价,确定新能源电厂结算综合单价,核定超发电厂对少发电厂的经济补偿。最后,通过具体算例得出该方法可以使得市场份额高的电厂获得高利润,同时,按月结算电费保证了交易合同的执行力。     

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。     

基于预测控制的多种新能源互补电力系统动态调度模型

为了解决多种新能源互补运行时的消纳困难,以及降低新能源夜间波动造成电压频繁越限的问题,提出了一种基于预测控制的多种新能源互补电力系统动态调度模型。首先分析了光伏发电和风力发电的时间性,以及用户生活和生产用电短期内环比波动较小的特征,利用改进自适应阈值隶属度的小波滤波方法对光伏、风力发电历史数据进行去噪,以实现数据真实性还原;然后将去噪后的数据输入到改进的差分整合移动平均自回归模型中,对未来一段时间的发电量和用电量进行预测;将预测发电量、用电量作为分解原函数和扩增函数,改进同步型交替方向乘子法（synchronous alternating direction method of multipliers,SADMM）;最后,通过将各时段预测的新能源发电量作为下一次迭代计算值的固定值,对SADMM进行迭代值修正,达到动态经济调度的目的。实验结果表明,该模型有效降低了91%的电压越限告警,并且经济性较传统方法提高了5%。     

国外低碳电力系统发展现状及经验启示

目前世界各国高度重视低碳发展,电力系统包含一次能源向二次能源的转换及输配和使用,其低碳发展备受瞩目。建设低碳电力系统,不仅要实现现有化石燃料发电机组的减排,从长远来看,还要以可再生能源等清洁能源为主要依托实现电力系统的低碳发展。我国可再生能源并网发电面临诸多问题,因此,文章选取了几个低碳电源发电量超过本国电量70%的国家进行分析,并结合我国新能源和可再生能源并网发电实情提出适用的低碳发展战略。     

基于系统动力学模型的可再生能源消纳保障机制效果模拟

为了研究我国当前可再生能源消纳保障机制与电力市场的协同关系,构建了关于消纳量市场与可再生能源电力市场的系统动力学模型,分析了给定条件下不同消纳量权重制定方案对消纳量市场、可再生能源装机增长以及市场电价的影响。以云南省非水可再生能源为算例的模拟研究表明,可再生能源消纳保障机制实施以后,非水可再生能源消纳量市场及电量市场对不同的政策情景反应不同,但可再生能源消纳量和电量的价格都能够在经历一定时期的波动后回复到平衡状态,使可再生能源装机增长率维持稳定,推动可再生能源装机容量的提升。     

构建适应可再生能源资源特点的新型电力体系

从节能减排、重构能源供应体系出发,阐述了可再生能源在未来能源体系中的作用,分析了可再生能源发展面临的主要制约因素,提出构建适应可再生能源资源特点的新型电力系统主要措施,强调构建新型电力系统既要保障电力系统的安全可靠运行,又要充分发挥可再生新能源清洁环保的作用,推动能源体系由以石化能源为主向以可再生能源为主的转变。     

适应发电权交易的可再生能源有功控制策略

针对电力市场环境下的可再生能源发电权交易模式,提出了一种适应发电权交易的可再生能源有功控制策略。首先,可再生能源发电控制通过跟踪火电机组的下旋转备用,实现电网调峰责任共担,并提出可再生能源场站限电状态准确判别方法。然后,采用发电权分级控制与基于实时发电能力再分配的精确控制策略,实现可再生能源场站发电权交易电量的合理执行,并保证了可再生能源发电指标的最大化利用。宁夏电网的运行实践结果表明了所提控制策略在可再生能源消纳、发电权交易及广义联络线控制等方面的有效性。     

新型电力系统背景下可再生能源参与电力市场交易策略研究

随着可再生能源接入比例和规模的扩大，可再生能源参与电力市场交易，多维度协同消纳正逐渐成为可再生能源并网发展趋势。从源荷两侧选取可再生能源场站、传统发电企业、电网企业等典型电力市场交易参与方，建立多方交易策略模型。利用合作型协同进化遗传算法求解纳什均衡，对各参与方的成本收益进行效益分析，为典型电力市场交易场景的多方交易策略模型的建立提供基础。通过算例计算分析表明，风电商与电动汽车用户联合组成虚拟电厂，参与电力市场交易所获得的利润比其单独参与电力市场的利润高出27.5%，说明虚拟电厂在充分利用风电资源的同时，还能调用电动汽车电源存储能力，创造更大的经济价值，具有更强的市场竞争力。