高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化高比例可再生能源波動特征及其影響

風(fēng)電和光伏是當(dāng)前技術(shù)最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)。這兩類電源都具有很強(qiáng)的波動性、隨機(jī)性，往往被統(tǒng)稱為波動電源(variable generation, VU)。有文獻(xiàn)對世界各地的大規(guī)模風(fēng)電出力和系統(tǒng)凈負(fù)荷(負(fù)荷與風(fēng)電出力之和)的波動性進(jìn)行了多年統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)全球可按風(fēng)電波動性低、中、高劃分為三類地區(qū)，瑞典、西班牙和德國屬于風(fēng)電低波動地區(qū)，葡萄牙、愛爾蘭、芬蘭和丹麥屬于風(fēng)電中波動地區(qū)，北美的魁北克、邦納維爾電力局、德州可靠性管委會轄區(qū)，中國的甘肅、吉林和遼寧，挪威，丹麥的海上風(fēng)電屬于風(fēng)電高波動區(qū)。低波動區(qū)每小時風(fēng)電爬坡功率不超過額定容量的10%，而高波動區(qū)每小時風(fēng)電爬坡功率可達(dá)額定容量的30%。

光伏出力具有顯著的晝夜周期性。在太陽能資源富集的美國加州地區(qū)，高比例光伏并網(wǎng)導(dǎo)致其凈負(fù)荷呈現(xiàn)“鴨型曲線”，即春季凈負(fù)荷在中午急劇下降而成為全日低谷負(fù)荷點(diǎn)，且這種趨勢隨著光伏接入比例升高而加劇，預(yù)計到2020年將需要系統(tǒng)具有3h內(nèi)13 000 MW的爬坡調(diào)節(jié)能力方可保證不棄光。

風(fēng)電、光伏等波動電源的波動特性源于一次資源。風(fēng)光資源是一種過程能源，不可存儲、不易控制，在不同時間尺度、不同空間范圍，呈現(xiàn)不同的波動特性。

可見，在高比例可再生能源并網(wǎng)的未來電力系統(tǒng)，電源波動甚至超過了負(fù)荷波動而成為系統(tǒng)不確定性的主要來源。而如何應(yīng)對這種電源和負(fù)荷的雙不確定性，也成為系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的核心問題。北美電力可靠性組織(North American Reliability Council, NERC)研究提出，為了消納風(fēng)電、光伏、海洋能和小水電，北美電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行方法要進(jìn)行巨大變革，具體包括以下幾個方面 。

1)開發(fā)多種類型的波動電源，在廣域空間尺度內(nèi)平衡一次資源，并采用先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)波動電源的功率爬坡和電壓控制性能。

2)適應(yīng)高比例波動電源并網(wǎng)，電網(wǎng)輸變電設(shè)施需要顯著增加，保障源荷間功率交換和輔助服務(wù)。

3)新增儲能和可控負(fù)荷，如需求響應(yīng)、電動汽車、大規(guī)模儲能，有助于平衡波動電源的靈活調(diào)節(jié)需求。

4)提升波動電源的出力測量和預(yù)測精度是保障整個系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃可靠性的關(guān)鍵。

5)輸配電網(wǎng)需要更加協(xié)調(diào)地綜合規(guī)劃。

6)需要擴(kuò)大供需平衡區(qū)域規(guī)模以獲得更好的波動電源消納能力。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化高比例可再生能源電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型

高比例可再生能源帶來的不確定性，是電力系統(tǒng)形態(tài)演化的關(guān)鍵驅(qū)動力。

高比例可再生能源驅(qū)動的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型如圖2所示。

歐洲、美國和中國分別提出2050年實(shí)現(xiàn)100%，80%，60%可再生能源電力系統(tǒng)藍(lán)圖。全新場景下，電力系統(tǒng)特征將發(fā)生顯著變化，隨機(jī)波動的風(fēng)能和太陽能成為主力電源，基本取消“基荷”發(fā)電廠，常規(guī)火電機(jī)組在日內(nèi)啟停，并通過水電廠、燃?xì)怆姀S、儲能等靈活資源調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對可再生能源隨機(jī)波動性的互補(bǔ)，靈活性成為規(guī)劃和運(yùn)行關(guān)注的核心問題。

