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高比例可再生能源新型电力系统长期规划综述

中国电机工程学报 2023年第2期43卷 555-580页

作者：黎博陈民铀钟海旺马子明刘东冉何钢输配电装备与系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400030 电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084 国家电力调度中心(国家电网) 北京市西城区100031 华北电力大学经济与管理学院北京市昌平区102206 工程与应用科学学院(纽约州立大学石溪分校) 美国纽约州11794

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该... 详细信息

大力发展风电、光伏等可再生能源是实现电力系统低碳转型的重要途径。由于可再生能源出力具有波动性与不确定性,为应对大规模可再生能源并网给电力系统长期规划带来的挑战,近年来相关研究成果不断推出。为全面综述该领域的研究现状,该文首先分析新型电力系统的主要技术特征,然后,从能源供应的经济–政策不确定性与低碳转型带来的能源供应安全两个方面分析新型电力系统长期规划模型所面临的挑战。并从长期不确定性、短期不确定性、电力系统充裕性、电力系统安全性4个方面,综述当前新型电力系统长期规划研究成果,分析其中需要关注的重点、难点问题。最后,对新型电力系统长期规划模型的构建与应用进行总结与展望。

关键词：电力系统长期规划新型电力系统高比例可再生能源充裕性与安全性分析时空分辨率

高比例可再生能源接入下与配电系统分层协同的输电系统自适应规划

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电网技术 2022年第8期46卷 3105-3114页

作者：刘佳唐早曾平良李亚楼吴秋伟区域能源互联网技术浙江省工程实验室(杭州电子科技大学) 浙江省杭州市310018 浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 丹麦科技大学电气工程系电力与能源中心丹麦灵比2800

分布式可再生能源在配电系统层面的广泛接入使得配电系统具有了类似于输电系统的主动调节能力,输配电系统间的潮流也变得更加灵活双向。为充分利用输配电系统间的互补协调能力,该文提出一种面向未来高比例可再生能源场景的与配电系统相... 详细信息

分布式可再生能源在配电系统层面的广泛接入使得配电系统具有了类似于输电系统的主动调节能力,输配电系统间的潮流也变得更加灵活双向。为充分利用输配电系统间的互补协调能力,该文提出一种面向未来高比例可再生能源场景的与配电系统相协同的输电系统灵活规划方法。该协同优化框架为一双层结构:上层进行输电系统扩展规划,下层进行配电系统运行模拟。上层模型传递节点边际电价给下层模型,下层模型反馈购售电协议给上层模型,并采用分段线性化、大M法实现模型的线性转化。利用强对偶理论将原双层问题转化为单层等价形式,进而实现商业化软件的有效求解。针对搭建的高比例可再生能源输配电系统,通过算例对比分析验证了所提方法的有效性,并进一步分析了输配电系统参数对规划结果的灵敏度影响。

关键词：输电系统规划配电系统运行高比例可再生能源双层协同优化强对偶理论

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高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

电力建设 2022年第11期43卷 108-121页

作者：和萍宫智杰靳浩然董杰云磊郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州市450002

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分... 详细信息

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。

关键词：高比例可再生能源电力系统调峰调峰资源需求侧

高比例可再生能源背景下考虑储能系统价值的储-输多阶段联合规划

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高电压技术 2021年第3期47卷 983-992页

作者：孙伟卿刘唯裴亮向威李宏仲上海理工大学机械工程学院上海200093 上海电力大学电气工程学院上海200090

高比例可再生能源是未来电力系统的一种新常态。储能因具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力,而成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术。为了实现储能与电网联合规划中资源效用的最大化,首先考虑储能的运行特... 详细信息

高比例可再生能源是未来电力系统的一种新常态。储能因具有将电能的生产和消费从时间和空间上分隔开来的能力,而成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术。为了实现储能与电网联合规划中资源效用的最大化,首先考虑储能的运行特性,运用系统价值评估理论分析了储能在电网规划和运行层面的系统价值。其次,考虑电网规划周期内投资成本、系统运行成本、储能系统价值以及固定资产折旧,建立了以经济性最优为目标的储能与输电网联合规划模型。最后,以改进的Garver-6节点系统对所提模型和方法进行了验证,并与传统线路规划方案进行对比。研究发现,在一定场景下储-输联合规划可实现规划和运行层面多种服务价值,其综合经济效益优于单纯的线路规划。研究结果可为未来储-输联合规划的发展提供参考。

