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风光水火多能源全过程联合运行控制关键技术研究及应用

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成果主要完成人

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项目概况

我国能源革命正在从粗放型可再生能源开发利用逐步向精细化的绿色消纳过渡。可再生能源的消纳已经取得阶段性成果,而消纳的经济性却未得到足够重视。为推进能源革命的进程和电力系统的可持续发展,突破制约安全经济消纳的技术瓶颈,开展多能源联合节能运行,成为电力系统亟待解决的首要问题。

贵州是我国西部能源大省,风光水火综合利用潜力巨大,但独特地理气候特性、可再生能源高占比等因素影响,呈现出复杂的关联性与不确定性,导致联合运行消纳的经济性和安全性矛盾突出,主要表现在:现有确定性规划技术对复杂大电网多风险约束评估效率低且消纳经济性差;独特地理气候下功率预测精度低需提高系统备用容量保安全;多能源联合运行火电调节能耗难以实现最优化、新能源可调可控性差等尚未突破;传统安稳策略均基于离线计算的预想事故集,需预留足够安全裕度和降低控制经济性应对。在国家科技支撑计划、南方电网等多个基金项目资助下,通过多年技术攻关,在接入规划、功率预测、优化调度、稳定控制等方面取得了重大技术创新成果,主要包括:

1、创建了面向接纳经济性的山区多能源并网高效规划技术方法体系。提出了考虑经济约束的山区可再生能源接纳能力评估方法、可再生能源多点并网的网源协调输电网扩展规划、计及电压调节能力的分布式电源优化接入方法,以及基于风险的规划方案综合评价和决策方法,突破了复杂大电网多重风险评估效率低的技术难题,有效提高了消纳的经济性。研发了多种能源并网规划方案综合评价与决策系统,具备上述5大类22个指标的计算以及基于AHP的多方案优化决策功能,为新能源电网规划方案的分析、评价和辅助决策提供了实用化工具,提高了规划决策的科学性。

2、攻克了特殊地理气候条件下风电和小水电群功率预测精度低的技术难题。提出了基于“虚拟测风塔”考虑山区回风的风功率预测方法和基于灵活相似日区间的径流式小水电集群功率预测方法,研发了国内首个含径流式小水电的清洁能源功率预测系统平台,解决了全省1300多座小水电可观可测问题,小水电群的短期预测平均精度达到90.93%以上,风电短期和超短期预测精度平均达到90%、95.58%以上。

3、构建了多能源鲁棒节能运行控制技术体系。提出了基于在线实测煤耗鲁棒节能两阶段优化调度方法和以多级联络线安全为目标的地区多能源有功控制方法,提升了系统精细化调控和新能源消纳能力,同时实现了系统耗煤量的最优化,三年累计节省标煤53.2万吨。构建了多能源联合运行调度和省-地-虚拟小水电群/风电的有功/无功分层控制系统,其中含虚拟小水电群的有功控制系统将5个小水电站纳入有功分级调控,增加系统287MW调节能力。风光水火发电送出区域省-地-场/站三级电压控制系统在应用区域的电压合格率从不足80%提高到95%以上,解决了电网应对多能源“安全并网”的难题。

4、突破了在线安稳预判与紧急控制优化技术瓶颈。提出了计及电压下坠速率复合积分的电压轨迹时间积分暂态稳定判别方法,研发了暂态稳定在线预判与优化紧急控制系统,应用于贵州六盘水电网,突破了以高约束保安全的技术壁垒,作为现有电力系统第二道防线的后备,解决了多能源高渗透率接入区域电网安全裕度限制新能源消纳的难题,提高了电网抵御故障风险能力,提升了新能源的消纳空间,保障了高比例新能源渗透电网的安全稳定运行,应用至今均无安稳系统切机情况发生。

项目授权专利19项(发明13项),软件著作权9项;专著3部,论文65篇。项目成果应用后,贵州共增发小水电21.5亿千瓦时,风光27.3亿千瓦时。2015年至今项目获得经济效益逾10亿元。项目成果为我国多种能源的安全经济消纳提供坚强支撑。