源端的主要趨勢是電源清潔化。風(fēng)電/光伏等可再生能源大力發(fā)展(局地發(fā)電量占比超過30%,水電充分開發(fā)，火電定位調(diào)整，逐步參與調(diào)峰，核電穩(wěn)步發(fā)展，從而形成一種全新的高度清潔化電源格局。

電網(wǎng)的關(guān)鍵特征是電力電子化。遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)和就地平衡供電網(wǎng)絡(luò)因地制宜，差異化并存，交直流混聯(lián)輸電網(wǎng)廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)中多類型新設(shè)備涌現(xiàn)，直流配電技術(shù)得以快速發(fā)展。

負(fù)荷呈現(xiàn)多重不確定性。分布式電源、電動汽車、分布式儲能和雙向負(fù)荷的涌現(xiàn)和接入比例不斷提升，整個系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲”互動藕合特性凸顯，不確定性成為規(guī)劃和運(yùn)行而臨的核心問題 。

以綠色發(fā)展為目標(biāo)，中國即將步入可再生能源大規(guī)模集群并網(wǎng)、高滲透率分散接入并重的高比例發(fā)展階段，電力系統(tǒng)形態(tài)將發(fā)生巨大改變，而且這種形態(tài)演化以外部驅(qū)動力主導(dǎo)，其演化路徑及模擬模型成為首要的科學(xué)問題;而源荷不確定性的劇增，廣義的電力預(yù)測方法又成為一個關(guān)鍵的科學(xué)問題。下面具體闡述這兩個科學(xué)問題。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化高比例可再生能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化機(jī)理問題

高比例可再生能源場景下電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的演化機(jī)理問題，需要探索以清潔低碳化目標(biāo)驅(qū)動的未來能源和電力格局變化趨勢及其演化機(jī)理，以及在低碳清潔發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動下的電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)及其演化機(jī)理。具體而言，包括構(gòu)建而向中遠(yuǎn)期可再生能源的能源發(fā)展規(guī)劃和電源規(guī)劃模型，構(gòu)建能源一電源系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場景；提出輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)特征集及評估方法，構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源集群送出的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)、高滲透率分布式電源和儲能接入的配電網(wǎng)形態(tài)。

1)而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理

研究涵蓋“低碳目標(biāo)-環(huán)境及經(jīng)濟(jì)性約束-內(nèi)生增長動力”的全角度能源規(guī)劃優(yōu)化模型;探索清潔低碳化目標(biāo)驅(qū)動下，中遠(yuǎn)期中國能源格局變化趨勢及特征;建立納入高比例可再生能源時空分布特性、分布式能源與雙向互動特性的儲能等多類型、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性差異化的電源規(guī)劃模型；探索未來電源系統(tǒng)空間協(xié)同發(fā)展與時間動態(tài)演變過程、機(jī)理;提出能源-電力格局評價指標(biāo)體系，并構(gòu)建2030年和2050年的能源-電源系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場景。

2)高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式

研究影響未來輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵因素及作用機(jī)理，交流/直流/交直流等輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)對高比例可再生能源集群送出的適應(yīng)性，高滲透率可再生能源、儲能和互動負(fù)荷靈活接入的配電網(wǎng)形態(tài)特性，高比例可再生能源在輸配電網(wǎng)協(xié)同接入及優(yōu)化配比，以及高比例可再生能源和高度電力電子化條件下的輸配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)形態(tài)及布局場景。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行的電力預(yù)測科學(xué)問題

高比例可再生能源帶來的多時空強(qiáng)不確定性，使得電力預(yù)測方法成為一個科學(xué)問題，具體而言，包括廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理、多時空電力預(yù)測理論與評估方法兩個方面。

