可再生能源并网 电网的间歇性、不确定性和灵活性的管理实践PDF电子书下载

第1部分 政策与法规 3

第1章 重塑欧洲电力格局之路——挑战与开拓者 3

1.1 背景 3

1.2 2020年后的欧洲 3

1.3 欧洲可再生能源并网：挑战和政策响应 4

1.3.1 区域制约 4

1.3.2 市场设计 7

1.4 3位开拓者的故事：历史和未来 8

1.4.1 丹麦 8

1.4.2 德国 9

1.4.3 英国 9

1.5 趋势和未来展望 10

参考文献 11

第2章 消纳更高渗透率的间歇性能源的政策：美国前景和展望 12

2.1 可再生能源部署趋势 12

2.1.1 联邦政策对增长的影响：可再生能源发电PTC 12

2.1.2 州政策对增长的影响：RPS 14

2.2 风力发电为电力系统运营和规划带来的技术挑战 14

2.3 高渗透率风能的相关经济挑战：削减成本的潜力 16

2.3.1 风能削减的后果 16

2.4 风电并网的输电规划：挑战和成功案例 17

2.4.1 政策制定可能会推动输电系统的开发，以消纳可再生能源发电 18

2.5 间歇性能源并网的联邦能源监管委员会764号令 22

2.6 美国可再生能源开发的未来 22

第3章 非洲可再生能源的应用与并网 23

3.1 引言 23

3.2 背景和内容 23

3.2.1 非洲的能源挑战 23

3.2.2 自然资源的可用性 24

3.3 撒哈拉以南非洲地区在全球能源转型中的地位 26

3.3.1 不断降低的技术成本 26

3.3.2 合适的选择 26

3.4 发展方向 27

3.4.1 融资 27

3.4.2 区域合作：电力市场、电网互联和电网基础设施 28

3.4.3 可再生能源扶持政策 29

3.4.4 创新商业模式 31

3.5 结论 31

参考文献 32

第2部分 间歇性能源的建模 37

第4章 含间歇性能源的电力系统多维度、多规模建模和算法：挑战和机遇 37

4.1 电力系统维度及规模 37

4.1.1 空间维度 37

4.1.2 时间维度 38

4.1.3 场景维度 39

4.1.4 电力系统规模 40

4.2 建模和分析 40

4.2.1 多规模和规模不变性 40

4.2.2 多规模框架 41

4.2.3 推理和系统识别 41

4.3 优化和控制 41

4.4 数据处理和可视化 43

4.4.1 多规模数据 43

4.4.2 可视化 43

4.5 并网的多维度分析平台 44

4.6 结论 45

参考文献 46

第5章 北欧电力市场风电并网的经验 48

5.1 引言 48

5.2 输电系统运营商 49

5.3 波罗的海和北欧现货市场 49

5.4 价格区间 50

5.5 日前电网阻塞管理：市场分割 51

5.5.1 日前阻塞管理：市场联合 51

5.5.2 市场联合或市场分割时电价的计算 52

5.5.3 丹麦电力市场的风电并网 53

5.6 维持供应安全：能源调节 53

5.6.1 维持供应安全：调节能力 53

5.6.2 实例：TSO带来的20MW上调能力 54

5.6.3 调节能力：丹麦经验 54

5.7 利用风力发电调节能源和供应的安全性 54

5.7.1 实例：提供下调功能的风力发电 55

5.8 电力市场中风电并网的其他机制和政策 55

5.8.1 跨国电力交易市场 55

5.8.2 丹麦为风力发电提供的补贴 55

5.8.3 绿色证书：面向市场的可再生能源补贴计划 56

5.8.4 瑞典—挪威绿色证书计划的实施 57

5.9 高效和非有效的跨国市场（欧盟案例） 58

5.10 结论：从北欧现货案例中得到的经验 59

第6章 案例研究——可再生能源并网：灵活性需求、潜在的过量发电和频率响应挑战 60

6.1 ISO实时市场概况 62

6.2 可再生能源发电在ISO实时市场中的影响 63

6.3 灵活性需求 63

6.4 小时内灵活性需求 64

6.5 潜在的过量发电问题 65

6.6 惯性和频率响应 67

6.7 敏感性分析 69

参考文献 71

第3部分 电力系统和市场运作中的间歇性能源 75

第7章 间歇性能源对电力系统备用所产生影响的分析 75

7.1 备用类型 75

7.1.1 非线性备用需求 77

7.1.2 备用需求随着时间变化 78

7.2 备用和能源市场 78

7.3 欧洲VS北美洲备用的定义 80

7.3.1 一级备用 81

7.3.2 二级备用 81

7.3.3 三级备用 81

