2024新能源并网技术发展现状及展望报告

新能源并网技术发展现状及展望 李庆 中国电力科学研究院 2024年2月 新能源并网特性 新能源并网技术发展现状 目录 展望 新能源并网特性 1.1资源特性 口新能源资源具有随机性与波动性 ■风、光等新能源资源不可运输与存储（不能突破资源上限而向上调节）、能量密度低、随机波动性强、且空间 分布差异大。 ■新能源发电出力不确定度大，难以准确预测与调度， 风 电日内 08 光伏" 常规电源 1220日内 AAAAAAAN 风电不确定性 20 时E/h 光伏不确定性 不同电源连续7日出力曲线对比风电/光伏在不同时间尺度下的预测不确定性（区间越宽不确定性越大） 新能源并网特性 1.2设备特性 口新能源设备具有低抗扰与弱支撑性 ■新能源发电设备抗扰性低，耐压、过流能力弱，受扰后易脱网，主动支撑能力弱 ■发电单元数量多、类型多，不同类型、型号的新能源故障穿越特性、宽频带动态特性差异巨大。 耐压能力过流能力脱网 风 电 光 0.9~1.1p.u.0~1.5p.u.伏 2 00.10.20.30.4 vsVS2 常 规 00.10.2 0.30.4 恢复 源 电电流 AAANIMAAVIMUAANWWWMMWANNUAANMWAAR 0~2p.u.0~7p.u. -2 4 0.10.20.30.4 时间/s 不同发电设备耐压、过流能力对比新能源变扰后易脱网 新能源并网特性 1.3带来的挑战 口高效消纳 ■新能源发电随机强、预测偏差较大，集中式与分布式新能源的大规模接入并替代常规电源装机，使得系统调节能力不足，功率平衡难度增大；此外，“三北”地区大规模新能源基地以特高压直流外送为主要消纳形式 ，受灵活调节资源不足等因素影响，高效消纳面临很大挑战。 140 120 (GW) 18000 水电火电光伏光热风电弃电外送负荷 15000 100 12000 80 0006 606000 3000 40 20 3000 4:48:009:36.001424:0010:12-000:00:00-6000 -10 光伏风电 -9000 时(间]/h 2025年新能源日内最大功率波动预计达到2亿干瓦高比例新能源电力系统电力平衡图 新能源并网特性 1.3带来的挑战 口稳定运行 ■自2009年起，国内外频繁发生新能源宽频振荡事故，导致新能源脱网、设备损坏等严重后果。 ■2009年起，美国得州风电经串补送出系统发生20Hz振荡数次。 ■2015年-2017年，新疆哈密风电基地频繁发生次/超同步振荡问题，因振荡切除风电100余次。 河北沽源风电经广东南澳风电经张北新能源经柔张北新能源经柔直德国北海风电经串补送出系统柔直送出系统直送出系统送出系统柔直送出系统 (4~9Hz)(30Hz)(44/56Hz)(58Hz)(250~350Hz) OHz10Hz10°Hz103Hz10°Hz 美国明尼苏达风电美国德州风电经上海南汇风电经新疆哈密风电经交张北新能源经张北新能源经经串补送出系统串补送出系统柔直送出系统流电网送出系统柔直送出系统桑直送出系统 (10~13Hz)(20Hz)(20~30Hz)(25/75Hz)(650-900Hz)(3410~4250Hz) 各国新能源振荡事故统计 新能源并网特性 新能源并网技术发展现状 目录一 展望 高效消纳技术 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术一国外发展情况 国外新能源功率预测起步较早，在上世纪90年代就开始了大范围的研究，其研究的重点主要集中在单场站层面，主要关注短期和超短期两个时间尺度，预测主要应用于电力市场交易。 新能源功率预测 电力市场 二新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术一国内发展情况 我国新能源功率预测研究虽然起步较晚，但发展迅速。2008年，我国首套风电功率预测系统在吉林 输居 省电力公司投运，我国根据应用需求对新能源功率预测的内涵进行了拓展，形成了多时间尺度，多空间范围，多预报对象，不同预测形式的预测体系 日过其度空间范围 巢机1值尖 口集 疆测 预测模型 单场站数值天 锁报 预测对象换愈报 口持续模型口人工智能方法口风电口确定预测 物理方法口多元组合方法口光伏概率预测 统计方法分布式事件预测。 