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。

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。

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。

面对复杂多变的国际形势和日益增多的极端事件，研究新能源高比例接入下的系统恢复方案，对完善新型电力系统安全防御体系具有重要意义。在此背景下，提出一种含新能源电力系统网架重构决策优化方法。首先，基于核密度法对新能源出力不确定性进行分析建模；其次，考虑新能源并网和运行对网架强度的要求，实现了新能源多场站短路比约束的线性化建模；在此基础上，建立了能协同新能源、储能、常规机组和输电网络恢复的网架重构优化模型，并提出双层优化策略以提升模型求解效率。基于新英格兰10机39节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性。

为实现高比例新能源电力系统发电和消纳成本的计算，基于传统的风力发电平准化度电成本模型，首先构建了计及风电并网导致的辅助服务费用和风电低碳效益的系统平准化度电成本模型和考虑渗透率的风电装机容量变化关系模型，进而以风电的出力序列为纽带打通这2个模型，将满足渗透率要求的最小风电装机容量设为输入参数，量化风力发电的系统平准化度电成本，实现对不同渗透率场景下风电系统平准化度电成本测算。最后，通过算例分析，研究了4种典型渗透率场景下风力发电系统平准化度电成本的变化，并绘制了考虑不同渗透率的风电系统平准化度电成本变化曲线图。结果表明，调峰成本对风电渗透率变化最为敏感。所建模型可有效应用于不同渗透率场景下风力发电成本的计算，为区域风电并网的合理规划和成本管控提供支持。

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。

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。

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。

构网型风电并网技术是一种通过模拟同步发电机组转子运动方程，对外呈现电压源控制和自同步电网特性的技术。这种技术使得风电机组能够直接控制其输出电压幅值和相位，从而支撑电网频率及电压稳定，并对系统提供惯量及阻尼支撑。构网型风电机组（又名电压源型风机）可以独立构建电网，能够在并网和单独运行两种方式中灵活切换，适用于强度弱、惯量低的高比例新能源电力系统。

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。