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1、第４０卷第１３期２０１６年７月１０日Vol．４０No．１３July１０,２０１６DOI:１０．７５００/AEPS２０１５１２１５００８含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战鲁宗相,李海波,乔颖(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京市１０００８４)摘要:未来高比例可再生能源的随机变化特性将给电力系统运行灵活性带来前所未有的挑战,对系统的灵活性资源进行规划成为必要的研究工作.对含高比例可再生能源电力系统灵活性规划的研究动态进行评述,首先分析了高比例可再生能源电力系统的基本特征,给出了电力系统灵活性的定义、主要灵活性资源类型和灵活
2、性平衡原理,然后介绍了灵活性定量评价指标体系,最后,提出了电力系统灵活性协调规划的核心内容及求解思路、存在的关键难题及技术解决思路.关键词:高比例可再生能源;灵活性评价;多时空尺度;电力系统规划０引言可再生能源系统主要有以下特征:①基本取消了“基荷”发电厂(核电除外),常规火电机组在日内启停,当今人类社会面临能源安全和气候变化的严峻可再生能源承担了较大的电力需求,并通过水电厂、挑战,传统能源发展方式难以为继,可再生能源大规燃气电厂灵活调节实现对新能源波动性的互补;模利用,推动了能源清洁化、低碳化、智能化发展,联②常规电源在大多数时
3、刻(如０９:００到１９:００)渗透合国２００２年约翰内斯堡世界环境发展大会将可再率较低(不足５０％),甚至在中午光伏满出力时段,[１]生能源发展纳入其千年发展目标.高比例可再生全部电力需求几乎全部由新能源承担,火电接近技能源发电成为全球广泛关注的未来电力系统场景.术下限出力运行,下调潜力几乎用尽;③系统内的电欧洲专家提出２０５０年在欧洲和北非实现１００％可力电子接口电源比例剧增,系统惯性大幅下降.这[２]再生能源电力系统的技术路线图;美国可再生能些特征对电力系统的影响是根本性的,整个电力系源国家实验室在可再生能源电力未来蓝图研究中
4、提[５]统规划和运行机制必须进行革新.出美国２０５０年将实现８０％电力来自可再生能从中国发展现状来看,充裕的灵活调节资源已[３]源;中国相关研究机构发布的«中国２０５０高比例成为系统运行的必需条件.目前的风电装机容量已可再生能源发展情景暨路径研究»报告提出,中国经突破１００GW,太阳能发电装机容量也突破[４]２０５０年要实现６０％电力来自可再生能源,届时风３０TW,处于世界领先地位,但是中国的弃风、弃光电和太阳能发电装机容量将分别达到２３９６GW和率一直居高不下.近５年全国弃风率统计平均值为２６９６GW,发电量占比分别为３５．２％
5、和２８．３５％,包１２．６％,东北、华北和西北地区多数大型风电基地的括水电等在内的可再生能源发电量占比将达到[６Ｇ８]弃风率甚至超过２０％,而欧洲大多数国家及美８５．８％.[９Ｇ１０]国的弃风率能保持在５％以下.中国不同地区高比例可再生能源接入的未来电力系统中,风弃风的原因各异,如内蒙古、冀北和甘肃电网主要是电和太阳能将成为电力供应的重要支柱,其风、光资由于外送通道不足,而东北三省严重弃风的主要原源的随机性和波动性,导致电力系统本征特性改变,[１１]因是调峰能力不足,但归根结底都是系统灵活性需要重新探讨其规划和运行机制.«中国２０
6、５０高比不足.调峰问题导致弃风的核心原因是电源结构灵例可再生能源发展情景暨路径研究»报告中给出了活性不足,而外送问题导致弃风的核心原因是电网２０５０年高比例可再生能源场景下典型日全国发电灵活性不足.引入储能乃至考虑负荷需求响应机制机组调度曲线(见附录A图A１),可以看出,高比例来减小弃风、弃光的研究,其本质也是增加系统的灵活调节能力.可见,中低比例可再生能源的现阶段,收稿日期:２０１５Ｇ１２Ｇ１５;修回日期:２０１６Ｇ０１Ｇ２２.上网日期:２０１６Ｇ０３Ｇ０１.灵活性不足导致了局部区域局部时段的弃风、弃光国家科技支撑计划资助项目(
7、２０１３BAA０１B０３);国家电网公问题,未来的高比例可再生能源电力系统场景下,若司科技项目(SGTYHT/１４ＧJSＧ１８８).灵活性不足,后果会更加严重,甚至导致系统无法正http://www．aepsＧinfo．com１４７２０１６,４０(１３)?综述?常运行.因此,未来高比例可再生能源电力系统开源,以一定的成本适应发电、电网及负荷随机变化的展灵活性专项规划具有必要性和重大意义,即在规能力.需要说明的是,本文研究的灵活性主要涉及划阶段对系统可用的灵活性资源类型和潜力进行定经济调度和运行模拟模型,上述定义中的随机变化量分析和
8、优化配置,从而有效匹配可再生能源电源包括部分简单故障工况(如发电机组和线路故障),的随机、波动特性,维持系统安全稳定运行.但仅考虑故障前后的稳态情况,并不考虑其动态过本文围绕含高比例可再生能源的电力系统灵活程,与传统可靠性、安全性的研究范畴相关而不
