高比例可再生能源

围绕“碳达峰、碳中和”目标，能源电力系统“源-网-荷-储”全环节低碳化面临新的要求和挑战，高比例可再生能源发电已成为必然趋势。考虑可再生能源发电的不确定性对电力系统安全稳定运行的影响，利用具备多能互补特性的虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是改善该问题的有效途径。为此，提出一种多能互补虚拟电厂优化调度策略。首先，充分考虑多种能源之间的耦合关系，构建计及“源-网-荷-储”全环节的虚拟电厂运行机制；其次，根据所提运行机制，提出以低碳经济为目标的多能互补优化调度模型，通过对各类型装置进行协调调度，促进可再生能源的消纳；最后，以某地区含可再生能源发电在内的多能互补虚拟电厂为参考案例进行仿真分析，验证所提策略的有效性。

高比例可再生能源并网为电网承载能力带来了挑战，提出一种高比例可再生能源接入背景下电网承载能力鲁棒提升策略。首先，考虑线路扩容成本、储能装置成本以及负荷需求响应容量成本，构建可再生能源出力和负荷给定场景下的确定性提升策略模型；其次，基于改进k-means聚类算法得到多个计及风-光-负荷相关性的典型场景，并以典型场景为区间中心的不确定区间描述负荷的不确定性；然后，基于两阶段鲁棒优化理论构建电网承载能力提升策略模型，并采用列和约束生成（column and constraint generation，C&CG）算法对模型进行求解；最后，算例结果验证了所提模型和求解方法的有效性。

规划建设北京城市副中心，是以习近平总书记为核心的党中央作出的重大决策部署，对于落实首都城市战略定位、建设国际一流的和谐宜居之都，具有十分重大而深远的意义。通州供电公司深入分析城市副中心配电网存在的薄弱环节，谋划新时代城市副中心电网可持续发展的精细蓝图，着力破解传统配电网网架结构不强、转供能力不足、无法适应高比例可再生能源接入等问题，主动突破用户需求驱动配电网建设的被动建设模式，努力建设更高质量、更有效率、更可持续发展的配电网，先后编制发布了北京市地方标准《城市副中心新型电力系统10kV及以下配电网设施配置技术规范》、《通州供电公司配电网规划设计实施细则》等指导性文件，完成了副中心网格化配网规划，并在各类配电网工程中严格落实，避免重复建设及无序发展，实现一张蓝图绘到底，为建设现代化城市智慧配电网提供了“副中心方案”。

高比例可再生能源接入增大了高性能调频服务的需求，给电力市场建设带来了挑战。辅助服务市场机制是经济、可靠地获取调频服务的关键，中国正处在电力市场改革的关键时期，吸取国外先进市场的建设经验很有必要。详细介绍英国频率响应服务市场，包括强制频率响应、固定频率响应等传统调频产品以及动态高低频、动态遏制等新型调频产品的性能要求、交易机制和响应机制，重点分析其分散式、多市场、长周期、高透明度的特点，对中国调频市场的发展提出意见和建议。

可再生能源发电具有波动性和随机性，高比例可再生能源的接入给电力系统的灵活性带来挑战。为此，提出一种基于概率最优潮流的电力系统灵活性量化评估方法。首先，构建电力系统灵活性资源模型。采用k-means聚类方法处理历史数据以生成场景，基于马尔可夫链模型和Copula函数构建考虑时间相关性的风电、光伏出力及负荷波动概率模型。其次，将经济成本与系统灵活性关联，在考虑系统灵活性裕度期望、缺额期望和不足概率的基础上，建立计及运行经济性的量化评估指标。第三，构建含灵活性资源的概率最优潮流模型，采用蒙特卡罗模拟方法和基于跟踪中心轨迹内点法估计系统状态和评估指标。以IEEE RTS-24系统为算例进行分析，结果表明合理配置可再生能源和储能装置有助于提升系统灵活性和运行经济性。

随着配电网拓扑结构的复杂程度提高，针对高比例可再生能源出力预测误差会导致配电网优化调度决策的准确性下降的问题，提出考虑分级重构方法的配电网安全低碳两阶段优化方法。首先，分析了配电网两类分级开关的影响程度和两阶段运行优化框架。其次，提出了配电网日前-日内两阶段优化方法，通过协调分级开关动作、储能系统、工业负荷需求响应等手段实现配电网最优化运行。然后，考虑到光伏出力在不同时间尺度上预测误差，分别构建了以低碳性为目标的日前全局低碳经济调度模型及以安全性为目标的日内滚动安全经济调度模型。最后，算例验证了所提模型能够在光伏高比例渗透背景下，有效支撑复杂配电网安全低碳运行。

随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用，可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战，电力系统静态电压稳定域（static voltage stability region，SVSR）可以全面分析和监测电力系统电压稳定性，其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题，提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型，根据边界连续且光滑的性质，由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法，构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。

为有效缓解三北地区高比例可再生能源并网所存在的大规模弃风问题，将火电机组、热电联产机组、光热电站、风电厂和电热负荷聚合为虚拟电厂。首先采用场景分析法对日前风光场景进行随机优化，降低风光预测误差；利用综合需求响应机制充分调动电热柔性负荷资源。然后综合考虑系统运行成本、弃风成本和需求响应成本构建虚拟电厂(virtual power plant，VPP)系统日前调度优化模型，并在多种运行模式下求解以获得最优日前调度计划。最后通过算例分析验证所提方案在提高系统经济性的同时能有效促进风电消纳。

随着新能源的快速发展，电力系统“双高”（高比例可再生能源、高比例电力电子设备）特征凸显，系统的物理基础、功能形态深刻变化，给电网安全稳定运行带来挑战。新能源场站需要具备主动支撑能力，拥有接近或高于同步电源的控制特性，支撑系统电压、频率稳定以及提供备用容量。国家电网有限公司华北分部开展新能源场站主动支撑技术研究，深入分析大规模新能源接入对电网的影响，提出了新能源主动支撑技术要求，助力新能源健康有序发展，推动加快构建新型电力系统。

可再生能源发展是联合国千年目标的组成部分（2002，约翰内斯堡世界环境发展大会）高比例可再生能源发电成为热点关注的未来电力系统场景（2050年的蓝图：欧洲，100%纯可再生能源电力系统：美国，80%可再生能源电力系统）。