文档介绍：项目名称:
智能电网中大规模新能源电力安全高效利用基础研究
首席科学家:
刘吉臻华北电力大学
起止年限:
-
依托部门:
教育部
一、关键科学问题及研究内容
拟解决的关键科学问题
以风能、太阳能为代表的新能源电力的本质特征是其空间尺度的分散性与时间尺度的强随机波动性。随着新能源电力由补充能源向主流能源方向发展,电力系统的结构形态、运行特性与控制方式将产生深刻变革,形成新一代新能源电力系统。要达到新能源电力系统可最大限度地接纳新能源电力、提高设备利用效率、改善用户供电质量的目的,必须以电源、电网、负荷、储能等构成的整个新能源电力系统为研究对象,认识其动力学特性,探索其安全经济运行机制与理论方法。本项目凝练三个关键科学问题。
科学问题一:规模化新能源电力时空多尺度动力学特性及其与电网耦合机理
规模化新能源接入电力系统将显著地影响系统潮流、频率、电压及稳定水平,并可能激励系统的多种振荡模式,给系统安全和经济运行带来深刻的影响。发展面向新能源电力系统的不确定非线性系统建模理论与基于微分包含的运动稳定性分析方法体系,研究新能源电源的频率动态特性,建立时空多尺度下新能源电力系统的不确定非线性动力学模型,在此基础上研究新能源电力系统在随机波动激励下的非线性动力学特性,认识大规模新能源电力不稳定性的理论基础,揭示规模化强波动新能源电源与电网的相互影响机理,寻求利用不确定性度量信息实现系统恰当热备用冗余度调度的可能途径,探索采用传统电源与新能源电源构成的一体化发电单元平抑不确定功率波动的新思路,为新能源电力系统的经济调度与安全控制提供动力学特性和建模方面的理论支撑。
科学问题二:新能源电力系统多元互补机制及协同调控理论方法
新能源电力系统是一种电源多元化、电网多层次、负荷多类型的复杂巨系统。采用大系统分散协调控制原理,构建分级递阶、局部优化、整体协调的新能源电力系统协同控制理论体系。探索新型输配电网络结构及多元发电、负荷、储能、FACTS等协同配置方法,实现以安全高效为目标的新能源电力系统结构优化;建立基于状态参数快速检测的大型火力发电机组快速深度变负荷控制理论方法,满足源-源互补和接纳规模化新能源电力的需要;揭示多种能源互补内在机理,建立场/群级多能互补优化运行协调控制理论;创建基于发电功率预测和负荷预测的新能源电
力系统多目标优化智能调度理论方法,实现系统级协同调控与整体优化。
科学问题三:新能源电力设备及系统故障演化机理及安全防御策略
新能源电力设备地域分布分散、运行环境恶劣、系统结构复杂、运行工况多变,导致设备故障率升高,对系统安全的影响加大。研究新能源电力设备与系统故障演化机理,探索新能源电力设备在复合电压、电流、振动与复杂环境等多因素下的故障演化过程,揭示系统故障特征与系统模型及参数、运行水平及扰动等各种因素间的关联规律;发展设备及系统安全评估理论,提出新能源电力系统的自适应保护与安全控制策略,将系统安全防御从常规的故障控制转变为针对系统实时状态的表征、评估、预警、保护及安全控制体系,为新能源电力系统安全防御提供理论支撑。
主要研究内容
围绕三个关键科学问题,主要安排四项研究内容。
(1)新能源电力系统动力学特性及建模理论
针对规模化新能源电源驱动能量的随机波动特性和不确定等特点,研究新能源电力系统的不确定性度量与建模理论,分析新能源电力系统动力学特性,揭示规模化新能源电源与电网间的相互作用机理,为新能源电力系统安全经济运行奠定理论基础。
1) 不确定性建模理论与量化方法。研究基于参数依赖的概率密度函数描述和度量参数不确定性的方法;基于核函数的机器学习理论,采用多核学习和稀疏逼近原理,研究在随机激励作用下的强非线性系统的数据建模方法;基于动态聚合理论,研究高维不确定问题的低维表示方法、模型结构和参数辨识方法;以Laplacian矩阵表示子系统的连接属性,研究基于图引导下微分包含理论的发电单元、场/群、新能源电力系统的时空多尺度不确定性建模理论。
2) 考虑外部环境因素影响的新能源发电单元、场/群集总动力学特性及建模。针对一次能源测量数据的时域/频域分析和概率密度分布,研究考虑外部因素影响下的新能源发电单元和场/群参数大范围随机波动特性的分布规律,提出测量数据和预报结果的不确定度估计方法;基于数值天气预报,研究包含不确定度估计的场/群级电源功率波动特性预测方法及预测模型,为利用不确定性度量信息实现热备用冗余度的优化提供新
途径;基于不确定性建模理论建立表征新能源发电单元、场/群级集总动力学特性的模型,采用微分包含方法来刻化规模化新能源电力场/群级集总等值模型结构和参数不确定性,为新能源电力系统控制与安全评估提供多时间尺度(电磁-毫秒级、机电-秒级、