我国电源基地具有大规模集中接入远距离输送的特点,功率波动对电网运行与控制的影响更加显著,因此对于网源调节特性和机网保护配置需要实时在线分析和调控;同时我国特高压交直流电网规模发展迅速,电网多目标优化运行困难,另外可再生能源和大容量储能开始广泛接入,需要有效利用常规电源和储能的调控能力与可再生能源的自然资源禀赋之间的互补性,通过网源协调实现电网多目标优化控制和高比例可再生能源的消纳;在电网灾变情况下,需要快速搜寻合理的解列策略进行主动解列控制,同时结合辅助性紧急控制措施,保障解列后电网的安全运行,避免电力系统崩溃与大面积停电事故。这些构成了“电力系统智能网源协调和优化控制技术及应用”研究的主要内容。
(1)首次建立了基于WAMS的网源设备调节特性在线评估指标体系及指标算法,从对象、事件、时序等多维度对机组的一次调频、二次调频和励磁系统参数及调节性能进行全面高效快速评估。
(2)基于发电机失磁过程电气量变化规律和不同失磁类型励磁回路等效时间常数的特征,构建了一种计及网源协调的新型失磁保护方案,方案具有动作速度快、可靠性高的优点,有利于系统的安全稳定运行。
(3)创新性地建立了AGC/AVC分层协调优化系统,首次采用分层控制、事件驱动方式实现多目标(网损损耗、安全裕度、系统抗扰能力)趋优的运行模式,利用交叉迭代实现有功无功协调优化。
(4)从时间维度和空间维度进行多样化储能电站与可再生能源的广域协调控制分解,率先提出了多时空尺度的广域协调控制框架,构建了利用储能系统提高可再生能源接入能力的方法体系。
(5)研究同调机群识别,电网拓扑的化简,提出了基于有序二叉决策图(OBDD)的主动解列策略搜索方法,研究了解列操作后各子网的稳定状态和稳定性恢复方法,设计了基于潮流灵敏度的快速切机切负荷控制策略,并提出故障消除后的合理并网恢复操作策略。
随着电网规模不断扩大、可再生能源广泛接入、多类型储能技术大范围应用,电力系统运行面临极大挑战,网源协调日益困难,一方面弃风弃光矛盾凸显,另一方面电网安全稳定事故频发。针对我国电力系统特定问题,结合国家能源发展战略重大需求,清华大学电机工程与应用电子技术系联合国家电网电力调度控制中心、华中分部、西南分部、湖北省电力公司、四川省电力公司、辽宁省电力公司等单位,对“电力系统智能网源协调和优化控制技术及应用”共同开展科技攻关,解决电力系统网源协调的基础科学理论和关键技术问题。
我国电源基地具有大规模集中接入远距离输送的特点,功率波动对电网运行与控制的影响更加显著,因此对于网源调节特性和机网保护配置需要实时在线分析和调控;同时我国特高压交直流电网规模发展迅速,电网多目标优化运行困难,另外可再生能源和大容量储能开始广泛接入,需要有效利用常规电源和储能的调控能力与可再生能源的自然资源禀赋之间的互补性,通过网源协调实现电网多目标优化控制和高比例可再生能源的消纳;在电网灾变情况下,需要快速搜寻合理的解列策略进行主动解列控制,同时结合辅助性紧急控制措施,保障解列后电网的安全运行,避免电力系统崩溃与大面积停电事故。
项目组在本领域权威期刊及国际会议上发表66篇论文,获授权发明专利23项,申请软件著作权7项,出版学术书籍2部。本项目研究成果的应用推广,在降低电网损耗、提升发电效率及水资源利用率、降低电网运行风险、减少电厂设备维护费用及人工维护成本等方面产生重大经济效益,促进了电力行业低碳清洁事业的发展,具有显著的社会效益。
充分发挥电网的节能减排潜力,提升电网资源优化配置的能力。通过本项目实施,一方面降低了电能在电网中传输的损耗,一方面提高了电源侧的发电效率,经测算3年时间共节约燃煤35万吨,按每吨煤产生4.12吨二氧化碳计算,累计减少二氧化碳排放量约144.20万吨。