关键词：高比例可再生能源储能系统价值储-输联合规划多阶段规划规划层面运行层面

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高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性评估

山东大学学报（工学版） 2022年第5期52卷 123-131,140页

作者：鉴庆之孙东磊王超凡刘晓明刘冬孙毅孙媛媛国网山东省电力公司经济技术研究院山东济南250021 山东大学电气工程学院山东济南250061

为建立一种新型的电力系统灵活性评估方法,实现高比例可再生能源电网的消纳及调峰灵活性的综合量化分析,在电力系统灵活性理论的基础上,将可再生能源的消纳情况纳入灵活性评估的范畴,提出以系统功率供需平衡为核心的高比例可再生能源电... 详细信息

为建立一种新型的电力系统灵活性评估方法,实现高比例可再生能源电网的消纳及调峰灵活性的综合量化分析,在电力系统灵活性理论的基础上,将可再生能源的消纳情况纳入灵活性评估的范畴,提出以系统功率供需平衡为核心的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性理论和分析方法。结合不同的可再生能源出力曲线,分析可再生能源接入对系统调峰灵活性的影响机理;基于系统总体的功率过剩和灵活性资源实时的爬坡能力不足情况,从可再生能源消纳灵活性和系统调峰灵活性两个方面构建评估指标;基于某含高比例可再生能源区域电网的实际数据设置算例,对所评估系统的灵活性盈余以及灵活性不足情况进行定量计算,并以可再生能源和储能机组装机量为变量进行工况区分,分析不同影响因素下系统灵活性的变化。算例表明,随可再生能源机组容量的增大,系统的调峰和消纳灵活性均有所降低,但随着储能机组接入容量的增加,高比例可再生能源造成的功率波动与消纳问题得以有效解决,系统调峰及消纳灵活性均有所提高,验证了本研究所提出的高比例可再生能源电网消纳及调峰灵活性综合评估体系的有效性。

关键词：高比例可再生能源功率供需平衡调峰及消纳灵活性功率过剩爬坡能力

高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

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电力系统自动化 2021年第10期45卷 174-183页

作者：陈亦平卓映君刘映尚管霖卢操肖亮中国南方电网电力调度控制中心广东省广州市510663 华南理工大学电力学院广东省广州市510640

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战。近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达... 详细信息

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战。近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达系统低频减载的频率阈值。文中从典型FFR资源、辅助服务产品设计、市场交易和应用实例等几方面总结了国外FFR市场开展现状。结合中国电网应对未来低惯性系统的调频需求,阐述了FFR技术的研究趋势,并为中国FFR市场建设提出了建议和展望。

关键词：高比例可再生能源频率控制系统惯量频率变化率快速频率响应

高比例可再生能源电力系统的黑启动服务定价方法

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电力系统自动化 2020年第21期44卷 145-155页

作者：刘艳叶茂顾雪平张慧李松蕊华北电力大学电气与电子工程学院河北省保定市071003 电子科技大学中山学院机电工程学院广东省中山市528402 国网正定县供电公司河北省石家庄市050800 南方电网昆明供电公司云南省昆明市650000

高比例可再生能源电力系统具有较高的大停电风险,有必要提出公平、公正的黑启动服务定价方法来激励电厂提供优质黑启动服务。首先,基于部分新能源电厂已具备黑启动能力这一事实,探讨了将新能源电厂纳入统一的黑启动服务定价中的可行性;... 详细信息

高比例可再生能源电力系统具有较高的大停电风险,有必要提出公平、公正的黑启动服务定价方法来激励电厂提供优质黑启动服务。首先,基于部分新能源电厂已具备黑启动能力这一事实,探讨了将新能源电厂纳入统一的黑启动服务定价中的可行性;其次,综合考虑影响电源黑启动价值的各个因素,提出较为公平、完备的黑启动价值评估函数,进而得到了适用于各类黑启动电源的黑启动服务两部制定价方法;最后,通过对比不同电源的黑启动服务费,剖析了定价结果的实际涵义,并简要分析了该定价方法的激励作用。所提方法可使中国现行的黑启动服务定价方法变得更加精细、有据、全面。

