核心提示 日前，由山西經(jīng)研院牽頭，華北電力大學(xué)、國網(wǎng)經(jīng)研院等單位共同完成的“清潔能源多形態(tài)多層次接入的綜改區(qū)電網(wǎng)高效規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目通過中電聯(lián)組織的成果鑒定。項(xiàng)目總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，為未來電網(wǎng)接納多形態(tài)多層次的清潔能源提供了解決方案。

截至4月底，山西省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到8198.72萬千瓦，風(fēng)電、太陽能等清潔能源占總裝機(jī)容量的21.88%。“從十二五末的不到10%，到現(xiàn)在已經(jīng)翻了一倍，未來清潔能源的比例還將不斷增大�！�5月22日，國網(wǎng)山西經(jīng)研院院長高士法告訴記者。

近年來，包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電和水電在內(nèi)的清潔能源迅猛發(fā)展，但業(yè)內(nèi)人士表示，這些電源發(fā)電具有不確定性，受陽光、風(fēng)力等自然環(huán)境和條件影響較大，“不確定性”的逐步增大為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。清潔能源電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究項(xiàng)目，已經(jīng)通過成果鑒定，“這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，為未來電網(wǎng)接納多形態(tài)多層次清潔能源提供了‘錦囊’和鑰匙，讓電網(wǎng)規(guī)劃更加科學(xué)合理，提升發(fā)供電整體效益和社會能源利用效益�！备呤糠ㄕf。

六年

攻關(guān)

合力破解難題

5月上旬，由山西經(jīng)研院牽頭，華北電力大學(xué)、國網(wǎng)經(jīng)研院等單位共同完成的“清潔能源多形態(tài)多層次接入的綜改區(qū)電網(wǎng)高效規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目通過中電聯(lián)組織的成果鑒定。鑒定委員會認(rèn)為，項(xiàng)目總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在計(jì)及分布式資源可信容量的輸、配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

鑒定委員會主任委員、中國科學(xué)院院士周孝信認(rèn)為，當(dāng)前，在我國大力發(fā)展水電、風(fēng)電、光電等清潔能源的過程中，遇到上網(wǎng)、消納的難題，棄風(fēng)、棄光甚至棄水嚴(yán)重，制約了清潔能源的進(jìn)一步發(fā)展。該項(xiàng)目的研究，尤其是在山西轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)的背景下，更具有現(xiàn)實(shí)性和戰(zhàn)略性。

據(jù)了解，“清潔能源多形態(tài)多層次接入的綜改區(qū)電網(wǎng)高效規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”研究自2013年啟動，重點(diǎn)針對當(dāng)前清潔能源大規(guī)�？焖侔l(fā)展與電網(wǎng)資源配置能力不適應(yīng)，集中式清潔能源的大范圍配置需求和分布式電源的快速增長造成的系統(tǒng)安全控制復(fù)雜化、實(shí)時(shí)平衡難度加大，電能轉(zhuǎn)換、傳輸、消費(fèi)等環(huán)節(jié)受天氣隨機(jī)因素以及人為活動影響程度不斷加深等一系列問題開展研究創(chuàng)新。

該項(xiàng)目包含多個(gè)子課題，研究成果涵蓋輸電網(wǎng)領(lǐng)域和配電網(wǎng)領(lǐng)域的清潔能源接入、規(guī)劃與綜合評價(jià)分析等多個(gè)研究方面，累計(jì)獲得授權(quán)發(fā)明專利9項(xiàng)，軟件著作權(quán)授權(quán)3項(xiàng)，發(fā)表和錄用科技論文共計(jì)31篇。

山西經(jīng)研院規(guī)劃評審中心副主任李強(qiáng)表示，項(xiàng)目研究成果在提高電網(wǎng)的可靠性與電能質(zhì)量，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提升電網(wǎng)企業(yè)的管理水平等方面作用顯著。