7.4 建立备用需求的概率方法 81

7.5 通过电力系统建模确定VER对储能要求的影响 82

7.5.1 东部风电并网与传输研究 83

7.5.2 西部风电和光伏发电并网研究 85

7.6 讨论 87

7.7 总结 88

参考文献 88

第8章 间歇性能源并网的市场管理解决方案进展 90

8.1 引言 90

8.2 电力批发市场和市场管理系统概述 90

8.3 VER并网的市场运作挑战 93

8.4 VER并网的市场管理解决方案进展 95

8.4.1 为VER并网建立爬坡服务 95

8.4.2 使用鲁棒和随机的机组组合管理VER不确定性 98

8.5 结论 102

参考文献 102

第9章 得克萨斯州电力可靠性委员会案例研究：在电力市场中并网可再生能源发电的备用管理 103

9.1 引言 103

9.2 风力发电对辅助服务需求影响的研究 104

9.3 ERCOT运营的风电预测 104

9.3.1 小时级风电预测 105

9.3.2 ERCOT大幅爬坡警报系统 105

9.4 为并网风电电源进行的辅助服务需求方法改进 106

9.4.1 上调和下调备用服务 106

9.4.2 非旋转备用服务 107

9.5 其他行动和未来考虑事项 109

第10章 案例研究：印度泰米尔纳德邦的风电并网与电力市场 111

10.1 背景 111

10.1.1 印度间歇性可再生能源的渗透率 111

10.1.2 VRE的体制和监管框架 112

10.1.3 泰米尔纳德邦风电并网的案例研究 112

10.2 分析：风电并网对国内的影响 113

10.2.1 确定VRE发电并网的各项成本 113

10.2.2 “弃风”问题 115

10.2.3 “弃风”发生时，为什么相邻的SLDC不提供支持 115

10.3 含VRE的电网和市场并网的法规与政策措施 116

10.3.1 RRF机制 116

10.3.2 偏差解决机制、辅助服务市场和需求预测 117

10.4 发展方向 118

参考文献 119

第4部分 可再生能源预测 123

第11章 电网中的可再生能源预测 123

11.1 引言 123

11.2 电网运营中的预测应用 123

11.2.1 电网系统运营商 123

11.2.2 风力发电和光伏发电商 125

11.2.3 其他电力市场参与者 125

11.3 预测风力发电和光伏发电：基础知识 126

11.3.1 风力发电预测 126

11.3.2 光伏发电预测 127

11.4 新兴预测产品 128

11.4.1 概率预测 128

11.4.2 爬坡预测 128

11.4.3 净负荷预测 129

11.5 未来展望 129

参考文献 130

第12章 风力发电和光伏发电概率预测 133

12.1 引言 133

12.2 功率概率预测方法 133

12.2.1 数值天气预测／电力并网预测 133

12.2.2 校准／后期处理方法 134

12.2.3 基于历史数据库的功率概率预测和确定性数值预测 134

12.3 概率预测值与检验 135

12.3.1 统计的一致性 135

12.3.2 可靠性 136

12.3.3 锐度 137

12.3.4 分辨率 138

12.3.5 风电概率预测的经济价值 139

12.4 结论 140

参考文献 141

第13章 在电力公司控制中心纳入预测的不确定性 142

13.1 引言 142

13.2 不确定性和间歇性的来源 143

13.2.1 负荷预测误差 143

13.2.2 风力发电预测误差 144

13.2.3 光伏发电预测误差 144

13.2.4 被迫停机 145

13.2.5 不明偏差误差 146

13.2.6 离散误差 146

13.3 总体不确定性的特点 146

13.3.1 平衡需求 146

13.3.2 平衡需求的非参数性质 147

13.3.3 预测误差的自相关、互相关和非平稳性 148

13.4 概率运营和规划 148

13.5 不确定性并网至运营的3个层面 149

13.6 实例：加利福尼亚州ISO爬坡不确定性预测工具 150

13.7 结论 151

参考文献 152

第5部分 可再生能源并网 155

第14章 利用全球电网管理可再生能源 155

14.1 引言 155

14.2 全球电网的发展阶段 156

14.3 全球电网：图示 157

14.4 从偏远地区获得RES 158

14.5 通过偏远的RES地区连接两个大陆 160

