李庚银1-新能源电力系统稳定分析

2004 2009 2020
泉州
台
湾
0.34
0.23
且远离负荷中心。
0.2
2004 2009 2020
大电网安全稳定运行面临巨大压力和风险
14
重大科学问题
z 风能和太阳能的能量密度低、品位差，
其时空分布、聚能方法、发电过程与常规
电源有本质差别。
z 空间尺度分散性和时间尺度随机性，导
致宏观和微观不同层面的数学物理模型不
雅安 250 绵阳 440
万县 150
430 荆门
260
武汉 400
沿海核电
250
280 300
青岛
徐州 连云港 沿海核电
210
270
滁州 170
270 盐城 泰州
70 南京
170
164
130 无锡150 上海北 130 上海西
芜湖 290 240
杭北沿海核电
2009
2020
图例
500千伏交流 750千伏交流 1000千伏交流 ±500 千 伏 跨 国 直 流 ±800千伏直流
28
新能源电力系统
传统电力系统
29
2. 新能源发展现状与趋势
2.2 风电发展现状与趋势
4
新能源电力系统分析专题之一
新能源电力系统稳定分析
李庚银教授 Email: ligy@ncepu.edu.cn
Tel：010-61773858
North China Electric Power University
新能源电力系统稳定分析
1 前言 2 新能源发展现状与趋势 3 新能源发电接入特点及新问题 4 新能源接入对系统安全稳定性影响 5 随机-确定性耦合电力系统稳定分析
风电场输出功率随机波动特性
光伏电站输出功率随机波动特性 11
我国新能源电力系统特点（二）
煤炭 70.61%
原油 18.59%
天然气 3.67%
一次电力
7.13%
2009年我国一次能源消费构成
火电 81.82%
水电 15.53%
核电 1.90%
风电 0.75%
2009年我国发电量构成
电源结构性矛盾突出，缺少快速响应新能源电力随机波 动性的调峰能力，大规模新能源电力消纳面临挑战
呼盟2
呼盟4 120 70 伊敏
50
新左旗
中俄背靠背
鄂温克
60
230
至冯屯
蒙古
120 呼盟5
东北 宝清
450
哈尔滨
宝清
260
玛纳斯 140 乌北变 奎屯变
奇台变
皇宫变
220
100 80
150
霍城变
170
90
140 西山变
90
150 东郊变
180
390
哈密变
准东 哈密新厂
哈密电厂
锡盟煤电I
霍林河 450
可再生能源
新能源
水电
风力发电 太阳能发电 生物质能发电 海洋能发电 地热能发电
核电
26
2. 新能源发展现状与趋势
2.1 什么是新能源和新能源电力系统
大力开发包括风能、太阳能、生物质能、核能等在内的新
能源是实现能源与环境可持续发展的必然选择，规模化新能源 电力的接入对传统电力生产格局带来深刻变革与挑战。
新能源电力系统是在传统能源电力生产、输配与利用的基 础上，接纳大容量风能、太阳能等新能源电力的新一代电力系 统，以规模化随机波动新能源电力接入及全面智能化为基本特 征。
27
新能源电力系统
发电
水电 核电 火电
相对确定、可控
风电 光电
强随机波动性
输配电
用电
分布式能源 电动汽车
随着大规模新能源电力接入电网，电力系统需要在随机波动的负荷需 求与随机波动的电源之间实现能量的供需平衡，其结构形态、运行控制方 式以及规划建设与管理发生根本性变革，形成了以新能源电力生产、传输、 消费为主体的新一代电力系统，即新能源电力系统。
6
1. 前言
人类起源与发展的示意图
7
1. 前言
人类利用能源 的开始
8
1. 前言
能源问题是关系人类经济社会发展的重大问题
农业社会
能源只是满足 人们生活需要 的一般要素
工业化时代
能源是经济发 展的重要基础
煤炭成为主要 能源
汽车工业时代
石油、天然气 和煤炭成为主 要能源
当前时代
能源成为社会经 济发展的重要制 约因素
2
课程要求
通过本课程的学习，能够开阔电力系统及其自动化专业 硕士研究生的科研视野，使研究生了解新能源电力系统分析 领域目前的研究热点，能够对研究生后续的学位论文选题有 一定的帮助，并能借鉴最新的研究方法进行研究生自己课题 的研究。
3
新能源电力系统分析专题
1、新能源电力系统稳定分析（李庚银，5月10日） 2、新能源电力系统优化调度（周 明，5月17日） 3、新能源电力系统机网协调（刘文颖，5月24日） 4、新能源电力系统电力电子化与电能质量（肖湘宁，5月31日）
12
我国新能源电力系统特点（三）
