《區(qū)域智能電網(wǎng)技術(shù)》緊隨靠前發(fā)展動向,反映了當(dāng)今在工程研制中的很新研究成果,圖文數(shù)據(jù)、技術(shù)方法經(jīng)得起推敲和檢驗,對智能電網(wǎng)一線科研和工程人員具有直接指導(dǎo)作用,能積極推進(jìn)我國智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,以及與靠前接軌,具有很高的學(xué)術(shù)及應(yīng)用價值。能為智能電網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展,進(jìn)而對全社會節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展起到積極作用。
風(fēng)光可再生能源能的開發(fā)利用是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)。隨著風(fēng)力和太陽能發(fā)電技術(shù)越來越成熟,成本不斷降低,其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展迅速,裝機(jī)容量已躍居世界首位。我國風(fēng)光可再生能源能的開發(fā)利用采取大規(guī)模集中開發(fā)和分布式開發(fā)并舉的戰(zhàn)略。集中開發(fā)的大規(guī)模風(fēng)電場、光伏電站需要高電壓接入電力系統(tǒng)的輸電層。分布式發(fā)電與用電負(fù)荷距離較近,一般接入配電層或用電層。盡管新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中總體占比并不高,但隨著電網(wǎng)中大規(guī)模風(fēng)光電源等隨機(jī)波動電源的高度滲透,在局部地區(qū)風(fēng)光可再生能源裝機(jī)比例已經(jīng)大于50%,先期形成含高比例可再生能源的區(qū)域電網(wǎng),如何安全、高效地消納與利用風(fēng)光電能成為電網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)。
伴隨著大型風(fēng)光電源在區(qū)域電網(wǎng)輸電層的接入,引發(fā)輸電功率的大幅波動及與主電網(wǎng)的友好交互問題。數(shù)量眾多的分布式風(fēng)光電源接入配電層和用電層,改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)能量單向流動的特性,呈現(xiàn)出電能雙向流動的特征,引發(fā)用電電能質(zhì)量、可再生能源的高效消納利用問題。如何綜合集成智能電網(wǎng)各單項技術(shù),探索含高比例風(fēng)光電源的區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)的友好互動、區(qū)域電網(wǎng)中高比例可再生能源的友好并網(wǎng)、分層分區(qū)高效高質(zhì)量利用的關(guān)鍵技術(shù)與基本理論方法十分必要。一方面,含高比例可再生能源的區(qū)域電網(wǎng)對于其所接入的大電網(wǎng)而言增加了電網(wǎng)調(diào)度的難度,加大了系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的壓力和運(yùn)行風(fēng)險,因此需要探索提高風(fēng)光電源的可調(diào)性和可控性及區(qū)域電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間橫向互動的技術(shù)手段與控制策略;另一方面,為充分利用區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部各層的可控資源,促進(jìn)可再生能源就近高效、高質(zhì)量利用,需要研究區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部輸電層、配電層和用電層之間協(xié)調(diào)優(yōu)化的縱向互動方法。針對接入用戶端的風(fēng)光電源,探索含高比例風(fēng)光電源環(huán)境下微電網(wǎng)及含多種能源結(jié)構(gòu)的微能源網(wǎng)的運(yùn)行、控制及能源管理技術(shù);基于區(qū)域電網(wǎng)電力信息平臺,探究智能電網(wǎng)各項技術(shù)的綜合集成應(yīng)用;在區(qū)域電網(wǎng)的輸電層基于大型風(fēng)光電源集群與可控電源的互補(bǔ)發(fā)電等效技術(shù),實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)電的可控可調(diào)及與主網(wǎng)的友好互動;在配電層充分利用儲能等可控資源,基于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的物理操作,實(shí)現(xiàn)廣納風(fēng)光電源的主動配電網(wǎng);在用戶層,建立對配網(wǎng)友好的微電網(wǎng)、微能源網(wǎng)及互動用戶。構(gòu)建風(fēng)光電源分層分區(qū)立體協(xié)調(diào)互動消納與高效利用框架,實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)的橫向互動調(diào)控、輸配用三層間縱向互動控制、高比例風(fēng)光電源的友好接入與分層分區(qū)高效高質(zhì)量利用、安全高效運(yùn)行、用戶主動參與互動的區(qū)域智能電網(wǎng)。
