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電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究中具有重要作用，然而當(dāng)前高比例可再生能源滲透電網(wǎng)規(guī)劃算例稀缺。針對該問題，清華大學(xué)電機(jī)系團(tuán)隊牽頭研究提出了HRP-38系統(tǒng)。目前該標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)已進(jìn)入IEEEDataPort數(shù)據(jù)庫并提供開放下載(需用IEEE賬號登錄)，下載鏈接見文末。

本微文主要內(nèi)容源自Transmission Expansion Planning Test System for AC/DC Hybrid Grid With High Variable Renewable Energy Penetration(高比例可再生能源并網(wǎng)下的交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)劃測試系統(tǒng)), 該文已在IEEE Transactions on Power Systems優(yōu)先發(fā)表。

論文信息

作者：

卓振宇¹、張寧¹、楊經(jīng)緯¹、康重慶¹，Charlie Smith(查理·史密斯)²、Mark J. O’Malley(馬克·奧馬里)³、Benjamin Kroposki(本杰明·克羅波斯基)³

單位：

1.清華大學(xué)電機(jī)系

2.能源系統(tǒng)集成研究會(ESIG)

3.美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)

論文全文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8931650

文章導(dǎo)讀

電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究中具有重要作用。目前廣泛使用的一系列IEEE標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)提出的年代較早，缺乏可再生能源并網(wǎng)及交直流混聯(lián)等要素。現(xiàn)有的研究往往在原有IEEE標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上額外加入可再生能源以及直流線路。由于不同研究對原始標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)的修改不同，難以進(jìn)行橫向的對比，不利于面向高比例可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)的研究。

針對當(dāng)前高比例可再生能源滲透電網(wǎng)規(guī)劃算例稀缺這一問題，本文基于我國西北750kV電網(wǎng)2030年規(guī)劃方案之一，通過網(wǎng)架化簡以及數(shù)據(jù)脫敏，設(shè)計了面向輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與運(yùn)行的38節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)：HRP-38系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)電源形態(tài)具備“高比例”可再生能源的特征，非水可再生能源電量滲透率高達(dá)30%(容量占比47.2%，為峰荷的1.05倍)；給出了現(xiàn)有網(wǎng)架以及待選線路，其中待選線路同時包含交流和直流線路以考慮未來電網(wǎng)可能的多種形態(tài)。該測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)集為電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行的研究提供了一個公共的研究平臺，為高比例可再生能源滲透地區(qū)的電源與電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行優(yōu)化建模與優(yōu)化求解方法提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究人員可以在同一測試系統(tǒng)下對比電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行、模型與算法的性能。

主要內(nèi)容

算例系統(tǒng)特點(diǎn)

本算例系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1

算例數(shù)據(jù)庫中提供了詳細(xì)的8760小時負(fù)荷與風(fēng)電光伏出力數(shù)據(jù)，可以用于各類高比例可再生能源滲透背景下的規(guī)劃或運(yùn)行方法研究。

2

算例系統(tǒng)中的電源結(jié)構(gòu)中包含大量的風(fēng)電與光伏裝機(jī)，風(fēng)力和光伏的電能滲透率大于30％，適用于高比例可再生能源滲透率下的輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究。

3

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒鍌€區(qū)域，對應(yīng)五個省級電網(wǎng)，每個區(qū)域具有不同的裝機(jī)稟賦和不同的供需平衡特性。規(guī)劃前的已建網(wǎng)絡(luò)同時存在調(diào)峰和輸電網(wǎng)阻塞等問題，這為測試規(guī)劃技術(shù)或算法的性能提供了足夠的復(fù)雜性。

4

待選線路集合中同時包含了交流和直線線路以使規(guī)劃方案多樣化，輸變電工程與發(fā)電機(jī)組的投資成本和發(fā)電機(jī)的運(yùn)營成本也包括在內(nèi)。

本文的貢獻(xiàn)包括兩個方面：1)本算例為針對輸電網(wǎng)規(guī)劃研究而開發(fā)的中型測試系統(tǒng)，包括風(fēng)光新能源小時級數(shù)據(jù)和交流與直流線路的待選集合。2)通過實(shí)證算例分析，本文提供了4種不同優(yōu)化目標(biāo)與滲透率設(shè)定下的輸電網(wǎng)規(guī)劃方案，為未來研究人員的研究應(yīng)用提供了參考與比較基準(zhǔn)。

算例系統(tǒng)基本情況

本文提出的HRP-38測試系統(tǒng)是基于我國的實(shí)際電網(wǎng)，提取了38個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將原拓?fù)浣Y(jié)果簡化為一個中等大小系統(tǒng)，并保持了原系統(tǒng)的基本特征使問題易于處理。HRP-38系統(tǒng)中已建網(wǎng)絡(luò)的布局如圖1所示。

? 圖1

系統(tǒng)包含5個區(qū)域共38個節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)共143臺發(fā)電其中57臺發(fā)電機(jī)為常規(guī)機(jī)組，包括火電和水力發(fā)電，總裝機(jī)容量為328.6GW，其他發(fā)電機(jī)為風(fēng)力或光伏機(jī)組。由于高比例可再生能源滲透帶來的主要挑戰(zhàn)是其波動性和不確定性，因此本系統(tǒng)中的可再生能源機(jī)組僅包括風(fēng)能和光伏，而不包括其他形式如光熱和生物質(zhì)電能。系統(tǒng)中已建網(wǎng)絡(luò)包含102條支路，待選支路集合包含88條交流支路與9條直流支路。算例系統(tǒng)的具體基本參數(shù)如表1所示。

? 表1?

