新能源电力系统

6月30日，针对新能源高出力的电网运行方式，中国电力科学研究院有限公司国家电网仿真中心电力系统全数字实时仿真装置（ADPSS）仿真团队开展了高比例新能源电力系统安全稳定分析试验。仿真团队开展了全网不同运行方式下的故障扫描，并根据扫描结果找到影响新能源电量消纳的主要因素。

针对新能源大规模并网下，因系统惯量低、调频备用不足导致的系统运行安全问题，提出了考虑风机惯量支撑及有功备用的新能源电力系统优化调度模型。首先，建立实时风速下风机参与系统惯量支撑响应的风机惯量模型及风机降载出力的有功备用模型；然后，构建了两阶段随机鲁棒优化调度模型，以总运行成本最小为目标，采用列与约束生成算法求解两阶段模型；最后，以改进的IEEE-RTS 24节点系统为算例进行分析，结果表明，所提优化调度模型的总成本较低且弃风弃光量较少。

本项目结合科研项目和规划实践经验，自主研发了适应规划、运行模拟到效益评估等不同应用场景的全场景电力规划运行决策平台，以多区域电源与电力流优化系统GESP和全景电力系统运行模拟分析系统NEOS为核心，以技术经济评价为特色，在支撑政府决策、电网发展和科学研究层面取得了良好的实践应用效果，通过长期迭代测试和实践应用，GESP和NEOS已达到较为实用和成熟的水平，直接应用于国家工程院重大战略咨询专项“电力碳达峰碳中和路径研究”、能源局中长期核电发展规划、储能技术发展趋势研究等重大决策研究分析，并支撑国家电网公司“十三五”、“十四五”电网规划，NEOS集成入新能源云平台在27家省公司新能源消纳滚动分析方面实现常态化应用，产学研用全环节应用效果显著。依托该项目累计公开发表高水平论文22篇，论著1篇，获得专利授权7项，专利受理5项，软件著作权4项，项目整体成果具有较强的创新性和广阔的实践应用价值，得到包括院士在内的鉴定专家高度评价，认为项目总体达到国际先进水平，在高比例新能源电力系统全景运行模拟、多区域电源与电力流优化规划模型及方法方面达到国际领先水平。

随着高比例新能源接入电网，新能源出力和负荷的波动性及不确定性对系统的灵活爬坡能力提出更高的要求。提出了一种面向灵活爬坡服务的针对高比例新能源电力系统中常规发电机组、储能、柔性负荷等可调节资源的优化调度模型。首先，提出一种考虑日前预测净负荷不确定性的灵活爬坡需求估计方法，根据爬坡起始和结束时刻净负荷及其安全裕度，量化估计电力系统灵活爬坡需求。其次，基于生成的净负荷不确定性场景，提出了考虑系统灵活爬坡需求的基于两阶段混合整数线性规划的可调节资源优化调度模型，从日前-实时两个阶段实现可调节资源的优化调度。最后，基于IEEE-RTS-24节点系统，在4种典型方案场景下对比验证所提优化调度模型。结果表明所提模型能有效提升系统灵活性，降低系统运行成本。

科学革命的本质是范式转换，将此基本科学哲学观点应用于能源革命，“碳达峰、碳中和”目标下，能源革命的本质是发展范式的转换，即由从低能量密度向高能量密度转型升级的范式，由低环保向高环保的能源利用范式转换。在能源发展范式转换下，传统电力系统将逐渐呈现高比例新能源电力系统特征，系统面临经济性、安全稳定水平、充裕度下降，发展空间受限等危机，且原有电源集约化、电网等级高压化、同步电网扩大化规则构成的规模化发展范式无法化解危机。原有范式失效，规则逐渐松弛，分布式电源、微电网、大容量储能等发展要素驱动下的技术创新模式的转变将会引导建立新的发展范式，新的发展范式下建立的电力系统即为新型电力系统。

传动系统是双馈风电机组的重要组成部分，其模型对电力系统同步稳定及频率稳定分析具有重要影响，准确的传动系统模型参数是分析新能源电力系统动态特性的前提。为解决因大扰动量测信息不充裕导致模型参数难以辨识的困难，提出利用机组正常运行状态时随机小扰动激励下丰富的历史响应数据，根据响应数据与模型参数的对应关系构建神经网络模型，并根据当前响应数据进行驱动系统模型参数预测。首先讨论了基于BP神经网络进行数据建模的基本流程；针对含双馈风电机组的无穷大系统仿真算例，提取随机风速扰动下响应信号受扰轨迹的功率谱特征；定义功率谱灵敏度指标，提出选取功率谱灵敏度较大的参数作为重点参数；最后基于BP神经网络构建响应信号功率谱与模型参数之间的非线性映射，基于训练得到的BP网络辨识新响应下的模型参数。通过分析BP神经网络动态模型的误差，验证数据驱动建模方法的可行性。

为解决高比例新能源的接入给电网安全稳定性带来的潜在威胁，采用综合评价法实现新能源电力系统安全性评估和薄弱系统辨识，提供更加全面的系统安全运行决策参考信息。首先，建立新能源电力系统安全性评价指标体系，其次，分别采用决策实验与评价实验室(decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)法与反熵权法计算指标的主客观权重；第三，依据相对熵思想计算综合权重；最后，以改进的IEEE-118母线不同渗透率新能源电力系统为参考，采用多准则妥协解排序法(Više-Kriterijumska Optimizacija I Kompromisno Rešenje，VIKOR)进行综合评估与优劣排列分析和灵敏度验证。不同新能源渗透率电力系统安全性排序为：10 %>40 %>20 %>30 %>50 %，其评估结果可在实际工程中参考应用。

为减轻振荡对新能源电力系统的冲击，有必要在线评估系统稳定状态并定位系统振荡薄弱点，提前采取措施。为此，分别从端口频域特性和时域响应角度提出两种新能源电力系统振荡薄弱点定位方法。频域方法基于新能源场站端口阻抗特性评估系统稳定状态，并根据各新能源场站端口阻抗实部的大小定位薄弱场站。时域方法通过主动注入宽频小扰动信号，利用HHT（希尔伯特-黄变换）分析各新能源场站端口电流响应，提取薄弱模态的阻尼比，根据阻尼比大小定位薄弱场站。以三个风电场构成的小型新能源系统为例，对上述两种定位方法的有效性进行验证，结果表明两种方法均能准确定位系统振荡的薄弱点。

8月28日，湖北电力科学研究院技术专家曹侃、宿磊在湖北省新型电力系统及农村能源体系构建技术实验室开展实时数据仿真测试。该实验室搭建了新能源电力系统数字仿真区、交直流混合微电网试验平台等，是国网湖北省电力有限公司打造的重要科技创新平台。

高比例新能源电力系统的惯量支撑能力弱、随机波动性强，电网频率质量难以得到保障。引入不同品类调频资源共同参与自动发电控制(automatic generation control, AGC)是应对上述问题的有效手段，但这也要求AGC指令分配能够适配不同品类资源的差异化调节特性。对此，提出面向多源协调互济的AGC指令两阶段分配方法。首先，将不同资源分别安排至与自身调节特性相匹配的超前分配阶段和实时分配阶段。其次，在实时分配阶段提出基于资源调节优先级的AGC指令分配策略，根据不同品类资源的调节特性以及电网频率状况对资源调节优先级进行设定，以互补利用各类资源的调节优势。然后，在超前分配阶段，建立优化分配模型以实现不同品类资源的协调最优利用。同时，嵌入与资源剩余调节裕度相关的惩罚项，以保障资源持续调节能力。最后，基于电网实际数据的算例仿真验证了所提方法的有效性。