項(xiàng)目成果在青海省大規(guī)模風(fēng)電及光伏并網(wǎng)綜合決策中的應(yīng)用，使年損失電量減少3.8萬兆瓦時(shí);在陜西省“十三五”網(wǎng)架規(guī)劃方案綜合決策中的應(yīng)用，使年損失電量減少3萬兆瓦時(shí)。在山西省臨汾、忻州等地應(yīng)用的“基于分布式電源接入的山西配電網(wǎng)中壓網(wǎng)架建設(shè)和優(yōu)化”和“考慮可信容量的變電容量規(guī)劃方法”對接入電網(wǎng)的集中式和分散式新能源進(jìn)行接入點(diǎn)的優(yōu)化和網(wǎng)源荷的協(xié)調(diào)規(guī)劃，降低了分散式電源對配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性影響，提高了新能源就地消納的能力、裕度以及設(shè)備可靠性和利用水平，有效提升了電網(wǎng)的安全可靠性。

此外，通過“考慮微網(wǎng)并網(wǎng)的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃系統(tǒng)”在長治、忻州、臨汾、大同4個(gè)地區(qū)配電網(wǎng)的應(yīng)用，保證了扶貧光伏并網(wǎng)后的電壓合格率100%，實(shí)現(xiàn)了新能源接入后各電壓等級電網(wǎng)電能質(zhì)量的提升。

“更重要的是，這個(gè)項(xiàng)目為電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行人員提供了有效、靈活的智能化輔助工具平臺，讓諸多‘不確定性’遵循相應(yīng)的‘?dāng)U展秩序’，電網(wǎng)規(guī)劃會更科學(xué)�！表�(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王佳偉說。

技術(shù)

突破

同比整體提升

據(jù)參與研發(fā)的相關(guān)專家介紹，與國內(nèi)外同類技術(shù)比較，該項(xiàng)目具有顯著優(yōu)點(diǎn)和多種優(yōu)勢。

目前，國內(nèi)外對于清潔能源集群接入點(diǎn)選擇和接入容量優(yōu)化方法的研究，主要是研究優(yōu)化接入的經(jīng)濟(jì)性，有時(shí)會降低優(yōu)化效率。本項(xiàng)目考慮了局部網(wǎng)架調(diào)整，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)調(diào)，構(gòu)建了包括潮流均衡度、線路投資、系統(tǒng)有功網(wǎng)損和清潔能源接入總?cè)萘康亩嗄繕?biāo)函數(shù)，潮流均衡度的加入，提高了網(wǎng)源荷的整體協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行效率與投資經(jīng)濟(jì)性整體最大化。

針對分布式資源可信容量度的評估，國內(nèi)外研究主要是考慮配電網(wǎng)故障下分布式資源對可靠性的貢獻(xiàn)計(jì)算等可靠性下能夠替代的變電站容量，未考慮故障下高壓網(wǎng)架與中壓協(xié)調(diào)配合，計(jì)算結(jié)果缺乏實(shí)用性。本項(xiàng)目考慮電源滲透率、出力的不確定性、內(nèi)部控制策略和高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，基于序貫蒙特卡洛和弦切法，提出了配電網(wǎng)分布式資源高壓配電網(wǎng)變電可替代容量的定義、計(jì)算條件和評估方法，提高了可信容量度的精準(zhǔn)性和適用性，為主動配電網(wǎng)變電站容量規(guī)劃及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選擇提供了參考。

當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電和光伏接入輸電網(wǎng)時(shí)，發(fā)電的不確定性將引起電網(wǎng)運(yùn)行電壓波動、風(fēng)險(xiǎn)提高。本項(xiàng)目構(gòu)建了雙層規(guī)劃模型，上層以全壽命周期成本最優(yōu)、下層以最小切負(fù)荷期望為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與安全性的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

此外，針對風(fēng)電場內(nèi)設(shè)備故障引起的發(fā)電功率變化，提出了計(jì)及場內(nèi)拓?fù)浜途�路故障的風(fēng)電場可靠性建模方法，提出了包含交叉熵重要抽樣和動態(tài)故障集的兩階段協(xié)同優(yōu)化方法，大大提高了計(jì)算效率，使可靠性模型精度提高了9.11%，可靠性計(jì)算效率比原始蒙特卡羅法提高了87.29%。

目前針對含大規(guī)模清潔能源的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行評價(jià)時(shí)，大多還在用傳統(tǒng)斷面型潮流計(jì)算分析軟件，如BPA等，不能對風(fēng)險(xiǎn)和電壓波動等概率指標(biāo)進(jìn)行分析。本項(xiàng)目研發(fā)完成了具備暫/穩(wěn)態(tài)分析、可靠性、暫穩(wěn)態(tài)多種風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)性、安全性、電壓波動和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)計(jì)算功能的綜合評價(jià)與決策系統(tǒng)，填補(bǔ)了清潔能源并網(wǎng)的輔助規(guī)劃工具研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的空白。

