风光发电

基于阻抗的建模与分析方法是目前分析和解决新能源并网宽频带振荡问题的有效工具之一。集中开发远距离输送是中国新能源开发利用的重要形式，在新能源基地的发电装备中，风光发电装备的阻抗模型已经较为完善，但是现有汽轮发电机组的宽频带阻抗模型均存在一定的简化，不能完整地反映汽轮发电机组的宽频带阻抗特性。基于频域小信号建模方法，建立了计及原动机、调速器、励磁系统、轴系和同步机的汽轮发电机宽频阻抗模型，在Matlab/Simulink中建立了汽轮发电机的仿真模型，通过扫频验证了所提模型的正确性，分析了不同环节对阻抗的影响，最后以汽轮发电机组经串联补偿装置并网系统为例，验证了所提模型在次/超同步振荡问题分析上的有效性。

为提高含高比例新能源主动配电网的故障恢复可靠性，提出一种基于改进萤火虫算法的两阶段故障恢复策略。首先构建了风光储系统模型，减少了风光发电的不确定性对故障恢复的影响；第一阶段采用先广度后深度的组合算法对故障后的配电网进行孤岛划分，该组合算法充分考虑了负荷时变性及用户侧需求，保证了重要负荷被优先恢复；第二阶段采用改进萤火虫算法对配电网重构进行求解，最大限度地保证恢复供电，同时尽可能地减少网络损耗；最后以IEEE33节点配电网作为算例仿真，结果表明所提故障恢复策略能够得到配电网故障恢复最优方案，同时满足负荷用户侧需求，保证重要负荷不断电，提高供电恢复率，降低配电网故障后网损，验证了所述方法的有效性和优越性。

采用风光发电全直流离网制氢总体技术方案，将风光发电通过中压直流技术输送至化工园区。通过碱性电解槽和质子交换膜电解槽混合配置进行制氢，作为负载消纳可再生能源。通过储能、电解槽阵列优化运行策略和能量管理系统，使负荷与波动性风光出力匹配，实现整个系统稳定、经济运行。

为提高含高比例新能源主动配电网的故障恢复可靠性，提出一种基于改进萤火虫算法的两阶段故障恢复策略。首先构建了风光储系统模型，减少了风光发电的不确定性对故障恢复的影响；第一阶段采用先广度后深度的组合算法对故障后的配电网进行孤岛划分，该组合算法充分考虑了负荷时变性及用户侧需求，保证了重要负荷被优先恢复；第二阶段采用改进萤火虫算法对配电网重构进行求解，最大限度地保证恢复供电，同时尽可能地减少网络损耗；最后以IEEE33节点配电网作为算例仿真，结果表明所提故障恢复策略能够得到配电网故障恢复最优方案，同时满足负荷用户侧需求，保证重要负荷不断电，提高供电恢复率，降低配电网故障后网损，验证了所述方法的有效性和优越性。

为了提升可再生能源利用率和分布式电热氢系统的经济性和环保性，从风光发电的强波动性和多类型电解槽的差异化特征出发，建立了多类型电解槽统一模型，提出了考虑多类型电解槽差异化特征的分布式电热氢系统优化设计方法，综合利用碱性电解槽、质子交换膜电解槽以及固体氧化物电解槽在经济性、灵活性和高效性方面的差异，分别消纳不同波动特征的可再生能源。算例结果表明，该方法能够综合利用多类型电解槽的差异化特征，使多类型电解槽的运行灵活性与风光出力波动相匹配，综合提升分布式电热氢系统的经济性和环保性。

1～4月辽宁风光发电新增装机容量219.17万千瓦，超过2022年全年风光发电新增装机容量总和，5月19日，随着辽宁朝阳220千伏陈杖子风电场并网发电，辽宁风光发电装机容量突破2000万千瓦。今年前4个月，辽宁风光发电新增装机容量219.17万千瓦，超过2022年全年风光发电新增装机容量的总和。

