2022版新能源电力系统生产模拟关键技术及应用.docx

2022版新能源电力系统生产模拟关键技术及应用目录1 .研究背景1.论文所解决的问题及意义11. 1.新能源中长期电量预测与时间序列建模22. 2.新能源电力系统时序生产模拟建模与快速求解22. 3.多区域交直流互联系统生产模拟建模32. 4.新能源生产模拟软件和消纳能力协同计算平台33.结论1 .研究背景在“双碳”目标和新型电力系统建设背景下，预计到2030年，我国新能 源装机容量将超过12亿千瓦。新能源”大装机、小出力”的特点给电力系统 的电力电量平衡带来巨大挑战，电力系统面临“保供电”和“保消纳”双重压 力。年/月中长期电力电量平衡量化分析是电力系统规划和优化运行的基础， 对电力保供和新能源消纳至关重要。新能源电力系统生产模拟是科学量化分析电力电量平衡的有效方法。它通 过建立“源-网-荷-储”运行模拟模型，开展长时间尺度时序运行仿真，优化各 类电源开机及发电、线路交换功率等，是合理安排新能源开展规模、布局和时 序，优化电力系统运行方式的重要手段。传统的电力系统生产模拟未考虑新能 源出力的随机波动特性和电力系统运行的时序性，难以准确模拟新能源电力系 统的运行，亟需开展新能源电力系统年/月时序生产模拟技术攻关。依托国家和国家电网公司科技工程，国家科技重点领域创新团队“新能源 发电调度运行技术创新团队”历时10年，采用“基础研究、技术攻关、系统 研发、应用推广”的技术路线，研发了新能源电力系统生产模拟软件(REPS) 和国-网-省新能源消纳能力协同计算平台，实现了新能源电力系统中长期电力 电量平衡量化分析，为我国新能源相关政策的制定和实施提供了重要依据。2 .论文所解决的问题及意义第1页共5页1. 1.新能源中长期电量预测与时间序列建模开展新能源电力系统生产模拟需要预测新能源中长期电量，并构建符合新 能源运行特性的出力时间序列。新能源中长期电量预测受气候变化及局地特征 对发电的影响，技术难度高，国内外尚未开展；其出力序列随机波动形态复 杂，时序模拟尤为困难。团队提出了历史发电序列变化规律挖掘与风光资源气候态预报结果深度学 习相结合的中长期电量焙权组合预测方法；提出了基于SOM聚类和波动过程 转移的风电时间序列建模方法以及基于净空确定性和天气特征不确定性的光伏 发电时间序列建模方法。采用28个省级及以上新能源运行数据验证了所提方 法的有效性和优越性。波动形状定早描述11./ I JJ /随机序贯抽样中波动过程太过转移概率偏过低出力 波动过程图1风电出力时间序列建模方法精移概率 晴天<=> iix 转移概率 突变天气谷为图2光伏出力时间序列建模方法随机序费抽样阴天突变天气2.新能源电力系统时序生产模拟建模与快速求解开展电力系统生产模拟需要准确模拟电网运行方式，且计算时间需满足工 程应用要求。省级电网平衡范围大，源、网、荷、储元件数量多，建立满足电第2页共5页力系统实际运行工况的生产模拟模型并实现快速计算难度极大。团队建立了基于火电机组启停多状态聚合、水电站时序多周期电力电量约 束、抽蓄和电化学储能多运行状态模拟、可调负荷电力电量纵横转移约束的时 序生产模拟模型，提出了变量空间等价映射的非线性约束线性化和优化模型逐 周分解方法，实现了省级电网运行方式的快速准确模拟。提升求解效率2. 3.多区域交直流互联系统生产模拟建模实现新能源大范围消纳需要大电网互联互济。我国跨省跨区交直流网架结 构复杂、运行方式多变，且电力系统运行边界条件互相耦合，交直流大电网生 产模拟准确建模和快速求解难度大。团队建立了时序限额及环流抑制的省间交流联络线、调节频次和形状动态 约束的阶梯化跨区直流联络线输送功率优化模型，以及多层分区嵌套的备用容 量优化模型，提出了全局与局部变量解耦迭代的分布式优化快速求解方法，解 决了包含6大区域电网、27个省级电网的联合生产模拟难题。2. 4.新能源生产模拟软件和消纳能力协同计算平台国-网-省多级电网统一协同计算分析需要保证数据同步和结果的一致性。 由于应用需求复杂、分析场景众多，软件的适应性、灵活性和业务流程的设计 难度巨大。团队提出了本地分散优化、远程互联边界校核与结果共享的国-网-省消纳 能力协同计算方法，建立了源-网-荷-储对象组件化、优化模型动态装载的软件 架构，研发了新能源电力系统生产模拟软件和国-网-省消纳能力协同计算平 台，具备新建案例、电网建模、风电/光伏发电时间序列建模、运行方式设 定、案例批量生成与计算、协同计算等功能。平台已成为国家电网公司促进新第3页共5页能源消纳的重要分析工具。图4新能源电力系统生产模拟软件翻 帆图5国-网-省新能源消纳能力协同计算平台研究成果已在国调中心、南网总调、东北、西北、华北、吉林、青海等28 个省级及以上电力调控中心应用。自2014年以来，连续8年开展了国家电网 新能源消纳能力滚动分析计算，相关结果纳入国家电网年度运行方式，并 报国家能源局作为新能源布局及开发时序优化的重要依据。利用工程成果，完第4页共5页 成了国家电网“十四五”逐省、逐年新能源消纳和系统供电保障能力评估，为 新型电力系统构建提供了重要支撑。成果支持国家发改委完成了清洁能源发电第三方评估。通过分析不同措施 在未来的潜力，从技术层面、政策层面提出了切实可行的促进新能源消纳的措施 建议。研究成果支撑开展了 “碳中和目标下能源格局和电网开展方式研究”、 “我国新一代能源系统战略研究”、“双碳目标下我国新能源开展及消纳模 式”等重点咨询工程研究，为相关建议和政策出台提供了重要支撑。3.结论针对大规模新能源接入带来的电力电量平衡量化分析问题，突破了新能源 中长期电量预测及长时间出力序列建模方法、交直流互联多层级电网生产模拟 技术，研发了新能源电力系统生产模拟软件和国-网-省新能源消纳能力协同计 算平台。成果已应用于国调中心、南网总调、东北、西北、华北等28个省级 及以上电力调控中心，对优化新能源装机布局及开发时序、促进新能源高效消 纳、提升新能源调度运行水平发挥了重要作用。第5页共5页