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术一技术路线 新能源功率预测包含气象预报、预测模型、结果处理三个环节。气象输入数据通过数值天气预报获得 ，对功率预测精度影响较大；预测模型用于计算预测结果，其核心是以误差最小化为自标，建立气象要素与功率之间的非线性映射模型，将预报风速、辐照强度等气象参量转化为功率序列：结果处理主要完成预测结果优化、偏差区间评估等，支撑功率预测的应用 风电超短风电超期风电集群风电概车风电爬坡确定性预 SCADA期预测功率预测预测技术预测技术预测技术测结果 天气预报系统系统 AA 结果 历史天气实时功率风电功率预测模型事件预测 预报数据数据 光伏超短光伏短期分钟级光分布式光光伏概率期预测功率预测伏预测代预测预测 数据 实时天气历史功率 预报数据 MAN 概率预测 结果 预测输入数据光伏功率预测模型预测结果 气象流信息流 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术电力数值天气预✲ 面向新能源预测应用需求，中国电科院目前已✁成电力数值天气预✲中心。中心以GFS、EC、GEM、GSM等主流背景场数据为输入，发挥电力与气象机构资源监测网络的互补优势，基于实时四维资料同化、快速循环更新、集合预✲、模式统计后处理等技术实现了电力数值天气预✲业务化，每天生产覆盖全国、空间分辨率3km×3km的未来10天网格化数值天气预✲， 气象风/光 测站电站配置刀片服务器600台，计算核16080颗， 存储容量为2.6PB，运算速度500万亿次/秒。 模式输入观测数据模式后处理 背景场GFS数据主模式模拟结果图显 背景场GEM数据实时四维快速更结果诊断分析 数据同化新循环 背景场GSM数据预✲结果定制 集合概 背景场EC数据...率预✲ 电力数值天气预✲生产流程电力数值天气预✲中心高性能计算系统业务化生产的网格化数值天气预✲产品 11 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术一单站功率预测 新能源单站功率预测以NWP为输入，通过✁立NWP与实际功率的映射模型进行预测，近年来综合利用波动过程及天气类型划分等方法，实现了更精细化的预测✁模 掌输出功军波动过程波动过程划分贴空相关因子 中法动过程(10-56-365) 大液动过程 晴天视型 (01-96-115)/00m0000 (1196247) (1>96*67) (1>55 I1x56=38(1r95x30) 面向波动过程的风电功率预测结果预测模型框架基于天气分型的光伏功率预测结果 12 二新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术集群功率预测 新能源集群功率预测综合考虑区域新能源出力间的交互影响及区域天气系统的全局信息，以网格化NWP数据为输入，以集群功率为输出，构✁深度学习网络模型，可实现对区域新能源集群功率的总体预测，具有较高的复杂信息融合能力和预测✁模效率 天气系统响酒 象特 征 场站布局网格化NWP 区域信息输入数据深度学习网络模型集群功率预测结果 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术超短期功率预测 超短期功率预测以近时刻的实际功率，测风/测光数据，NWP数据，云观测数据为输入，充分挖掘4小时时间尺度内风电/光伏功率序列在时序上的强相关性，可每15分钟一次滚动预测未来4小时的功率，取得比短期尺度更高的预测精度， 多风场 超短期功率预测 历史功率卫星云图 目标场站区域提取预测 NWP光流法光流法计算相邻图像位移 获取未来✁挡场站的区域性外推 预测模型 风电超短期功率预测 获取输入特征 请空时间 模型模型光伏超短期功率预测 预测目标场站未来0-4h功率 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术中长期电量预测 以新能源历史电量数据和气候预✲数据为基础，在关键气象参数探索与构✁的基础上，采用统计分析及 人工智能方法，构✁风/光电量的月度、年度预测模型，实现对新能源场站未来1年逐月电量的滚动预测。 