1)復(fù)雜多重不確定性場景下廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理研究

研究含分布式新能源、儲能、主動負(fù)荷等廣義負(fù)荷的結(jié)構(gòu)辨識與解析方法;建立高比例可再生能源與電力需求的互動藕合模型與主動負(fù)荷挖掘技術(shù);探索復(fù)雜多重不確定性場景下多時空尺度的負(fù)荷曲線形態(tài)與特性的演變與轉(zhuǎn)移規(guī)律;構(gòu)建電價、氣象、電源結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素與廣義負(fù)荷特性變化的動態(tài)關(guān)聯(lián)模型及多時空負(fù)荷響應(yīng)特性。

2)而向可再生能源并網(wǎng)的多時空電力預(yù)測理論與評估方法研究 研究而向“用戶-饋線-母線-系統(tǒng)”的電力需求及空間負(fù)荷預(yù)測方法;研究“實(shí)時-短期-中期-長期”電力動態(tài)協(xié)調(diào)預(yù)測方法，構(gòu)建不同時間尺度下電力預(yù)測的閉環(huán)協(xié)調(diào)策略;探索描述不同時空尺度可再生能源和負(fù)荷、預(yù)測誤差、波動等不確定特性的區(qū)間預(yù)測與概率預(yù)測方法;建立而向可再生能源消納的電力預(yù)測評估方法，并提出考慮預(yù)測誤差大小、分布及其相關(guān)性的最優(yōu)組合協(xié)調(diào)預(yù)測理論。

為了應(yīng)對氣候變化和環(huán)境污染，世界主要國家能源電力系統(tǒng)正處于清潔化、低碳化和智能化轉(zhuǎn)型時期。構(gòu)建以電為中心的全新能源供應(yīng)格局，電網(wǎng)向集能源開發(fā)、輸送、配置、使用于一體的能源互聯(lián)網(wǎng)演化，正逐漸成為全球共識和目標(biāo)方向。未來，電力系統(tǒng)在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能等環(huán)節(jié)，以及信息通信等方而技術(shù)不斷進(jìn)步、模式持續(xù)創(chuàng)新，系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)特征將呈現(xiàn)急劇變化。

近年來，能源電力的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用進(jìn)入了高度活躍期，各國相繼出臺能源領(lǐng)域技術(shù)規(guī)劃，如美國的《全而能源戰(zhàn)略》團(tuán)，歐洲的《能源路線圖2050》，日本的《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略2050》,韓國的《能源新產(chǎn)業(yè)與核心技術(shù)研發(fā)戰(zhàn)略(2015-2017年)》，中國的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)戶》、《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動路線圖》和《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》等。能源清潔、低碳利用技術(shù)創(chuàng)新是各國關(guān)注的焦點(diǎn)，都突出可再生能源在能源供應(yīng)中的主體地位。

未來電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)預(yù)測也是研究熱點(diǎn)，其關(guān)注重點(diǎn)是進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，提高清潔能源消納比例和電氣化水平。2015年，日本政府成立廣域系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)(OCCTO),2016年，美國能源部公布電網(wǎng)現(xiàn)代化新藍(lán)圖，歐洲輸電聯(lián)盟發(fā)布其第四版十年電網(wǎng)規(guī)劃，英國能源與氣候變化部委托IET研究其未來電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，中國國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。在清潔發(fā)展目標(biāo)驅(qū)動下，電力系統(tǒng)的發(fā)展格局呈現(xiàn)了多樣性特征，源-網(wǎng)-荷-儲各個環(huán)節(jié)急劇變化，信息通信技術(shù)與物理系統(tǒng)的深度融合成為關(guān)鍵趨勢。

