高比例可再生能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化科學(xué)問(wèn)題剖析及研究?jī)?nèi)容

以綠色發(fā)展為目標(biāo)，中國(guó)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(dòng)力主導(dǎo)，其演化路徑及模擬模型成為首要的科學(xué)問(wèn)題;而源荷不確定性的劇增，廣義的電力預(yù)測(cè)方法又成為一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。下面具體闡述這兩個(gè)科學(xué)問(wèn)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(wèn)題

高比例可再生能源場(chǎng)景下電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的演化機(jī)理問(wèn)題，需要探索以清潔低碳化目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的未來(lái)能源和電力格局變化趨勢(shì)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(dòng)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(chǎng)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(píng)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(chǔ)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(zhǎng)動(dòng)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(dòng)下，中遠(yuǎn)期中國(guó)能源格局變化趨勢(shì)及特征;建立納入高比例可再生能源時(shí)空分布特性、分布式能源與雙向互動(dòng)特性的儲(chǔ)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(lái)電源系統(tǒng)空間協(xié)同發(fā)展與時(shí)間動(dòng)態(tài)演變過(guò)程、機(jī)理;提出能源-電力格局評(píng)價(jià)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(chǎng)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(lái)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(duì)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(chǔ)能和互動(dòng)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(chǎng)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(cè)科學(xué)問(wèn)題

高比例可再生能源帶來(lái)的多時(shí)空強(qiáng)不確定性，使得電力預(yù)測(cè)方法成為一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，具體而言，包括廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法兩個(gè)方面。

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

研究含分布式新能源、儲(chǔ)能、主動(dòng)負(fù)荷等廣義負(fù)荷的結(jié)構(gòu)辨識(shí)與解析方法;建立高比例可再生能源與電力需求的互動(dòng)藕合模型與主動(dòng)負(fù)荷挖掘技術(shù);探索復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下多時(shí)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(jià)、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(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)模型及多時(shí)空負(fù)荷響應(yīng)特性。

2)而向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)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(cè)方法;研究“實(shí)時(shí)-短期-中期-長(zhǎng)期”電力動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建不同時(shí)間尺度下電力預(yù)測(cè)的閉環(huán)協(xié)調(diào)策略;探索描述不同時(shí)空尺度可再生能源和負(fù)荷、預(yù)測(cè)誤差、波動(dòng)等不確定特性的區(qū)間預(yù)測(cè)與概率預(yù)測(cè)方法;建立而向可再生能源消納的電力預(yù)測(cè)評(píng)估方法，并提出考慮預(yù)測(cè)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(cè)理論。

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(dòng)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(dòng)性、隨機(jī)性，往往被統(tǒng)稱為波動(dòng)電源(variable generation, VU)。有文獻(xiàn)對(duì)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(dòng)性進(jìn)行了多年統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)全球可按風(fēng)電波動(dòng)性低、中、高劃分為三類地區(qū)，瑞典、西班牙和德國(guó)屬于風(fēng)電低波動(dòng)地區(qū)，葡萄牙、愛(ài)爾蘭、芬蘭和丹麥屬于風(fēng)電中波動(dòng)地區(qū)，北美的魁北克、邦納維爾電力局、德州可靠性管委會(huì)轄區(qū)，中國(guó)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(dòng)區(qū)。低波動(dòng)區(qū)每小時(shí)風(fēng)電爬坡功率不超過(guò)額定容量的10%，而高波動(dòng)區(qū)每小時(shí)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(yáng)能資源富集的美國(guó)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(shì)隨著光伏接入比例升高而加劇，預(yù)計(jì)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(dòng)電源的波動(dòng)特性源于一次資源。風(fēng)光資源是一種過(guò)程能源，不可存儲(chǔ)、不易控制，在不同時(shí)間尺度、不同空間范圍，呈現(xiàn)不同的波動(dòng)特性。

可見(jiàn)，在高比例可再生能源并網(wǎng)的未來(lái)電力系統(tǒng)，電源波動(dòng)甚至超過(guò)了負(fù)荷波動(dòng)而成為系統(tǒng)不確定性的主要來(lái)源。而如何應(yīng)對(duì)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(wèn)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(gè)方面 。

1)開(kāi)發(fā)多種類型的波動(dòng)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(dòng)電源的功率爬坡和電壓控制性能。

2)適應(yīng)高比例波動(dòng)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(chǔ)能和可控負(fù)荷，如需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能，有助于平衡波動(dòng)電源的靈活調(diào)節(jié)需求。

4)提升波動(dòng)電源的出力測(cè)量和預(yù)測(cè)精度是保障整個(gè)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(dòng)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(lái)的不確定性，是電力系統(tǒng)形態(tài)演化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

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

歐洲、美國(guó)和中國(guó)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(chǎng)景下，電力系統(tǒng)特征將發(fā)生顯著變化，隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)能和太陽(yáng)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(guò)水電廠、燃?xì)怆姀S、儲(chǔ)能等靈活資源調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源隨機(jī)波動(dòng)性的互補(bǔ)，靈活性成為規(guī)劃和運(yùn)行關(guān)注的核心問(wèn)題。

源端的主要趨勢(shì)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(guò)30%,水電充分開(kāi)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(dòng)汽車、分布式儲(chǔ)能和雙向負(fù)荷的涌現(xiàn)和接入比例不斷提升，整個(gè)系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”互動(dòng)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(wèn)題 。

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(duì)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(duì)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(lái)越不清晰;電源除了傳統(tǒng)電源和可再生能源之外，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)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(dòng)響應(yīng)能力和雙向互動(dòng)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(gè)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(gè)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(lái)看，當(dāng)前電力形態(tài)的關(guān)鍵熱點(diǎn)是“兩個(gè)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(gè)能源系統(tǒng)的電氣化水平，降低對(duì)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(dòng)力