风能资源分析气象 中长期气象数据预测 实际功率曲线拟合 中长期尺度气象 再分威布尔参数方法 析数 气象参数与电 统计特性分析卡尔曼ARMA 量转化方法 据用释 平均辐照度滤波法方法 光伏资源分析线性参数识别 25 20 月度均方根误差%11.01 10 季度均方根误差%9.81 1971-2017年中国区域季节平均风速分布 0 1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月 月电量实际值一月电量预测值 年度均方根误差% 7.41 15 新能源并网技术发展现状 2.1新能源功率预测技术概率预测 在分析预测误差特性的基础上，✁立可表征预测不确定性的概率预测模型，生成不同置信度下的预测区 间，通过提供预测风险概率信息，辅助新能源纳入平衡的决策制定。 新能源功率 条国件影素响 天气过程 历史数据气象预✲变量新能源 预测功率 条件样本集划分 新能源功率的条件概率分布 ✁立概率预测模型 东北风电、光伏的概率预测结果 新能源井网技术发展现状 2.2优化调度技术新能源年-月一日前-日内随机优化调度 基于预测多场景的随机优化调度技术能够充分考虑新能源场站的预测不确定性，通过新能源与各类调节资源 在年-月-日前-日内不同时间尺度的互补协调调度，挖掘风光水气火储等资源的多能互补作用，实现新能源的最 大化消纳。 年/月电量计划优化日前/日内随机优化调度 风光序列构✁ 年/月电量优化模 日前/日内两阶段随机优化模型 型第一阶段 电电源启停方案 s.1.FxSTHysh 4x+Bysg 新xbinary 机组聚合 源 网聚合 6072 边界场景限定范国示意 第二阶段 电源出力计划 日超短期 预测滚 随机变量 减少80% 以上 滚内动更新 动 水-热可调节水电站库容约束 AAAAAA 遥周求解 防机变录个数 88885555 传烧调度两阶股题机优化用度 电多能星平街 考忠热管网热延迟的热电梯合 机组开机台数组合随机变量规模变化 调度方法 自备电厂网用电总量平衡约束 新能源并网技术发展现状 2.2优化调度技术新能源年-月-日前-日内随机优化调度 依托D5000平台研发的新能源年/月/日前/日内随机优化调度系统在青海、新疆电网开展示范应用，并推厂 至西北、东北、甘肃等8个省级和区域电网；基于新一代调控平台的新能源调度应用实现了对新能源实时调度、生产运行管理等全过程多环节的服务支撑，在西北、青海等省份部署应用。 新能源电力系统年-月-日前-日内随机优化调度系统新一代调控平台新能源调度应用 18 新能源并网技术发展现状 2.3生产模拟技术新能源电力系统时序生产模拟 基于全年8760h电力电量平衡的时序生产模拟技术可以充分考虑新能源的随机波动性，准确刻画电力系统复杂的源-网-荷-储运行方式，能够科学量化评估系统的新能源消纳能力、系统供电不足风险等，为新能源装机 时序和布局优化提供决策支撑。 弃光■弃风 光伏发电 20000 弃电时段 1800016000140001200010000 8000 风电水电火电负荷 供电不足时段数据 优化 Lh 计算 6000 4000 2000结果 分析 时间(h) 新能源电力系统电力平衡图新能源电力系统时序生产模拟流程图 19 二、新能源网技术发展现状 2.3生产模拟技术新能源电力系统时序生产模拟软件 新能源电力系统生产模拟软件（REPSs）能够满足新能源新能源接纳能力评估、并网时序优化、年/月电量 计划优化等应用需求，是新能源消纳能力分析及年/月运行方式优化的标准工具，已应用于国调中心、南网总调 、西北、甘肃等24个省级及以上电网。 R-R新能源电力系统生产模拟软件3.0 新能源电力系统生产模拟软件与协同计算平台软件应用推广情况 20 新能源并网技术发展现状 2.4分布式承载力评估技术主配协同的分布式光伏接入电网承载力评估 基于配网设