大规模西电东送 煤电、水电、风电、光伏
东北
新疆
华北
西北
西藏水电
西藏 四川水电 华中
资源与需求逆向分布金，沙江水电 大容量远距离传输的困 难度P13与复杂性大大增加
南方负荷中心
上海
华东
13
我国新能源电力系统特点（四）
呼盟1
俄罗斯
俄罗斯
满洲里 200
海拉尔
30
100
呼盟3
新能源电力系统分析专题
新能源电力系统分析
李庚银 周明、刘文颖、肖湘宁
North China Electric Power University
主要内容
本课程为系列讲座形式，共分4个部分，主要围绕最近 几年承担的国家自然科学基金重大项目、国家“973”计划、 “863”计划、科技支撑计划等重大科研项目中的最新研究成 果，其核心内容涉及新能源电力系统分析领域最新的研究热 点，具体包括：新能源电力系统稳定分析、新能源电力系统 优化调度、新能源电力系统机网协调和新能源电力系统电力 电子化与电能质量等。
z 2010年：新能源占到能源消费的10%左右，是补充能源
未来中国 z 2020年：新能源占到能源消费的15%左右，是替代能源 新能源定位 z 2030年：新能源占到能源消费的25%左右，是主流能源
z 2050年：新能源占到能源消费的40%左右，是主导10能源
我国新能源电力系统特点（一）
大规模风电、太阳 能光伏电站输出功 率的随机波动性及 不可准确预测性， 造成电力系统调度 运行困难
22
华北电力大学承担的国家级科研项目
风电场接入电力系统的输电可靠性分析与应 用（科技支撑计划-2009）
负 责 人：李庚银 合作单位：中国电力科学研究院
主要研究内容 ¾ 建立含风电场的输电系统可靠性模型 ¾ 建立大型风电场及风电场接入系统的可靠性分析模型
和可靠性评价指标体系 ¾ 提出了风电场接入电力系统的可靠性分析评估方法 ¾ 开发风电场接入电力系统的可靠性分析评估软件
150
120 天津 300
沿海电源
0.23 0.2
西北 西藏
460
2004 羊曲 40
230
× 班多
拉西瓦
215 西宁
79
170
189
川西水电
416 官亭
陕北煤电1、2 宁夏煤电2
永登 白银
银川东
260
280
120
257 宁夏煤电1 260 靖边
150 兰州东
278 平凉
彬长
榆林 延安
220
乾县 120
17
布局国家级科研项目
智能电网中大规模新能源电力安全高效利用 基础研究（973-11） 智能电网关键技术研发（一期）（863重大） 大规模风力发电并网基础科学问题研究（973-
11）
含大规模风电的随机－确定性耦合电力系统 运行与控制基础理论研究（重大项目-11） 智能电网关键技术研发（二期）（863重大）
西藏水电
川西水电
150 乐山
330 重庆 360
恩施 地下电站
280
金华
0.34
雅龙江梯级
金沙江I期 金沙江II期
270
450
300
华中 长沙
380
沿海核电
400 南昌
200
200
华东 360
280 温州
福州
0.2
0.23
我国电网复杂性为世界之最， 大规模新能源电力集中接入，
南方
赣州
410
170 沿海核电
科学问题二. 多元互补机制及协同调控
20
华北电力大学承担的国家级科研项目
随机-确定性耦合电力系统的稳定机理及分析 方法（NSFC重大项目课题三-2012）
负责人：李庚银 合作单位：清华大学
主要研究内容 ¾ 随机－确定性耦合电力系统的多尺度动态特征分析与
随机混成过程建模 ¾ 大规模风电机组并入同步电网本征结构改变下的电力
141
230
天水 180 宝鸡
160
100
150 180 320
渭北 120 渭南
蒙西煤电5
300 晋中煤电
240
晋东榆南林4煤 70电晋中晋东南 300
400
100
340 济南 豫北
360
晋东南煤电 晋东南煤电300
西安东 362 ×
400
徐州煤电 140 驻马店 450
400
南阳 283
淮南煤电 300 329
再是确定性模型，具有高度的随机性。
z 规模化新能源电力变换与接入技术，使
新能源电力系统成为大时间尺度紧密耦合
且具有强随机性的复杂系统。
z 这样一个巨型、复杂、随机、非线性系
பைடு நூலகம்
统的安全、经济运行背后，隐含着尚未认
知的重大科学问题。
15
新能源电力系统国家重点实验室定位
主攻新能源电力系统安全、经济运行的基础和应用基 础理论，深入研究规模化风能、太阳能等新能源电力接入后 对电力系统的影响与交互作用机理，建立大时间尺度紧密耦 合且具有强随机性的复杂电力系统分析、控制理论与方法的 科学研究体系。