電力系統(tǒng)形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)源于三個(gè)方而，即公共驅(qū)動(dòng)因素、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素和技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素。

公共驅(qū)動(dòng)因素主要反映國(guó)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(guó)家安全等四個(gè)方面。

市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)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(dòng)和集聚效應(yīng)，現(xiàn)代企業(yè)制度的發(fā)展與變革等四個(gè)方面。

技術(shù)驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(shí)間、環(huán)境下，電力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力作用大小和模式存在差別。以技術(shù)為主的驅(qū)動(dòng)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(gè)形態(tài)演變可預(yù)測(cè)程度較高。而公共驅(qū)動(dòng)因素則是一種外部壓力驅(qū)動(dòng)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(gè)體系可能被重構(gòu)，形態(tài)演變可預(yù)測(cè)程度較低乃至完全不可預(yù)期。市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素的作用力介于其間，一方而市場(chǎng)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(huì)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 。

為了應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境污染，世界主要國(guó)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(shí)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(kāi)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(shí)和目標(biāo)方向。未來(lái)，電力系統(tǒng)在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)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(lái)，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(guó)相繼出臺(tái)能源領(lǐng)域技術(shù)規(guī)劃，如美國(guó)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(guó)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(guó)的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)戶》、《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》和《“十三五”國(guó)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(guó)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(lái)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)預(yù)測(cè)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(guó)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(guó)能源與氣候變化部委托IET研究其未來(lái)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)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(dòng)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(chǔ)各個(gè)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(shì)。

與以往歷次技術(shù)革命不同，外部的驅(qū)動(dòng)因素成為當(dāng)前能源電力科技發(fā)展的重要推動(dòng)力。無(wú)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(dòng)因素的作用機(jī)制不同，外部驅(qū)動(dòng)帶來(lái)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(dòng)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(gè)新課題。在低碳化、清潔化發(fā)展趨勢(shì)下，高比例新能源將成為未來(lái)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，而這一特征將導(dǎo)致整個(gè)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(duì)未來(lái)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(cè)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(dòng)力、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和技術(shù)驅(qū)動(dòng)力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢(shì)分析其對(duì)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(dòng)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(chǎng)景下的電力預(yù)測(cè)理論兩個(gè)科學(xué)問(wèn)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(cè)的理論研究框架和實(shí)施方案 。

根據(jù)上述的科學(xué)問(wèn)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(cè)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(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、而向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法等四個(gè)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(shí)空分布特性、供給特點(diǎn)，以及分布式能源與雙向互動(dòng)儲(chǔ)能模塊等，采用隨機(jī)生產(chǎn)模擬和競(jìng)爭(zhēng)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(wèn)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(duì)高比例可再生能源集群送出的適應(yīng)性，主要針對(duì)中國(guó)大型可再生能源基地的實(shí)際背景開(kāi)展研究。而配電網(wǎng)形態(tài)特性則與可再生能源、互動(dòng)負(fù)荷、儲(chǔ)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?？紤]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(dòng)藕合機(jī)理

復(fù)雜多重不確定性場(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)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(shí)、演變機(jī)理、響應(yīng)特性和互動(dòng)藕合四個(gè)方而研究其特性和藕合機(jī)理。結(jié)構(gòu)辨識(shí)廣泛收集不同類別的負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用結(jié)構(gòu)辨識(shí)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(shí)空響應(yīng)特性、在不同市場(chǎng)規(guī)則下不同用戶的響應(yīng)特性等;演變機(jī)理則研究長(zhǎng)期行業(yè)電量與經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)特性，研究未來(lái)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、供給側(cè)改革、人口增長(zhǎng)對(duì)各個(gè)行業(yè)的負(fù)荷需求和負(fù)荷特性的影響，并識(shí)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(chǎng)環(huán)境下多維變量(時(shí)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(jià)波動(dòng)、氣象因素的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)解析模型。關(guān)聯(lián)關(guān)系側(cè)重研究短時(shí)用電需求、可再生能源發(fā)電、氣象、電力市場(chǎng)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(duì)氣象、電價(jià)、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(cè)理論與評(píng)估方法

面向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)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(chǎng)景及其多時(shí)空尺度預(yù)測(cè)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(shí)-短期-中期-長(zhǎng)期的可再生能源與需求互動(dòng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)模型，提出考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性的區(qū)間預(yù)測(cè)與概率預(yù)測(cè)，考慮高比例可再生能源消納的預(yù)測(cè)評(píng)估與最優(yōu)組合協(xié)調(diào)預(yù)測(cè)理論。

在能源革命背景下，未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)將會(huì)發(fā)生巨大改變。對(duì)電力系統(tǒng)形態(tài)演化和電力預(yù)測(cè)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(dòng)力、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和技術(shù)驅(qū)動(dòng)力三方而建立了其形態(tài)演化的驅(qū)動(dòng)力模型，再結(jié)合高比例可再生能源發(fā)展趨勢(shì)分析其對(duì)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(dòng)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(chǎng)景下的電力預(yù)測(cè)理論兩個(gè)科學(xué)問(wèn)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(cè)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(chǎng)景下廣義負(fù)荷特性及其互動(dòng)藕合機(jī)理、面向可再生能源并網(wǎng)的多時(shí)空電力預(yù)測(cè)理論與評(píng)估方法等四個(gè)方面開(kāi)展研究，對(duì)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(wú)慣性環(huán)節(jié)，對(duì)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(wú)反饋分為開(kāi)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(kāi)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(chǎng)合，但開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)一般不存在所謂穩(wěn)定性問(wèn)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(duì)內(nèi)部和外部干擾不敏感，但反饋帶來(lái)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)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(jí)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(jí)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