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。     

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.     

储能在高占比可再生能源系统中的应用及关键技术

随着可再生清洁能源发电并网规模不断扩大、装机占比不断提高,电网的安全稳定运行受到挑战,储能系统作为提高电网接纳可再生能源发电能力的有效技术方案,可改善弃风、弃光等问题,提高电网运行稳定性。通过分析高占比可再生能源系统波动性及不确定性加深、系统运行方式多样化等基本特征,对储能在高占比可再生能源系统中的典型应用进行综述,并对储能用于提高可再生能源并网发电比例、改善系统稳定性的关键技术及发展趋势进行分析与探究。     

考虑灵活性需求的可再生能源出力特性指标体系

高比例可再生能源并网的电力系统中,可再生能源出力的波动性与不确定性会对电网运行造成较大的影响,因此需要建立出力特性指标体系描述其出力特性。首先基于历史数据建立描述新能源电站出力概率分布的指标,接着从电网供需平衡的角度建立源荷关系指标,引入了灵活性需求指标定量地描述高渗透率可再生能源并网后由于出力波动性对电网运行造成的影响,并提出了灵活性供给的思路;最后,以河北省沧州市南大港区域为例,进行了各类指标的计算。结果表明,所提出的指标体系计算方便,有明确的物理意义;所提灵活性供给思路能够减少系统的灵活性缺额,有利于电网安全运行。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

高比例可再生能源受端区域电网调峰的出力网际分配

随着我国可再生能源大规模并网,低谷调峰成为诸多高比例可再生能源受端区域电网运行的困难之一。通过区域电网直调机组网际出力分配可以缓解区域内各省网的调峰压力。建立了以省网负荷平稳性和区域直调机组收益最大化为优化目标的二次规划模型,引入价格杠杆和调峰压力系数,以协调各省网的调峰需求。在此基础上,考虑风电功率的不确定性,建立机会约束规划模型,通过蒙特卡洛模拟技术进行求解,验证不确定性和风险存在条件下,网际出力配置模型的有效性。华东直调系统简化算例的仿真结果表明,所提模型能够有效地解决高比例可再生能源受端电网的调峰难题。     

电网多时间尺度接纳可再生能源能力评估指标体系

以风光为代表的非水可再生能源发电出力具有波动性和随机性,这使得电网在日常调度中将风光发电出力视为负负荷,系统内风光比例的增多会增加不可控因素,使得电网接纳风光发电能力受到限制。限制因素包括电网调峰能力、电网调频能力、风光出力特性、负荷特性、电网外送通道等,构建电网接纳可再生能源能力评估指标可以反映电网的"饱和程度",为电力系统的规划运行提供参考和评价依据。根据影响电网接纳能力的多种因素构建多时间尺度的电网接纳可再生能源能力评估指标体系,分别从电网短期、中期和长期3个时间尺度,兼顾系统运行安全和经济因素,系统地评估电网接纳能力。通过指标量化值反映电网对不同比例的可再生能源的接纳程度。     

小水电富集电网的柔性直流异步联网方案研究

多特性小水电群大规模接入消纳是我国电网发展过程中亟待解决的问题。云南西部大规模小水电群集中送出地区存在弱阻尼区间振荡模式,是制约该地区电力送出的主要因素。为避免大规模小水电群引发全网的弱阻尼振荡,可通过柔性直流输电系统将小水电富集电网和主网进行异步联网,使参与因子最大的机群与主网机群形成电气隔离。以云南电网为背景,从经济性和降低直流系统故障概率的角度,设计了柔性直流背靠背异步联网方案;从优化小水电富集电网潮流分布的角度,设计了多端柔性直流异步联网方案。比较了2种方案对电网小扰动稳定性和小水电富集电网送出能力的提升效果。仿真结果表明:2种方案均可增强云南电网的小扰动稳定性,并有效提升小水电富集电网的送出能力。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

分频输电系统运行特性与控制策略综述

在中国“碳达峰、碳中和”目标的驱动下，电力系统向着低碳清洁、高效智能的方向发展。当大规模可再生能源接入电力系统后，现有电力网络出现了传输能力不足的问题。分频输电系统采用较低频率输送电能，相比同电压等级的工频系统，其线路输送能力得到大幅度提升，目前已经在包含中远距离海上风电，“沙戈荒”偏远地区陆上风电、光伏发电和大规模水电输送等在内的可再生能源高效汇集送出领域受到广泛关注。为此，首先介绍了分频输电的基本原理并概述了核心变频设备的运行特性。在高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备应用的“双高”背景下，进一步从系统稳态运行和故障穿越两个方面，综合阐述了“点对点”双端和多端互联分频输电系统的运行特性以及控制策略的典型设计方法。最后，就分频输电系统运行控制研究中需要进一步结合的输电频率经济性优选，小/大干扰系统稳定性分析和城市电网扩容改造等问题进行了展望。     

多端直流输电接入下的交直流混联系统电压稳定性研究综述

电流源型(voltage source converter,CSC)直流输电在远距离大功率输电方面技术成熟、经济性好,有利于跨区域电力资源优化配置;电压源型(voltage source converter,VSC)直流输电可控性好,适合大规模风电接入、弱区域互联、孤岛电力传输等场合。多端直流输电技术为多能源中心多负荷中心以及分布式风电等可再生能源的接入奠定了技术支持。CSC和VSC的换流器结构和控制策略不同,基于这2种类型换流器技术的多端直流输电稳态分析、暂态分析、优化控制等成为多端直流输电技术发展的重要研究课题。对国内外多端直流输电的应用背景进行了简介,对直流电网的拓扑结构、多端直流的潮流分析、暂态控制策略、换相失败以及交直流混联系统的电压稳定评估方法等技术进行了分析和总结,并对提高交直流混联系统电压稳定性的优化方法和紧急控制策略进行了分析,最后对多端直流输电技术的发展趋势、关键技术进行了讨论,对提高交直流电网的安全稳定性应对措施提出了建议。     