本書總結(jié)了上海交通大學(xué)風(fēng)力發(fā)電研究中心團(tuán)隊在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制、微電網(wǎng)與微能源網(wǎng)及儲能應(yīng)用領(lǐng)域的多年研究積累。全書由蔡旭負(fù)責(zé)定稿、李征統(tǒng)稿修改;第1章由蔡旭撰寫,柴煒博士參與寫作及整理,第2~4章由李征負(fù)責(zé)撰寫,柴煒、彭思敏、王鵬博士、熊坤、顧靜鳴碩士參與寫作及整理;第5~8章由蔡旭負(fù)責(zé)撰寫,柴煒博士、陳為贏、何舜、劉楚暉碩士參與寫作及整理。感謝風(fēng)電中心研究生們在相關(guān)研究中做出的貢獻(xiàn),感謝國家科技支撐計劃“以高比例可再生能源利用為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程”項目組成員及項目牽頭單位國家電網(wǎng)上海電力公司對相關(guān)研究成果二次創(chuàng)新、推廣應(yīng)用的貢獻(xiàn),也感謝張迪碩士為本書統(tǒng)稿的文字整理和圖表加工做出的貢獻(xiàn)。
感謝國家科技支撐計劃項目“以高比例可再生能源利用為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程”的資助。
由于時間倉促,書中難免存在錯誤,懇請讀者批評指正。
第1章 概述
1.1 含高比例可再生電源區(qū)域電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)
1.2 區(qū)域智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢
參考文獻(xiàn)
第2章 配合大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的風(fēng)一燃互補(bǔ)發(fā)電控制技術(shù)
2.1 風(fēng)電出力特性與預(yù)測模型
2.1.1 風(fēng)電出力特性建模
2.1.2 風(fēng)電出力的超短期組合預(yù)測模型
2.2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的控制特性
2.2.1 CCGT的控制系統(tǒng)建模
2.2.2 CCGT的動態(tài)響應(yīng)特性
2.2.3 CCGT與風(fēng)電的互補(bǔ)能力評價
2.3 風(fēng)-燃互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電控制策略
2.3.1 雙層復(fù)合控制架構(gòu)設(shè)計
2.3.2 燃機(jī)基準(zhǔn)功率的最優(yōu)化計算
2.3.3 風(fēng)-燃互補(bǔ)發(fā)電的實(shí)時優(yōu)化
2.4 風(fēng)-燃互補(bǔ)發(fā)電控制案例分析及仿真
參考文獻(xiàn)
第3章 風(fēng)-光-電池儲能互補(bǔ)發(fā)電控制技術(shù)
3.1 電池儲能系統(tǒng)的控制模型
3.1.1 考慮多因素聚合的儲能電池壽命建模
3.1.2 BEss綜合控制模型
3.2 儲能-可再生能源聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化控制
3.2.1 平抑波動控制算法
3.2.2 基于狀態(tài)量預(yù)測的波動平抑與有功調(diào)度控制策略
3.2.3 提高壽命和效率的BESS模糊變步長優(yōu)化控制方法
3.2.4 多運(yùn)行模式下的BESS無功電壓控制策略
3.3 風(fēng)-儲一體化風(fēng)電機(jī)組及其控制
3.3.1 全功率變換風(fēng)儲一體化機(jī)組
3.3.2 風(fēng)儲一體化雙饋風(fēng)電機(jī)組
參考文獻(xiàn)
第4章 電池儲能主導(dǎo)的微電網(wǎng)技術(shù)
4.1 微電網(wǎng)中的電池儲能系統(tǒng)
4.1.1 電池儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
4.1.2 微網(wǎng)中電池儲能變流器的傳統(tǒng)控制方法
4.1.3 微網(wǎng)的傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)
4.1.4 儲能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制
4.2 電池儲能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制
4.2.1 電池儲能系統(tǒng)VSG控制的整體架構(gòu)
4.2.2 VSG內(nèi)特性的實(shí)現(xiàn)
4.2.3 VSG外特性的實(shí)現(xiàn)
4.2.4 電池儲能變流器底層電壓電流閉環(huán)設(shè)計
4.2.5 基于VSG控制的電池儲能系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行分析
4.2.6 基于VsG控制的電池儲能系統(tǒng)作為主電源時微網(wǎng)的運(yùn)行分析