對于清潔能源消納能力計(jì)算方法、含規(guī)�；�光伏的配電網(wǎng)電壓控制與運(yùn)行分析方法、計(jì)及廣義需求側(cè)資源的配電網(wǎng)儲能配置方法、考慮失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)的配電網(wǎng)光/儲與計(jì)劃孤島協(xié)同規(guī)劃、“考慮微網(wǎng)并網(wǎng)的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃軟件”等多方面研究都填補(bǔ)了國內(nèi)外該領(lǐng)域的空白。

效益

凸顯

應(yīng)用前景廣闊

統(tǒng)計(jì)資料顯示，本項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分可觀。研究成果實(shí)現(xiàn)了山西、青海、吉林等大規(guī)模新能源的并網(wǎng)，提高了山西電網(wǎng)對新能源的消納能力，通過本項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用，共實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益46544萬元。

2015至2016年間，吉林省乾安才字風(fēng)電場并網(wǎng)綜合決策應(yīng)用中，軟件平臺決策得到的方案直接經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)達(dá)5746萬元。2016至2017年，青海省大規(guī)模風(fēng)電及光伏并網(wǎng)綜合決策應(yīng)用中,將推薦方案和傳統(tǒng)規(guī)劃方案進(jìn)行比選兩年期內(nèi)共節(jié)約電網(wǎng)投資4554萬元。2016至2017年，朔州右玉國電高家堡風(fēng)電場利用本課題研究成果優(yōu)化了風(fēng)電場集電線路，分別從經(jīng)濟(jì)輸送容量、導(dǎo)線容許的發(fā)熱條件限制的線路持續(xù)極限輸送容量、電壓損失三方面分析風(fēng)電場集電系統(tǒng)拓?fù)浞桨福�推薦方案在項(xiàng)目投資、運(yùn)行費(fèi)用、停電損失費(fèi)用大幅減少，直接經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)達(dá)2740.19萬元。

光伏扶貧工程是山西貧困地區(qū)摘貧脫困的重要途徑之一，山西承擔(dān)著光伏大規(guī)模并網(wǎng)的任務(wù)。本項(xiàng)目在長治、忻州、臨汾、大同4個(gè)地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)397項(xiàng)、涉及59.9萬千瓦扶貧光伏接入配套電網(wǎng)項(xiàng)目“選址定容”的優(yōu)化，共計(jì)節(jié)省電網(wǎng)建設(shè)投資7895萬元。

綜合評價(jià)與決策系統(tǒng)的應(yīng)用，提升了山西電網(wǎng)對間歇性新能源的接納能力，自2013至2016年間共減少損失電量約7190萬千瓦時(shí)，按照火電機(jī)組每少發(fā)1千瓦時(shí)電，則節(jié)約0.4克標(biāo)準(zhǔn)煤，減少污染排放0.997克二氧化碳、0.03克二氧化硫來計(jì)算，3年可減少煤耗約為2.87萬噸，減少二氧化碳排放約為7.16萬噸，減少二氧化硫排放約為0.2萬噸。

另外，項(xiàng)目研究成果“基于分布式電源接入的山西配電網(wǎng)中壓網(wǎng)架建設(shè)和優(yōu)化”及“考慮微網(wǎng)并網(wǎng)的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃系統(tǒng)”的應(yīng)用，提高了配電網(wǎng)對分布式光伏發(fā)電的接納能力，實(shí)現(xiàn)10.6億千瓦時(shí)光伏發(fā)電，3年共減少煤耗約為42.4萬噸，減少二氧化碳排放105萬噸，減少二氧化硫排放3萬噸。

該項(xiàng)目成果應(yīng)用后，促進(jìn)了山西貧困戶摘貧脫困，取得了較好的節(jié)能減排效果，緩解了能源供給和環(huán)境污染壓力，推動了電力行業(yè)的綠色發(fā)展，有利于促進(jìn)山西省區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近期擬進(jìn)一步推廣應(yīng)用，為高比例清潔能源并網(wǎng)地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行提供技術(shù)支持。

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