关键词：黑启动服务黑启动价值两部制定价定价方法高比例可再生能源

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

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电力系统自动化 2021年第9期45卷 171-191页

作者：卓振宇张宁谢小荣李浩志康重庆电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革。文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段... 详细信息

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革。文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段的特征。结合这一领域的研究成果,全面解析了高比例可再生能源电力系统发展过程中将出现的挑战,分析了电力系统消纳高比例可再生能源的一系列技术解决方案,对各项技术的基本原理、经济成本与发展前景进行了分析和比较。研究表明,高比例可再生能源并网将面临一系列技术挑战,而每项关键技术仅能解决其中一部分问题。这些技术在未来高比例可再生能源电力系统中的应用不仅取决于其技术有效性,还取决于其经济性以及与其他技术的互补性。中国未来实现高比例可再生能源电力系统的形态与发展路径取决于各项关键技术的相对发展步伐及其耦合影响。

关键词：高比例可再生能源可再生能源渗透率发展路径技术经济性

高比例可再生能源电力系统的灵活性市场机制设计研究

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高比例可再生能源电力系统的灵活性市场机制设计研究

作者：杨炯君华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

电力系统脱碳是我国“双碳”目标实现的一个关键环节。在未来,高比例的可再生能源接入电力系统将成为必然趋势。风电光伏等可再生能源的发电出力具有间歇性、波动性和随机性等特点,同时我国电力现货市场仍在建设当中,导致传统的发电计... 详细信息

电力系统脱碳是我国“双碳”目标实现的一个关键环节。在未来,高比例的可再生能源接入电力系统将成为必然趋势。风电光伏等可再生能源的发电出力具有间歇性、波动性和随机性等特点,同时我国电力现货市场仍在建设当中,导致传统的发电计划调度模式正在经受双重挑战。在此情况下,为保障电力的时刻安全稳定供应,电力系统的灵活性需求将出现大幅提升。为满足新形势下的电力系统灵活性需求,除改变发用电模式、研发新技术之外,对电力市场机制进行修改和完善,充分释放现有资源的灵活性潜力,也是一种有效提升系统灵活性的解决方式。本文首先对灵活性电力市场相关参与主体的收益构成进行分析,其次对当前灵活性电力市场相关的机制和流程进行梳理,明确市场参与主体在不同市场中的交易方式和交易流程,及其分别提供了何种服务并获得了何种收益。其次对高比例可再生能源电力系统的特征进行分析,分析高比例可再生能源电力系统的基本特征,电力系统中的灵活性资源,以及高比例可再生能源接入对电力现货市场价格产生的影响等。之后基于高比例可再生能源接入电力系统产生的较短时间尺度灵活性需求,提出了一种灵活性产品,并设计了配套的灵活性产品市场机制。本文所提出的灵活性产品及其市场机制,既能有效衡量市场参与主体在平衡系统供需波动时所体现出的灵活性价值,又能与现行电力市场机制形成较好衔接。本文选取火电机组和储能电站作为灵活性产品的提供主体,在全额消纳风光可再生能源电力的基础上,以系统综合成本最小为目标,建立了考虑灵活性产品成本和环境成本的电力系统经济调度模型。针对不同情景下的可再生能源出力削减,进行日内的短期时序模拟,从而检验该灵活性产品及其市场机制对于向上灵活性调节能力的提供及其成本收益。研究结果表明,在灵活性产品市场发展的初期和成熟期,本文所提出的灵活性产品和相关市场机制均可满足对电力系统灵活性需求的有效提供。随着电力系统可再生能源渗透率的提升,火电机组中灵活性调节能力较强的灵活性改造煤电机组和燃气机组能更好地适应未来高比例可再生能源电力系统的灵活性需求,因此对煤电机组进行灵活性改造可有效提升系统灵活性调节能力。储能电站提供灵活性产品的效果则取决于储能的成本以及充放电倍率与负荷波动速率的协调。灵活性产品及其市场机制的提出,有助于以煤电为主的火电机组定位向灵活调节型和容量保障型资源的转变,也有助于储能通过提供新型辅助服务参与电力市场,创造新的商业模式。

关键词：高比例可再生能源电力系统灵活性市场机制爬坡辅助服务