與以往歷次技術(shù)革命不同，外部的驅(qū)動因素成為當(dāng)前能源電力科技發(fā)展的重要推動力。無論是化石能源枯竭，還是氣候變化，都促使能源電力系統(tǒng)加快轉(zhuǎn)型。與科技創(chuàng)新這一內(nèi)部驅(qū)動因素的作用機(jī)制不同，外部驅(qū)動帶來的系統(tǒng)變革往往是突變性的，而非連續(xù)漸變模式。因此，在外部驅(qū)動力主導(dǎo)下的能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理，是一個新課題。在低碳化、清潔化發(fā)展趨勢下，高比例新能源將成為未來電力系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，而這一特征將導(dǎo)致整個能源電力系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的規(guī)劃方法及運(yùn)行方式發(fā)生重大變化。

對未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)演化和電力預(yù)測方法的研究理論框架進(jìn)行闡述。首先分析了電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵及其要素，然后從公共驅(qū)動力、市場驅(qū)動力和技術(shù)驅(qū)動力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢分析其對電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響，建立高比例可再生能源驅(qū)動的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型。圍繞高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理和復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行場景下的電力預(yù)測理論兩個科學(xué)問題，提出了高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測的理論研究框架和實(shí)施方案 。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵及其要素

一般而言，“結(jié)構(gòu)”側(cè)重于描述系統(tǒng)各部分的具體連接關(guān)系，而“形態(tài)”則側(cè)重于系統(tǒng)特征抽象指標(biāo)的表征，兩者共同構(gòu)成對系統(tǒng)的完整描述。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)，是指電力系統(tǒng)的組成設(shè)備及其參與者的連接組織形式及交互作用方式。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵與要素如圖1所示，包括對電源、電網(wǎng)、負(fù)荷及二次系統(tǒng)的完整描述。

電網(wǎng)包括輸電和配電部分，但隨著分布式電源的接入比例提升，輸配電網(wǎng)絡(luò)的界限將越來越不清晰;電源除了傳統(tǒng)電源和可再生能源之外，電動汽車和儲能也可視為一種靈活調(diào)節(jié)電源納入系統(tǒng)運(yùn)行;負(fù)荷側(cè)將涌現(xiàn)多種新設(shè)施，具備主動響應(yīng)能力和雙向互動能力，從而使得用戶參與系統(tǒng)運(yùn)行成為可能;二次系統(tǒng)以通信信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度、保護(hù)、控制、交易的綜合優(yōu)化運(yùn)行。事實(shí)上，電力作為潔凈優(yōu)質(zhì)二次能源，在整個能源系統(tǒng)中占據(jù)日趨重要的地位，其結(jié)構(gòu)形態(tài)也需要納入整個能源系統(tǒng)形態(tài)中進(jìn)行整體考量。從能源系統(tǒng)形態(tài)來看，當(dāng)前電力形態(tài)的關(guān)鍵熱點(diǎn)是“兩個替代”，即能源生產(chǎn)的清潔替代和能源消費(fèi)的電能替代，從而提升整個能源系統(tǒng)的電氣化水平，降低對化石能源的依賴程度，提高可持續(xù)發(fā)展能力 。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化電力系統(tǒng)形態(tài)演化的驅(qū)動力

電力系統(tǒng)形態(tài)演化的驅(qū)動力主要來源于三個方而，即公共驅(qū)動因素、市場驅(qū)動因素和技術(shù)驅(qū)動因素。

公共驅(qū)動因素主要反映國家層而的戰(zhàn)略需求，包括現(xiàn)代化進(jìn)程、資源環(huán)境約束、氣候變化與低碳經(jīng)濟(jì)、國家安全等四個方面。

市場驅(qū)動因素主要反映產(chǎn)業(yè)和企業(yè)層而的戰(zhàn)略需求，包括市場化改革進(jìn)程，能源系統(tǒng)優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的輻射、拉動和集聚效應(yīng)，現(xiàn)代企業(yè)制度的發(fā)展與變革等四個方面。