1981年8月10~21日联合国新能源和可再生能源会议后，各 国对这类能源的称谓有所不同，但是共同的认识是：除常规化 石能源和核能之外，其他能源都可称之为新能源和可再生能源， 主要指风能、太阳能、地热能、潮汐能、海洋能、生物质能、 氢能和水能。
25
2. 新能源发展现状与趋势
2.1 什么是新能源和新能源电力系统
科学问题三. 故障演化机理及安全防御
时
课题五
课题六
空
新能源电力设备安全
基于广域信息的复杂
多 尺 度 动 力 学
科 学 问 题 一
评估
课题一 新能源电力系统动力 学特性与建模理论
电网保护与安全控制
课题二 新能源电力系统先进
控制理论
特
性
课题三
课题四
多元发电过程分散协
新能源电力系统电网
调控制与调度
结构与输电方式
锡盟煤电II
锡盟煤电III 400
锡盟
220
吉林 240 铁岭
260
库尔勒变
吐鲁番变 350 360
100
344
哈密350 敦煌 350
安西 452
酒泉
张掖
阜新
华北 480
480
300 本溪
蒙西煤电4
唐山
0.34
蒙西煤电2
蒙西
蒙西煤电3
蒙西煤电6
100
420
陕北 蒙西煤电1
450 北京东 280
石家庄
系统稳定机理及分析方法 ¾ 随机-确定性耦合电力系统随机稳定机理及分析方法
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华北电力大学承担的国家级科研项目
适应大规模间歇式电源接入的电网保护控制 技术（863智能电网二期课题八-2012）
负 责 人：毕天姝 合作单位：西南交通大学
北京四方继保自动化股份有限公司
主要研究内容 ¾ 新能源时空多尺度动力学特性分析及建模技术 ¾ 新能源电力系统调度与控制技术 ¾ 新能源电力系统故障特征与保护控制技术
能源稀缺性增强
环境污染和气候 变化加剧
下一次能源革命！ 新能源将成为主
要能源？
9
9
1. 前言
y 我国新能源储量丰富，具有大规模开发的可行性，而电能是 新能源应用的主要媒介，新能源电力系统成为发展趋势
风 电：到2020年装机容量达到1.5亿千瓦，建成7个千万千瓦 风电基地
大型光伏电站：到2020年装机容量达到2000万千瓦，若干百万 千瓦基地
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新能源电力系统稳定分析
1 前言 2 新能源发展现状与趋势 3 新能源发电接入特点及新问题 4 新能源接入对系统安全稳定性影响 5 随机-确定性耦合电力系统稳定分析
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2. 新能源发展现状与趋势
2.1 什么是新能源和新能源电力系统
按1978年12月20日联合国第33届大会第148号决议，新能 源和可再生能源共包括14种能源：太阳能、地热能、潮汐能、 风能、海水温差能、波浪能、木柴、木炭、生物质转化、蓄力、 油页岩、焦油砂及水能。
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华北电力大学承担的国家级科研项目
智能电网中大规模新能源电力安全高效利用 基础研究（973-2012）
首席科学家：刘吉臻
合 作 单 位：清华大学、重庆大学、武汉大学 哈尔滨工业大学、北京交通大学 中国科学院电工研究所 中国电力科学研究院 国电新能源技术研究院
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华北电力大学承担的国家级科研项目
将实验室建设成为科研装备先进、从事国家新能源电 力系统基础和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、 推动学科和交叉学科发展、开展高水平学术交流的重要基 地，从而为我国能源可持续发展以及新能源战略性新兴产 业发展提供科技支撑。
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布局国家级科研项目
大规模非并网风电系统的基础研究（973-07） 分布式发电供能系统相关基础研究（973-08） 基于储能技术的新型电力系统安全运行基础 理论与方法研究 （09重点） 分布式发电微网系统运行控制与保护关键技 术研究（08重点） 基于可再生能源的分布式发电系统能量变换、 控制与并网运行研究（08重点）