高比例分布式新能源发电分层自治控制及集群经济运行研究

Developing renewable energy generations (REGs) is an important measure to ensure energy security and combating climate change in China. In the middle east region of China, REGs are mainly distributed development, especially in some provinces (region), the total scale will exceed 10 GW. Meanwhile, there will be one or multiple Ultra-HVDC transmission lines feed-into the power grids of these provinces (region). In case of the AC/DC fault, large-scale of the REGs will trip-off from the grid, and the power of HVDC will decrease rapidly, the lack of active power will lead to serious stability problems in the power system. Furthermore, tens of thousands of grid connection points for REGs, with complicated benefits relationships, bring great difficulties to the dispatching and economic operation of the system. Hierarchical control and clustering economic dispatching are important guarantees for the safe and efficient operation. In the domestic and overseas, the related research is still at the initial stage. In theory and technology aspects, there are three major challenges should be overcome: large numbers of grid-connecting points and distributed sparsely, multi-timescales, and multi-stakeholders.. This project will investigate systematically in five aspects: (1) the architecture of autonomous system, (2) the individual adaptive control, (3) the coordinated control of autonomous system, (4) the decision making of clustering economic behaviors, (5) the clustering economy operation mode. This project will construct the theory and method of the distributed REGs stability control, the dispatching operation, and the economic accommodation, develop the cooperative control system, hence, promote China’s energy conservation, emission reduction and the utilization of REGs.

大力发展新能源是我国保障能源安全、应对气候变化的重要举措。中东部地区新能源以分布式开发为主，部分省（区）新能源总规模将突破1万兆瓦，同时存在一/多回特高压直流馈入新能源。受端交/直流故障下，分布式新能源大量脱网，加之直流馈入功率突降，有功大量缺失使系统稳定问题突出；一个省（区）内出现数万个电源并网点，且多利益主体交织，系统调度和经济运行难度巨大。分层自治控制与集群经济运行是其安全高效运行的重要保障，国内外相关研究还处于起步阶段，亟需取得理论与技术突破，主要面临三大挑战：点多面广、多时间尺度和多利益主体，尚缺乏系统性研究和成熟体系。项目分5方面开展系统性研究：（1）自治系统架构，（2）发电单元自适应控制，（3）自治体协同控制，（4）集群经济行为决策，（5）集群经济运行模式，从而构建分布式新能源稳定控制、调度运行和经济消纳的理论和方法体系，研制协同控制系统，促进我国节能减排和新能源开发利用。

本项目聚焦于分布式新能源发电高比例接入中东部受端电网的稳定和经济运行问题，围绕安全稳定、调度运行和市场消纳三条主线开展研究工作，提出了分布式新能源发电自治系统架构、发电单元自适应控制、自治体协同控制、集群经济行为决策和集群经济行为运行模式等理论和方法，构建了保障分布式新能源发电稳定和经济运行的理论和方法体系，主要研究内容及成果包括：.1）提出了基于动态多智能体的智能分层调控框架，解决了分布式发电单元、自治体、集群虚拟电厂的层次化管控与信息能量交互问题。.2）提出了分布式新能源发电单元稳定自治控制策略，解决了不同并网点的多个分布式新能源发电系统之间频率和电压的波动、以及各并网点阻抗变化与耦合所导致的不稳定和谐波谐振等问题，增强了分布式新能源在高渗透率情况下电网适应性和电压频率快速支撑能力。.3）提出了分布式新能源发电自治体支撑电网运行的协同控制策略，解决了大扰动情况下自治体中多个发电单元的协同难题，揭示了自治体主动支撑电网和常规分布式新能源发电防孤岛保护之间的相互影响机理，解决了自治体分布自治与电力系统集中控制之间局部和整体目标、快过程与慢过程的消异协同问题。.4）提出了区域市场环境下基于分布式结构的集群体经济行为分析策略，解决了区域市场下多决策主体的联盟结构问题，利用博弈机理分析了自治体之间的互动特性，通过合作与非合作不同场景下的经济性对比，指导了自治体之间的理性联盟合作。.5）提出了基于部分资源共享的集群虚拟电厂层级式协调管理策略，解决了不同自治体协同交互过程中的信息隐私性问题，在保证自治体独立管理的基础上，通过部分资源共享和市场参与，充分利用和整合集群的电力资源并最大化其经济效益。.通过本项目的研究，为我国分布式新能源发电的可自治控制、可支撑电网、可经济运行提供了理论基础、架构基础和技术指引，提升了分布式新能源发电主动支撑能力，提高了高比例分布式新能源电网稳定性。