在能源基金会支持下，清华大学碳中和研究院、环境学院联合相关研究机构、行业协会、头部企业，针对风能、光伏和光热发电的关键问题与发展路径开展系统研究，并牵头撰写了《中国碳中和目标下的风光技术展望》报告，以期为未来电力系统的绿色与低碳发展提供数据支持与相关建议，为实现“双碳”目标提供支撑。本报告强调了中国在可再生能源技术创新和制造领域的关键地位。详细梳理了风电技术、光伏技术和光热技术的发展概况、关键技术与产业链发展现状和趋势，介绍“风光+”技术的发展模式及示范案例，并提出政策发展建议。报告指出，“风光+”技术的出现将推动风光能源的高质量发展，催生出更加强大和可持续的能源体系。风力发电、光伏发电和光热发电的相互协同作用，将不仅使可再生能源发展更为多样化，而且有助于提高其整体稳定性与可靠性。报告站在全球气候变化与中国生态文明建设的关键节点，提出了风光可持续发展的战略措施。随着气候变化带来的极端天气事件愈发频繁，高比例风光发电的电力系统如何应对其影响以保证电力系统的可靠性，大规模风光发展如何保证不对当地生态系统造成破坏，都是当今亟需研究的焦点问题。报告指出，应对这些挑战需要跨学科合作，发展更智能、更适应未来气候变化的风光能源系统，包括更可靠的预测技术，以应对气候变化带来的不确定性；同时，应开展风光电站建设前的全面环境评估，以最大限度地减少对当地生态的影响，确保生态系统的平衡和可持续性。本报告不仅提出问题，还提供了较为详尽的风光发展方案，为政策制定者、行业领袖和社会各界提供参考。报告显示，自2005年以来，随着我国风电、光伏技术装备水平的不断加强，风电、太阳能发电的装机规模不断扩大，在电力结构中的装机与发电比重逐步提高，发展成效显著。未来我国风、光发电预计将持续大规模发展，在应对全球气候变化的过程中发挥重要作用。本报告编写得到了相关学界和产业界专家的大力支持。在报告编写过程中，研究团队组织了以“面向碳中和的风光技术”为主题的系列碳中和技术论坛与学术沙龙活动，建立了交流合作平台与机制，上百位专家参与了学术研讨和报告评审工作。未来，团队将继续深入研究、促进交流，推动风光技术可持续发展，为实现“双碳”目标、应对全球气候变化作出更大贡献。

“双碳”目标下风光发电迎来持续高速发展;2021年，我国风电和光伏发电装机占比已达26.7%1，预计2030年占比将达49.1%，同水电、核电一并成为主体电源。

采用风光发电全直流离网制氢总体技术方案，将风光发电通过中压直流技术输送至化工园区。通过碱性电解槽和质子交换膜电解槽混合配置进行制氢，作为负载消纳可再生能源。通过储能、电解槽阵列优化运行策略和能量管理系统，使负荷与波动性风光出力匹配，实现整个系统稳定、经济运行。

本项目属电气工程学科，涉及电网规划、软件工程等专业，历时8年，产学研用协同攻关完成。 国内外现有的电力系统规划技术主要针对火电等可调节电源为主的电力系统，无法适应具有出力不确定性的风光新能源规模化发展的新形势。本项目针对上述问题，攻克了新能源出力曲线科学模拟与电力平衡能力科学评估、电网风险场景科学辨识难题，具体包括：1）针对未来长达数十年待建新能源场站年8760小时出力曲线模拟难题，提出了多风电场功率曲线时-空关联特征挖掘和统计建模方法，以及数据驱动与物理模型相结合的光伏功率曲线预测模型，能够更科学表征新能源出力统计特征。2）针对当前电力电量平衡方法无法科学评估新能源发电出力而对其进行忽略或简化的问题，提出了基于新能源功率分位数的概率化电力电量平衡方法，实现对风光发电能力的科学评估和源荷协调能力的充分挖掘，解决了高比例新能源电力系统电力电量平衡难题；3）针对现有电源规划方法无法适应高比例新能源、规模化电动汽车、灵活互动负荷等新要素的发展要求，构建了源荷储互动及多时间尺度运行协调的电源优化方法，实现了灵活性资源需求的科学评估，发展了电源优化技术；4）针对传统的基于典型运行场景的潮流校核方法不能充分辨识电网稳态风险的问题，建立基于全景时序潮流和极端场景概率潮流相结合的潮流校核方法，实现了电网稳态风险全景辨识，创新了大电网风险辨识技术。 项目解决了高比例新能源电力系统规划关键技术难题，并开发软件平台，已在10家规划设计单位推广应用，2017年至2019年，共计新增销售额4588.06万元，新增利润1066.27万元。项目授权专利44项、软著2项，发表SCI/EI论文33篇，发布标准2项。经国内外查新及中国电机工程学会组织成果鉴定，鉴定专家一致认为，项目为解决高比例可再生能源电力系统规划中面临的风电光伏出力模拟、概率化电力电量平衡、源网荷储互动的电源规划、规划方案风险辨识等技术难题提供了新的技术解决方案，对我国电力系统科学化建设提供了有力支撑，成果达到国际领先水平。