高比例可再生能源電力系統形態及演化

“智慧電網技術與裝備叢書”序
序一
序二
前言

第一篇 面向中遠期低碳化發展的能源電力格局及演化機理
第1章 中遠期我國能源格局變化趨勢及特徵 3
1.1 能源電力發展國際形勢 3
1.1.1 低碳化 3
1.1.2 電氣化 4
1.1.3 去中心化 5
1.1.4 數位化 6
1.2 我國能源電力的發展驅動力 7
1.2.1 核心驅動力及制約因素 7
1.2.2 影響我國電力系統結構形態的驅動及制約因素分析 11
1.3 能源格局變化趨勢及特徵研判 17
1.3.1 能源發展趨勢 17
1.3.2 能源格局主要特徵研判 18
參考文獻 24
第2章 考慮環境與資源約束的能源電源優化規劃 26
2.1 模型結構 26
2.1.1 考慮環境與資源約束的能源優化規劃模型 26
2.1.2 考慮技術經濟差異化的電源優化規劃模型 36
2.2 考慮高比例新能源接入下靈活性資源的電源模型 42
2.2.1 可再生能源發展願景及面臨的挑戰 42
2.2.2 電源規劃中靈活性的供需平衡約束 43
2.2.3 考慮靈活性的電源規劃模型 48
參考文獻 60
第3章 未來電源系統時空動態演變機理 62
3.1 電源系統形態演化 62
3.2 電源系統結構演化 66
3.2.1 火電 66
3.2.2 水電 68
3.2.3 核電 69
3.2.4 風電 69
3.2.5 太陽能發電 70
3.3 基於探索性建模的電源系統時空演化 71
3.3.1 探索性建模方法 71
3.3.2 演化機理分析 72
參考文獻 74
第4章 我國中長期電力典型發展格局預測 75
4.1 情景一：可再生能源高速發展情景 75
4.2 情景二：可再生能源中速發展情景 78
4.3 情景三：可再生能源常規發展情景 79
4.4 情景對比分析 81
參考文獻 86

第二篇 廣義負荷特性及其互動耦合機理
第5章 廣義負荷的結構辨識和解析 89
5.1 廣義負荷的內涵及特徵 89
5.1.1 廣義負荷的定義 89
5.1.2 廣義負荷典型特徵分析 89
5.2 回應電價變化的廣義負荷建模分析 97
5.2.1 基於彈性係數的即時電價對廣義負荷的影響 98
5.2.2 廣義負荷的模態特徵提取與分析 102
5.2.3 回應電價變化的廣義負荷模態分析 104
5.3 回應可再生能源變化的廣義負荷建模分析 111
5.3.1 廣義負荷形態研究概述 111
5.3.2 主動負荷與可再生能源的耦合模型及廣義負荷建模方法 113
5.3.3 基於聚類方法的典型模態提取 116
5.3.4 回應可再生能源變化的廣義負荷模態分析 118
5.4 考慮溫度與交通情況的電動車充電負荷類比預測方法 128
5.4.1 車輛出行時空變數及其改進概率模型 129
5.4.2 溫度與交通情況對電動車充電負荷影響分析 130
5.4.3 充電負荷類比建模 136
5.4.4 典型案例分析 139
參考文獻 147
第6章 廣義負荷回應的動態關聯特性 151
6.1 廣義負荷影響因素分析 151
6.1.1 基於改進變分模態分解法的廣義負荷分解 151
6.1.2 基於模態組合的廣義負荷影響因素解析 157
6.1.3 基於模態組合的廣義負荷影響因素分析 159
6.2 即時電價對價格型需求回應負荷的影響建模 164
6.2.1 考慮常規影響因素的基礎負荷 165
6.2.2 基於消費心理學的需求回應負荷模型 169
6.2.3 基於消費心理學的價格型需求回應模型 175
6.2.4 典型算例 176
參考文獻 178
第7章 多時空尺度的負荷曲線形態演變 179
7.1 我國負荷曲線形態多時空尺度演變規律 179
7.1.1 行業負荷曲線類比方法 179
7.1.2 行業負荷特性時空演變規律 180
7.1.3 行業負荷曲線形態預測 192
7.2 長期負荷曲線形態演變預測 197
7.2.1 Granger因果分析 198
7.2.2 非參數回歸預測方法 200
7.2.3 長期負荷概率預測方法 202
7.2.4 典型案例分析 203
7.3 飽和負荷曲線形態演變預測 209
7.3.1 基於高斯過程回歸(GPR)的概率預測模型 209
7.3.2 基於改進混沌粒子群演算法(MCPSO)的概率預測模型參數優化 212
7.3.3 典型案例分析 216
參考文獻 220