4.2.7 微網(wǎng)的并網(wǎng)/孤島運(yùn)行模式切換
4.3 VSG控制穩(wěn)定性分析與參數(shù)設(shè)計
4.3.1 VSG控制的小信號穩(wěn)定分析
4.3.2 VSG關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計
4.4 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗驗證
4.4.1 系統(tǒng)仿真
4.4.2 實(shí)驗研究
4.4.3 基于RTDS的光-儲微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)時仿真分析
4.4.4 基于RTDs的光-儲微電網(wǎng)暫態(tài)運(yùn)行實(shí)時仿真分析
參考文獻(xiàn)
第5章 微能源網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)
5.1 智能能源網(wǎng)內(nèi)的分布式能源
5.1.1 智能能源網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)
5.1.2 離心式電制冷機(jī)組
5.1.3 冰蓄冷系統(tǒng)
5.1.4 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)
5.1.5 地源熱泵系統(tǒng)和油氣兩用鍋爐
5.2 基于混合整數(shù)規(guī)劃的微能源網(wǎng)穩(wěn)態(tài)調(diào)度策略
5.2.1 智能能源網(wǎng)穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度策略設(shè)計
5.2.2 聯(lián)合供冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)度算法
5.2.3 算例仿真
5.3 基于分布式預(yù)測控制的微能源網(wǎng)動態(tài)調(diào)度策略
5.3.1 分布式預(yù)測控制概述
5.3.2 多制冷機(jī)供冷系統(tǒng)分布式預(yù)測控制設(shè)計
5.3.3 算例分析
5.4 基于滾動優(yōu)化的微能源網(wǎng)管理策略
5.4.1 能量管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模型
5.4.2 考慮需求側(cè)資源的能源管理系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
第6章 用戶端源-儲-荷互動技術(shù)
6.1 用戶端光儲-體化電能系統(tǒng)
6.1.1 系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
6.1.2 能量管理策略
6.2 用戶端日前能量管理策略
6.2.1 四種負(fù)荷類型及其模型建立
6.2.2 市場電價機(jī)制與電價函數(shù)
6.2.3 基于用戶收益最大化的日前能量管理策略
6.3 用戶端日內(nèi)調(diào)節(jié)策略
6.3.1 用戶端多時間尺度優(yōu)化控制方案
6.3.2 基于有效功率偏差模糊控制的日內(nèi)小時級優(yōu)化
6.3.3 基于變時間常數(shù)濾波算法的日內(nèi)分鐘級優(yōu)化
6.4 仿真分析與驗證
6.4.1 用戶端日前能量管理的規(guī)劃結(jié)果與分析
6.4.2 日內(nèi)雙時間尺度優(yōu)化策略的控制效果與分析
參考文獻(xiàn)
第7章 區(qū)域電網(wǎng)縱橫向互動控制技術(shù)
7.1 縱橫互動結(jié)構(gòu)體系
7.1.1 高比例可再生能源的分層消納方案
7.1.2 橫向互動與縱向互動的總體架構(gòu)
7.1.3 統(tǒng)一信息支撐平臺與綜合能量管理系統(tǒng)
7.2 橫向互動與頻率支撐
7.3 縱向互動與高效消納
7.3.1 配電層與用電層的互動控制
7.3.2 配電層與輸電層互動控制
7.3.3 基于NSGA-Ⅱ改進(jìn)的PSO求解算法
7.4 仿真分析與驗證
7.4.1 橫向互動的仿真結(jié)果與分析
7.4.2 縱向互動的仿真結(jié)果與分析
參考文獻(xiàn)
第8章 風(fēng)光高滲透區(qū)域智能電網(wǎng)案例分析
8.1 示范工程總體架構(gòu)
8.2 各層示范應(yīng)用與現(xiàn)場運(yùn)行效果
8.2.1 輸電層風(fēng)-燃互補(bǔ)發(fā)電示范
8.2.2 配電層風(fēng)電場儲能并網(wǎng)示范
8.2.3 用電層智能用電示范
8.3 電網(wǎng)分層橫縱向互動示范應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要參數(shù)
附錄B 風(fēng)電場儲能并網(wǎng)系統(tǒng)主要參數(shù)
附錄C 各電制冷機(jī)空調(diào)工況運(yùn)行數(shù)據(jù)
附錄D 雙工況電制冷機(jī)制冰工況運(yùn)行數(shù)據(jù)
附錄E 負(fù)荷數(shù)據(jù)
附錄F 含風(fēng)-光-荷-儲的用戶端主要參數(shù)
附錄G 區(qū)域電網(wǎng)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
索引