贵州西部可再生能源消纳及送出分析

本文分析了贵州西部地区已投产风电场和光伏电站历史出力特性,提出了在计算调峰平衡及地区外送能力校核时,不同运行方式下风电和光伏可利用容量选取。结合电网分区情况及运行方式,分析了贵州西部毕节奢香变供电地区、六盘水北部及威宁电网、黔西南及六盘水南部电网的可再生能源接纳能力。最后,针对"十三五"期间贵州西部大规模可再生能源的投产并网情况,缓解电力消纳及送出压力,从政策引导、可再生能源开发和电网建设等方面提出相关措施建议。     

基于多场景随机规划和MPC的冷热电联合系统协同优化

以包含可再生能源及多种分布式资源的区域冷热电联合系统为研究对象,针对风光和负荷的不确定性,提出多场景随机规划结合模型预测控制(MPC)的方法,建立多时间尺度协调优化模型,其中日前和日内尺度主要以运行经济性最优为目标,求解机组的运行及出力计划;实时尺度采用模型预测控制技术,以日内尺度经济调度结果为参考,通过反馈校正与滚动优化调整机组运行出力,实现机组出力的精确控制,消除可再生能源波动性影响,并进一步讨论了出力扰动对调度结果的影响。算例分析证明所提模型和方法能够有效消除不确定性和风光波动性的影响,实现多能源互补协调优化运行。     

“直流输电与直流电网”专栏征稿启事

正随着未来能源格局的深刻变化,传统的电力装备、电网结构和运行技术等面临着巨大的挑战,基于常规直流及柔性直流的多端直流输电和直流电网技术被认为是解决大规模可再生能源消纳问题的有效技术手段之。鉴于近年来已有许多学者投入大量精力研究直流输电及直流电网技术,我刊从2013年第9期起辟"直流输电与直流电网"专栏,集中刊登该领域的     

基于态势感知的电网消纳可再生能源发电评估与扩展规划方法

随着风电等出力具有不确定性的可再生能源大规模接入电网,电网规划将面对新的挑战。基于态势感知技术,提出了含高占比可再生能源的水平年电网规划方法。首先,在态势觉察阶段对考虑不确定性的可再生能源出力进行建模和时序出力模拟,并利用序贯蒙特卡洛模拟出机组、线路工作状态时序。其次,在态势理解阶段,利用考虑爬坡约束的多时段直流最优潮流对电网态势进行运行模拟。然后,通过态势呈现和预测阶段所提出的定量指标对规划水平年的电网态势进行展示,并分析电网的缺陷。最后,利用态势利导给出电网规划方案。算例仿真显示,该方法能够有效考虑可再生能源出力的不确定性,并定量给出现有电网运行态势的经济性、可再生能源消纳、线路利用率等指标;利用态势利导提出的电网规划方案能够有效降低电网总成本,提高电网的可再生能源消纳水平。     

基于有效出力曲线的最大风光装机容量评估

在可再生能源占比高的电网中,可再生能源的波动性和间歇性给电网带来较多不确定因素,增加了电网规划的难度。在中长期规划中,为确保电网可以承受并消纳持续增加的可再生能源,需要对电网的最大可再生能源装机容量进行评估。为此,提出一种基于全年同一时刻有效出力的风光消纳能力评估方法,以中长期规划为出发点,从调度层面计算电网最大风光装机容量。利用历史风光出力数据得出具有该地区特征的风光有效出力,并以此建立风光消纳最大化模型。采用某地区电网数据对模型进行验证,结果表明该模型在全年尺度上具有适应性,可准确反映电网消纳风光的能力。     

多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法

与传统交流电网相比,柔性直流电网具有较强优势,在可再生能源等多能源接入应用中引起了高度重视。为避免多端柔性直流电网中各子系统争夺电压控制权问题,提出了一种多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法。该方法利用柔性直流电网公共直流电压作为公共信息源,根据负载单元、可再生能源单元、储能单元和辅助供电单元的不同工况,分别由可再生能源单元、储能单元以及辅助供电单元独立地将公共直流电压控制在规定范围之内,实现电网电压稳定。通过Saber软件进行的仿真表明,所提方法能够有效控制多端柔性直流电网公共直流电压,维护系统功率平衡。     

储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析

储能可以缓解高比例可再生能源接入电网对电力系统规划、运行等带来的一系列影响。针对高比例可再生能源接入条件下大电网的频率控制问题,分别对储能在改善系统暂态频率稳定性以及改善系统一次和二次调频方面的价值,提出储能需求判据和容量配比分析方法。储能配置的大小与可再生能源接入比例、在线常规电源提供的转动惯量大小、系统暂态频率最低值等因素有关,针对高比例可再生能源引起的系统波动性问题,可以通过配置一定的储能跟踪系统净负荷1 min、10 min波动幅度,改善系统频率控制性能。     

计及需求响应和储能技术发展的未来区间电力流规模分析

区间电力流未来面临可再生能源比例升高,储能和需求响应技术发展、远距离输电经济性下降等机遇和挑战。首先介绍了区间电力流的发展与现状;然后考虑负荷和可再生能源出力的时序曲线、区域电网的电力平衡和现有互联通道,建立了以区间输电通道新增容量最小为目标函数的优化模型。最后,利用6个区域电网的预测数据进行了求解,结果表明应用需求响应和储能技术能有效削减区间输电通道新增容量需求,避免输电通道的过度建设,同时可以促进可再生能源消纳,在较高比例可再生能源场景下实现资源的优化配置。     

柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。