高比例可再生能源未来电网的源网协调一体化规划基础理论与关键技术研究

The current embarrassing situation of high wind and PV power curtailment in China contrasts sharply with the nation’s ambitions in achieving high share of renewable generation. It is an urgent task in Chinese power industry to tackle the problem of how to plan and design renewable power (RE) grid connection so as to turn RE integration from negative (curtailment) to positive (no curtailment). This project, considering China’s goal of achieving high share of renewable power generation, proposes to focus research on the theory and technologies of new integrated generation and network planning, including new generalized load models that reflect close interactions between load and distributed renewable generation and complex generation models for large scale, resource complemented renewable generation. A new production simulation method is proposed considering detailed depiction of variable generation characteristics and bi-directional response between generation and demand under complex operating conditions. Bi-level stereoscopic and non-aggressive grid expansion planning methods are proposed, respectively, for sending grids with high share of renewable power and receiving grids with hollowing out of conventional generation. New grid planning evaluation methods and indicators that are suitable for future grid scenarios with high share of renewable generation are developed. Expected research results of this proposal will provide effective grid planning theory and key technologies for achieving China’s goal of future electricity network with high share of renewable generation, delivering a Chinese model for renewable generation development in the world.

我国严重弃风弃光的窘迫现状和高比例可再生能源未来发展愿景形成了巨大反差，如何规划设计可再生能源并网运行从弃风弃光到高比例消纳“负正翻转”的技术途径成为我国电力行业迫在眉睫的难题。本项目针对我国高比例可再生能源未来电网发展场景，深入研究全新的源网一体化规划基础理论与关键技术，建立分布式灵活资源和负荷深度耦合的广义负荷模型与考虑资源、电源互补特性的高比例大规模可再生能源场站模型，提出精细刻画波动电源随机特性、适应复杂工况源荷双向响应的运行模拟方法，针对源端电网可再生能源大规模集中开发和受端电网常规电源“空心化”的不同特点分别提出立体组网、弱扩张型网络的规划方法，建立适应高比例可再生能源复杂场景的电网规划评价指标与方法。预期研究成果可为我国高比例可再生能源未来电网愿景的实现提供有效的规划理论和技术，为国际可再生能源发展提供中国式范本。

可再生能源高比例并网成为我国电力系统必然趋势，但目前电网规划技术难以支撑未来可再生能源高效消纳，能源转型面临严重挑战。本项目针对我国高比例可再生能源未来电网发展场景，深入研究源网一体化规划基础理论与关键技术。针对分布式可再生能源、电动汽车等负荷的建模难题，采用机理分析与数据统计的方法建立了深度耦合广义负荷模型，揭示广义负荷的时空演变特性并建立其描述方法与预测模型。针对传统的电源规划模型对多类型资源、电源互补特性刻画不足问题，研究了考虑资源互补的大规模可再生能源场站建模方法以及可用于大电网规划的波动电源多时空尺度聚合模型，提出了考虑灵活资源互补的新型大规模可再生能源场站模型，对新型发电单元进行了数学描述与建模。针对高比例新能源接入带来的电力系统供需平衡模式转变问题，研究系统源荷双向响应的模型、机制及分析方法，提出了基于源荷失配量的源荷双向响应场景识别方法，建立了适合我国“国分省”多级平衡机制的分析框架和求解方法。针对我国可再生能源大规模开发集中输送模式下源端外送电源特性调控及其与本地电网交互影响的多重难题，提出了源端网络立体组网规划技术，提出了计入可再生能源自身调频调峰能力的汇集网络规划方法。针对常规电源“空心化”受端电网内常规规划方法失效的难题，研究了高比例可再生能源电网安全稳定质变的内涵及安全稳定拐点分析方法，研究了提升系统安全稳定的技术框架和适应受端电网特征的规划方法，提出了基于社团结构的受端电网多目标优化规划方法和动态无功补偿配置方法。针对未来系统关键指标的关注点发生变化、现有规划方案评估方法及指标失效的问题，项目开展了适应复杂场景的电网规划评价指标与方法研究，揭示了电力系统灵活性平衡机理，提出了涵盖安全性、可靠性、经济性与灵活性的电网评价指标体系及评价方法，提出了非时序生产模拟模型和求解算法，实现了“四性”指标的分析。