技術(shù)驅(qū)動因素主要源于電力系統(tǒng)發(fā)展而臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和機(jī)遇，當(dāng)前的主要熱點(diǎn)有通信信息技術(shù)與“物聯(lián)網(wǎng)”、清潔能源與儲能技術(shù)、非化石燃料交通能源技術(shù)、新材料技術(shù)(重點(diǎn)包括先進(jìn)電力電子技術(shù)和超導(dǎo)電力技術(shù)等)等。

不同時間、環(huán)境下，電力系統(tǒng)的驅(qū)動力作用大小和模式存在差別。以技術(shù)為主的驅(qū)動模式下，是一種由內(nèi)而外的演化方式，新技術(shù)替代舊技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能指標(biāo)提升，是一種漸變式發(fā)展，整個形態(tài)演變可預(yù)測程度較高。而公共驅(qū)動因素則是一種外部壓力驅(qū)動模式，其作用力強(qiáng)大，往往導(dǎo)致一種躍遷式發(fā)展模式，整個體系可能被重構(gòu)，形態(tài)演變可預(yù)測程度較低乃至完全不可預(yù)期。市場驅(qū)動因素的作用力介于其間，一方而市場化改革有助于還原電力商品屬，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置;但另外一方而，電網(wǎng)的社會基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)屬性，決定了自然壟斷性和非完全盈利性 。

根據(jù)上述的科學(xué)問題，高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測的研究體系可分解為而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理、高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式、復(fù)雜多重不確定性場景下廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理、而向可再生能源并網(wǎng)的多時空電力預(yù)測理論與評估方法等四個研究點(diǎn)，其研究體系分別描述如下。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化面向中遠(yuǎn)期的能源格局及演化機(jī)理

在研究中首先構(gòu)建以低碳發(fā)展為目標(biāo)的能源和電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，模型納入高比例可再生能源時空分布特性、供給特點(diǎn)，以及分布式能源與雙向互動儲能模塊等，采用隨機(jī)生產(chǎn)模擬和競爭性投資決策相結(jié)合的雙層規(guī)劃思路，解決大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒竽茉春碗娏ο到y(tǒng)規(guī)劃所而臨的多重不確定性及格局演化建模與表征問題。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式

高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式的研究體系及思路如圖3所示。

輸電網(wǎng)形態(tài)部分側(cè)重研究其對高比例可再生能源集群送出的適應(yīng)性，主要針對中國大型可再生能源基地的實(shí)際背景開展研究。而配電網(wǎng)形態(tài)特性則與可再生能源、互動負(fù)荷、儲能等的技術(shù)特征和接入比例緊密藕合，可能呈現(xiàn)出完全不同的特性。考慮到可再生能源集中接入和分散接入并重，需要研究高比例可再生能源在輸配電網(wǎng)的協(xié)同接入及優(yōu)化配比。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化不確定廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理

復(fù)雜多重不確定性場景下廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理的研究體系及思路如圖4所示。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立源荷關(guān)聯(lián)的廣義負(fù)荷概念，從結(jié)構(gòu)辨識、演變機(jī)理、響應(yīng)特性和互動藕合四個方而研究其特性和藕合機(jī)理。結(jié)構(gòu)辨識廣泛收集不同類別的負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用結(jié)構(gòu)辨識與數(shù)據(jù)挖掘的方法，分析負(fù)荷特性、負(fù)荷與外界影響因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系、負(fù)荷時空響應(yīng)特性、在不同市場規(guī)則下不同用戶的響應(yīng)特性等;演變機(jī)理則研究長期行業(yè)電量與經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)聯(lián)動特性，研究未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、供給側(cè)改革、人口增長對各個行業(yè)的負(fù)荷需求和負(fù)荷特性的影響，并識別不同行業(yè)負(fù)荷之間的傳遞或者協(xié)同的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系;響應(yīng)特性研究負(fù)荷、新能源發(fā)電在電力市場環(huán)境下多維變量(時間、空間、交易規(guī)則等)下的響應(yīng)特性，構(gòu)建不同類別負(fù)荷、可再生能源發(fā)電與電價波動、氣象因素的動態(tài)關(guān)聯(lián)解析模型。關(guān)聯(lián)關(guān)系側(cè)重研究短時用電需求、可再生能源發(fā)電、氣象、電力市場等的關(guān)聯(lián)特性研究，研究不同行業(yè)、區(qū)域內(nèi)負(fù)荷對氣象、電價、能源結(jié)構(gòu)變化，以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整(高比例/高滲透率可再生能源分布式電源)等外在因素的敏感性。

