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智能电网“源-网-荷”互动运行分析

 2022-11-23 11:11  

论文总字数:12828字

摘 要

未来智能电网的电源将会是多元化的,将由火力发电、水力发电、风力发电、光伏发电等多种发电方式组成,随着源-网-荷之间互动的发展,电源、电网、负荷都将呈现柔性特征。本文从源-网-荷互动需求及发展趋势下笔,介绍了源-网-荷互动的内涵,如何利用源-网-荷互动来提高智能电网运行的安全性、稳定性、经济性。分析开放互动所面临的挑战,对不同方面的挑战分别提出研究方向并对其进行介绍,分析这些方向和理论如何相辅相成,进而整合为一个完整的研究框架。

关键词:多元能源;可再生能源;源-网-荷;开放互动;柔性负荷;柔性电网

Analysis of Smart Arid Source-Grid-Load interactive operation

Abstract

In the future, the power supply of smart grid will be diversified, which will be composed of thermal power generation, hydropower generation, wind power generation, photovoltaic power generation and other power generation methods. With the development of the interaction between the source network load, the power supply, grid and load will show flexible characteristics. Based on the demand and development trend o0066 source network load interaction, this paper introduces the connotation of source network load interaction, and how to use the source network load interaction to improve the security, stability and economy of smart grid operation. This paper analyzes the challenges faced by open interaction, puts forward research directions for different challenges and introduces them, analyzes how these directions and theories complement each other, and then integrates them into a complete research framework.

Keywords:Multiple energy sources,renewable energy,source-grid-load,Open interaction,flexible load,Flexible grid

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

第二章 多元能源的综合利用 2

2.1 水力发电 2

2.2 风力发电 2

2.3 光伏发电 3

第三章 “源-网-荷”互动的内涵 4

3.1 源源互补 4

3.2 源网协调 4

3.3 网荷互动 5

3.4 源荷互动 5

3.5 柔性电网 5

第四章 实现“源-网-荷”互动面临的挑战 6

4.1 基础理论 6

4.2 潮流分布 6

4.3 动态平衡 6

4.4 电网的风险评估方法 6

第五章 源-网-荷柔性互动运行控制研究框架 7

5.1 基础理论研究 8

5.2 互动特性分析和互动建模 8

5.2.1 特性分析 8

5.2.2 互动建模 8

5.3 柔性互动安全运行分析 9

5.3.1 电网中电源及负荷置信区间的安全评估分析 9

5.3.2 考虑电源及负荷的柔性特征后互动模式的安全稳定性分析 9

5.4 柔性互动运行的控制理论和技术策略 9

5.4.1 协调优化分布自治和集中控制技术研究 9

5.4.2 协调控制达到动态平衡技术研究 10

第六章 结束语 11

致 谢 12

参考文献 13

引 言

未来的智能电网, 是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”[1]。这其中的开放互动就是未来智能电网的重要特征之一,也是当前智能电网发展研究的主要方向之一。

随着非再生能源总储量越来越少,且短期内无法恢复,大力发展可再生能源——水能、风能、太阳能等非常必要,这些能源将成为未来智能电网的重要组成部分,这些能源受限于地理位置等因素,有极大的不稳定性;未来电网的负荷侧,也将通过电价的变化和电动汽车的大规模接入等方式,变为可调控的柔性负荷;接入柔性电源和调控柔性负荷需要电网自身也具备柔性特征来帮助电源和负荷进行互动,进而未来电网的组成源-网-荷都将呈现柔性特征。

对于未来电网中呈现柔性特征的源、网、荷,想要更高效、经济、安全地运行,当前的电网的运行控制模式显然是没有办法满足的,需要更高级,更为复杂的互动模式,能够使源、网、荷之间能形成全面的互动,源源互补、源网协调、网荷互动、源荷互动等多种交互模式构成的源-网-荷柔性互动就是新的模式[2]

本文将从未来智能电网的组成出发,分析源、网、荷的柔性特征与彼此间的柔性互动特性,针对发展源-网-荷互动面临的挑战,提出技术理论,进而构建出研究框架,为未来发展源-网-荷开放互动提供帮助。

多元能源的综合利用

当前我国的发电方式主要以火力发电为主,目前我国的电力系统中,火电站的装机总量约占总装机的70%,火力发电所用的煤、天然气等燃料不受季节影响,使得它的发电功率稳定,全年都可以高负荷地运行,因而成为了我国电力系统的发电主力。

随着智能电网的发展,能源需求的快速增长,能源资源的承载力受到了巨大的挑战,且由于火电厂的大规模使用,造成了全球变暖等环境问题,这些都标志着电力工业行业需要节能减排,大力发展可再生能源已经成为共识,未来智能电网的发电领域将会由火力发电、水力发电、风力发电、光伏发电等多种发电方式组成,多元化的发电领域将会是未来智能电网的重要组成部分。可再生能源(水电、风电等)的一次能源具有多样性,受时间、空间制约很大,电源动态特性也各不相同,接入电网时有诸多不友好特性,如何有效根据这些不友好特性,使其彼此之间以及与电网间形成良好的互动,从而提高能源利用效率是多元能源综合利用的关键。

水力发电

水力发电是将水的势能转换为电能,大体有两种类型,用堤坝或引水的方式使水位形成落差,进而利用流过的水带动水轮机发电,这是利用天然流水的势能的水电站;此外,还有利用电机主动将电网中的电能转换为水的势能,在需要时再将其转换回电能的抽水蓄电站。虽然我国水电站起步较晚,但发展迅速,目前我国已经拥有了许多大型的水电站,例如三峡水电站、向家坝水电站,水电发电量约占总发电量的20%,是我国除了火力发电外占比最高的发电方式。

对比火力发电,水力发电受季节和地理位置影响巨大。水电站的发电功率受水流量和落差的直接影响,落差是由修建堤坝高度决定,我国为了大落差,水电站多建设在中上游;水流量取决于气候条件和积雨面积,不同季节的水流量是不同的,可以分为丰水期和枯水期,枯水期的功率只能达到丰水期的30%左右,因而无法像火力发电那样全年最大功率发电。大型的水电站考虑到对于生态环境有多方面的影响,修建的位置还要考虑淹没损失、渔业影响等多方面影响。

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