14.5.1 以峰值电价提供RES电力 160

14.5.2 洲际电力交易 161

14.6 洲际间专线互联 161

14.7 讨论 162

14.7.1 最大限度减少电力备用 162

14.7.2 缓解储能问题 162

14.7.3 其他优势 163

14.8 结论 163

附录A 电缆成本预测 164

附录B 欧洲与美国之间的电力交易 165

附录B.1 直接海底电缆 165

附录B.2 通过位于格陵兰岛的一个风力发电厂连接欧洲与美国 166

参考文献 166

第15章 电网间歇性和分布式资源的管理实践 168

15.1 引言 168

15.2 高压直流输电的早期历史 168

15.3 电缆传输用高压直流输电系统 170

15.4 大容量电力传输用高压直流输电系统 171

15.5 通过引入HVDC来提高交流系统的稳定性 172

15.6 电压源换流器与电网换向换流器 173

15.7 大规模可再生能源并网 175

15.8 将DC引入低功率传输级别中 178

15.9 结论 178

参考文献 179

第16章 可再生能源并网——印度管理实践 180

16.1 引言 180

16.2 政策举措 180

16.3 监管举措 181

16.4 输电规划举措 182

16.4.1 输电规划标准 182

16.4.2 绿色能源走廊报告 182

16.5 印度的REC经验 183

16.5.1 取得的经验 183

16.6 挑战 183

16.6.1 一体化 183

16.6.2 间歇性 183

16.6.3 REC机制 184

16.6.4 机制安排 184

16.7 结束语 184

参考文献 184

第6部分 系统灵活性 189

第17章 长期能源系统规划：解释短期间歇性和灵活性 189

17.1 引言 189

17.2 电力系统的灵活性 190

17.3 建模方法及其局限性 191

17.3.1 时间分辨率 191

17.3.2 可靠性方面的考虑 192

17.4 处理短期和长期模型之间的差距 193

17.4.1 可再生电力的展望研究 193

17.4.2 TIMES-PLEXOS互联 193

17.4.3 OSeMOSYS 194

17.5 结论 197

参考文献 197

第18章 电力系统灵活性 199

18.1 引言 199

18.2 运营灵活性的度量 200

18.3 通过功率节点建模框架为电力系统的灵活性建模 202

18.4 运营灵活性的评估和可视化 204

18.5 运营灵活性的集合 206

18.6 结论 208

参考文献 208

第19章 丹麦案例：充分利用含高渗透率风电的能源系统灵活性能源优势 209

19.1 引言 209

19.2 丹麦发电机容量的分配 209

19.3 用于平衡电力系统的丹麦市场 210

19.4 风能是解决平衡问题的方案之一，而不是问题的一部分 211

19.5 案例：为向下调节，以负价供电1h 212

19.5.1 参与三级备用市场的挑战 216

19.6 分布式热电联产电厂是平衡解决方案之一 216

19.7 基于丹麦经验得出的结论和建议 218

第7部分 需求侧响应和分布式能源 221

第20章 间歇性可再生能源并网后的需求侧响应（DR）：西北部视角 221

20.1 需求侧响应在间歇性能源并网中发挥的作用 221

20.2 当今西北地区的需求侧响应 222

20.2.1 电力公司发起的需求侧响应计划 222

20.2.2 可再生能源的需求侧响应和并网：示范项目 223

20.3 需求侧响应在西北地区的未来 227

20.3.1 区域能源 227

20.3.2 工业项目 227

20.3.3 住宅和商业项目 228

20.3.4 市场价格和结构的作用 228

20.3.5 政策机遇 229

20.4 对前进道路的思考 229

参考文献 231

第21章 案例分析：电力市场中的需求侧响应和替代技术 232

21.1 PJM电力批发市场概述 232

21.2 电力批发市场中需求侧响应的机会 233

21.2.1 紧急需求侧响应：容量市场 233

21.2.2 经济需求侧响应：实时市场和日前市场 234

21.2.3 辅助服务市场：日前调度备用、同步备用和频率调节 234

21.3 PJM的需求侧响应经验 235

21.3.1 紧急需求侧响应 235

21.3.2 经济需求侧响应 236

21.3.3 辅助服务市场 238