高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化可再生能源并網(wǎng)的電力預(yù)測理論與評估方法

面向可再生能源并網(wǎng)的多時空電力預(yù)測理論與評估方法的研究體系和思路如圖5所示。

復(fù)雜多重不確定性場景及其多時空尺度預(yù)測理論的研究是核心，構(gòu)建而向用戶-饋線-母線-系統(tǒng)、實(shí)時-短期-中期-長期的可再生能源與需求互動的多時空電力預(yù)測模型，提出考慮預(yù)測誤差相關(guān)性的區(qū)間預(yù)測與概率預(yù)測，考慮高比例可再生能源消納的預(yù)測評估與最優(yōu)組合協(xié)調(diào)預(yù)測理論。

在能源革命背景下，未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)將會發(fā)生巨大改變。對電力系統(tǒng)形態(tài)演化和電力預(yù)測方法的研究理論框架進(jìn)行綜述，首先分析了電力系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵及其要素，然后從公共驅(qū)動力、市場驅(qū)動力和技術(shù)驅(qū)動力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢分析其對電力系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，建立高比例可再生能源驅(qū)動的電力系統(tǒng)形態(tài)演化模型。

圍繞高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理和復(fù)雜多重不確定性運(yùn)行場景下的電力預(yù)測理論兩個科學(xué)問題，高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化及電力預(yù)測的研究體系可分解為而向中遠(yuǎn)期低碳化發(fā)展的能源電力格局及演化機(jī)理、高比例可再生能源與高度電力電子化條件下輸配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)及演化模式、復(fù)雜多重不確定性場景下廣義負(fù)荷特性及其互動藕合機(jī)理、面向可再生能源并網(wǎng)的多時空電力預(yù)測理論與評估方法等四個方面開展研究，對其研究體系進(jìn)行了詳細(xì)闡述。2100433B

比例系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)也稱為無慣性環(huán)節(jié)，對于液壓缸或馬達(dá)，忽略液壓油的可壓縮性和泄漏，液壓缸的流量Q=VA。其中V為活塞速度，A為活塞面積。

其傳遞函數(shù)為：

比例系統(tǒng)比例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

比例控制系統(tǒng)根據(jù)有無反饋分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。如比例閥控制液壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等的控制，其控制系統(tǒng)方框圖如圖1。

由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低，只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干擾的場合，但開環(huán)控制系統(tǒng)一般不存在所謂穩(wěn)定性問題。而閉環(huán)控制系統(tǒng)（即反饋控制系統(tǒng)）的優(yōu)點(diǎn)是對內(nèi)部和外部干擾不敏感，但反饋帶來了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。只要系統(tǒng)穩(wěn)定，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以保持較高的精度。因此，目前普遍采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2 。

可再生能源電力配額是按省級行政區(qū)域?qū)﹄娏οM(fèi)規(guī)定應(yīng)達(dá)到的可再生能源比重指標(biāo)，包括可再生能源電力總量配額和非水電可再生能源電力配額。滿足總量配額的可再生能源電力包括全部可再生能源發(fā)電種類，滿足非水電配額的可再生能源電力包括除水電以外的其他可再生能源發(fā)電種類。

可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，是指按省級行政區(qū)域?qū)﹄娏οM(fèi)規(guī)定應(yīng)達(dá)到的可再生能源電量比重，包括可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重和非水電可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重。 2100433B