參數(shù)? ?			數(shù)值? ?
區(qū)域數(shù)量 節(jié)點(diǎn)數(shù)量 發(fā)電機(jī)組數(shù)量 已建線路 交流待選線路 直流待選線路 基準(zhǔn)容量(MVA) 基準(zhǔn)電壓(kV) 峰值負(fù)荷(GW) 常規(guī)機(jī)組裝機(jī)容量(GW) 可再生能源機(jī)組裝機(jī)容量 (GW)		5 38 143 102 88 9 100 800 281.1 328.6 294.3

機(jī)組數(shù)據(jù)

HRP-38中系統(tǒng)考慮了4種發(fā)電技術(shù)：火電、水電、光伏和風(fēng)力發(fā)電。燃煤機(jī)組是我國電源結(jié)構(gòu)主要組成部分，但未來燃?xì)鈾C(jī)組憑借其靈活性與低碳特性具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?#xff0c;為了系統(tǒng)通用性，本算例將火力發(fā)電進(jìn)一步細(xì)分為燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組。發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)位置與裝機(jī)容量源于實(shí)際電力系統(tǒng)并進(jìn)行了修改以簡化計算。系統(tǒng)總裝機(jī)容量為622.9GW為是整個系統(tǒng)峰荷的2.21倍。非水可再生能源裝機(jī)容量為294.3GW。光伏和風(fēng)能的電能滲透率(可再生能源年發(fā)電量與負(fù)荷能量需求的比率)為30.06%。不同地區(qū)具有不同的裝機(jī)特點(diǎn)，五個區(qū)域的電源結(jié)構(gòu)如圖2所示。

? 圖2

每臺機(jī)組的發(fā)電特性由12個參數(shù)描述，包括：最大容量(MW)、最小功率輸出率(%)、強(qiáng)迫停機(jī)率(%)、CO₂排放率(kg/kWh)、最大爬坡率(%/min)、啟動成本(CNY/MW)、固定成本(CNY/MW/年)、可變成本(CNY/MWh/年)、最小開關(guān)機(jī)時間(h)，熱耗率(Btu/kWh)、燃料成本(CNY/mmBtu)和投資成本(CNY)。

風(fēng)光新能源8760小時數(shù)據(jù)

對于風(fēng)光新能源機(jī)組，除了上述12個參數(shù)外，算例數(shù)據(jù)庫中還提供了8760小時可再生能源出力序列，以體現(xiàn)風(fēng)光新能源的可變性。該數(shù)據(jù)由GOPT電力系統(tǒng)分析軟件根據(jù)電力節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)際地理位置和新能源歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對風(fēng)電和光伏出力數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真得到。對于風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)速時間序列數(shù)據(jù)應(yīng)用隨機(jī)微分方程法生成，該方法考慮了風(fēng)速概率分布、時空相關(guān)性、季節(jié)和日變化規(guī)律。copula理論被應(yīng)用于刻畫多個風(fēng)電場之間的空間相關(guān)性。光伏發(fā)電仿真技術(shù)結(jié)合了統(tǒng)計模型和物理模型。首先采用全球太陽輻照模型對光伏輸出的確定性部分進(jìn)行建模，然后引入光伏出力遮擋因子的概念來評估光伏輸出的不確定性部分。算例系統(tǒng)風(fēng)光出力的典型出力曲線如圖3所示。

? 圖3

算例分析與結(jié)果

本文在HRP-38系統(tǒng)上測試了經(jīng)典的兩階段輸電網(wǎng)規(guī)劃模型。在兩階段的輸電網(wǎng)模型中，投資決策在第一階段確定，第二階段則表示在每個代表日下的系統(tǒng)運(yùn)行模擬。該模型目標(biāo)為最小化系統(tǒng)水平年的投資成本與運(yùn)行成本。本文比較了四種不同參數(shù)設(shè)置的方案。

方案一，所有的參數(shù)都按照原始數(shù)據(jù)庫中描述的進(jìn)行設(shè)置，不考慮直流待選線路。方案二考慮了DC候選分支。在方案一和方案二的基礎(chǔ)上，每個風(fēng)光機(jī)組裝機(jī)容量均按1.67的比例放大，以分別生成方案三和方案四。因此，方案三和方案四風(fēng)光電量滲透率達(dá)50%。后兩種情況用以模擬具有更高比例可再生能源滲透的情況。四種方案模擬得到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)如表2所示。

? 表2?

性能指標(biāo)	方案一	方案二	方案三	方案四
年化投資成本 (10億 CNY)	1.896	3.317	2.874	4.901
運(yùn)行成本 (10億 CNY)	267.725	267.282	194.357	191.467
總成本?(10億 CNY)	269.62	270.599	197.231	196.369
棄風(fēng)棄光率 (%)	0.6373	0.3359	9.7284	8.5428
切負(fù)荷電量 (MWh)	0	0	0	0

標(biāo)準(zhǔn)算例數(shù)據(jù)下載鏈接：

IEEEDataPort:?

https://ieee-dataport.org/documents/dataset-hrp-38-test-system

Github:?

https://github.com/Karl-Zhuo/Dataset-of-HRP-38-test-system

編輯：張鵬

審核：白愷

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的典型ieee3机9节点电力系统潮流分析_【最新学术进展】清华大学电机系牵头研究推出高比例可再生能源电力系统标准测试系统HRP38...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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