第三篇 高比例可再生能源接入的輸配電網結構形態及演化模式
第8章 未來輸配電系統結構形態的關鍵影響因素分析 223
8.1 輸電網發展歷程及相關因素 223
8.1.1 輸電網發展歷程 223
8.1.2 影響電網形態的關鍵因素分析 230
8.2 配電網發展歷程及相關因素分析 233
8.2.1 配電網發展歷程 233
8.2.2 未來配電網形態發展的相關因素分析 235
參考文獻 236
第9章 高比例可再生能源集群送出的輸電網結構形態 237
9.1 輸電網典型結構形態及對可再生能源的適應性分析 237
9.1.1 輸電網典型結構 237
9.1.2 典型結構對可再生能源的適應性分析 248
9.2 未來輸電網結構形態分析 259
9.2.1 高比例可再生能源下輸電網問題現狀 259
9.2.2 電網形態發展分析方法 268
9.3 輸電網結構典型案例 272
9.3.1 西北電網標準算例系統 272
9.3.2 典型場景：交直流電網形態 287
參考文獻 293
第10章 高滲透率可再生能源和儲能靈活接入的配電網形態特性 295
10.1 配電網典型形態及對比分析 295
10.1.1 典型拓撲結構形態與對比分析 295
10.1.2 典型微網組建形態與對比分析 296
10.2 未來配電網形態分析 299
10.2.1 高比例新能源與電力電子化背景下配電網的適應性轉變 299
10.2.2 交流、直流與交直流混聯配電網投資與運行對比分析 300
10.2.3 多種靈活調節資源的協調優化調度 305
10.3 配電網形態研究典型案例 311
10.3.1 交直流配電網拓撲形態演化案例 311
10.3.2 靈活調節資源協調運行案例 314
參考文獻 320
第11章 高比例可再生能源的輸配電網協同接入及優化配比 321
11.1 可再生能源優化配比模型 321
11.1.1 可再生能源優化配比模型概述 322
11.1.2 輸配電網協同背景下的可再生能源優化配比模型 324
11.1.3 高比例可再生能源並網及輸配電網協同背景下的可再生能源
優化配比模型 326
11.2 基於Benders分解的優化配比模型求解方法 330
11.2.1 Benders分解演算法簡介 331
11.2.2 Benders分解內嵌異質分解演算法 332
11.3 算例分析 338
11.3.1 算例概述 338
11.3.2 可再生能源容量優化分配效果分析 339
11.3.3 輸配電網協同優化分配效果分析 344
參考文獻 348

魯宗相，清華大學電機系長聘副教授，博導，清華四川能源互聯網研究院常務副院長。IET Fellow，IEEE Senior Member，中國電機工程學會高級會員，四川電機工程學會副理事長，北京電機工程學會新能源專業委員會副主任委員，可再生能源學會綜合系統專委會副主任委員。主要研究方向為風電/太陽能發電並網分析與控制、能源與電力宏觀規劃、電力系統可靠性、分散式電源及微電網。主持國家自然科學基金3項、重點研發計畫課題2項，863子課題1項，科技支撐項目子課題2項，國際合作專案1項。出版著作及合著8部（英文專著1部），發表論文180餘篇。

黎靜華，教授，博士生導師，IET Fellow、IEEE Senior Member、廣西自治區C層次人才，全國寶鋼優秀教師、廣西勤廉榜樣先進個人、廣西青年科技獎獲得者。現任廣西大學電氣工程學院副院長。主持國家自然科學基金3項，以第一完成人獲2020年廣西科學技術發明二等獎和中國電力創新二等獎各1項，專著2部，合作專著3部，發表SCI、EI期刊論文80餘篇。

伍聲宇，工學博士，國網能源研究院能源戰略與規劃所室主任。長期從事能源電力戰略與規劃、能源電力技術經濟等方面的研究工作。主持國家自然科學基金專案 1 項。作為負責人，研究成果獲得北京市科學技術進步獎，多次獲得國家能源局軟科學研究優秀成果獎、國家電網有限公司科學技術進步獎等。