21.4 电力批发市场中的替代技术经验 239

21.5 需求侧响应和替代技术的潜在未来发展 239

第22章 分布式能源对传统电力公司商业模式的启示 241

22.1 传统电力公司商业模式的发展 241

22.2 ESI的逐步转型 242

22.3 为什么分布式能源会崛起 243

22.4 反思基本面 245

22.5 服务的新定义 246

22.6 应对颠覆性技术 246

22.7 结论 248

第23章 储能和电网灵活性需求 249

23.1 储能是电网不可或缺的一部分 251

23.2 技术生态系统帮助实现灵活性 252

23.2.1 示例1 253

23.2.2 示例2 254

23.2.3 示例3 254

23.2.4 示例4 255

23.3 结论 256

第8部分 孤岛电力系统中的间歇性能源 259

第24章 孤岛可再生能源并网 259

24.1 引言 259

24.2 从较大互联系统的可再生能源并网研究中学到的经验教训 260

24.3 孤岛系统的特点和挑战 261

24.4 孤岛可再生能源并网方面的持续努力 263

24.4.1 改进现有发电机 265

24.4.2 燃料多样化 265

24.4.3 自动化操作 265

24.4.4 需求侧响应技术 266

24.4.5 负荷增加 266

24.4.6 储能和其他新技术 267

24.4.7 政策的作用 268

24.5 结论 268

第25章 通过微型水力发电在配电网运营中实现计划性孤岛 269

25.1 引言 269

25.2 案例研究 269

25.2.1 系统介绍 269

25.2.2 建模方面 269

25.3 计划性孤岛 270

25.3.1 控制模式中孤岛的侦测和变更 271

25.3.2 孤岛的形成 275

25.3.3 微电网自主运营 278

25.3.4 同期再并网 280

25.4 结论 284

参考文献 285

第9部分 太阳能、潮汐能和波浪能并网 289

第26章 大规模光伏电站的经济利益和可靠性效益 289

26.1 引言 289

26.2 技术类别和发电特点 290

26.2.1 PV 290

26.2.2 CSP 291

26.3 价值评估方法概述 291

26.3.1 经济价值的计算 293

26.3.2 前景规划的方法和计量效益的基线 294

26.4 研究成果综述 295

26.4.1 容量效益 295

26.4.2 能源效益 299

26.4.3 辅助服务效益 299

26.4.4 并网和削减成本 300

26.4.5 总的经济效益 301

26.5 结论 303

参考文献 303

第27章 波浪能和潮汐能并网的最先进技术水平和未来展望 306

27.1 引言 306

27.1.1 共同的挑战 306

27.2 潮汐能 307

27.2.1 能源开采 308

27.2.2 潮汐涡轮机额定功率和容量 309

27.2.3 潮汐资源和能源预测 309

27.3 波浪能 310

27.3.1 术语 311

27.3.2 海洋状况 311

27.3.3 波浪能发电 312

27.3.4 波浪能的间歇性和可预测性 312

27.3.5 提高预测准确性 314

27.3.6 方向和波谱灵敏度 315

27.4 总结 315

参考文献 315

第28章 德国在新世纪的可再生能源之路 317

28.1 引言 317

28.2 RES并网至德国电力系统的挑战增加 318

28.3 未来展望 321

参考文献 322

第10部分 可再生能源并网实践和突破性技术 325

第29章 含高渗透率间歇性发电的电力系统控制 325

29.1 介绍与推动因素 325

29.2 先进的控制方法案例 325

29.3 惯性反应、一次控制和二次控制的作用：过去和未来 326

29.4 电力系统中的频率调节 327

29.4.1 使用新兴电网技术调节频率 327

29.4.2 西部电力协调委员会的风力机组模型 327

29.4.3 附加一次控制：蓄电池供电模型 328

29.4.4 控制设计的广域机电动力学模型 328

29.5 最优控制设计 329

29.6 实践中的分布式控制设计 330

29.7 案例研究结果：最优控制性能的多目标评价 330

29.8 结论 333

参考文献 334

第30章 增强电力系统中的态势感知：克服可再生能源的不确定性和间歇性 335

30.1 引言 335

30.1.1 态势感知的定义及其重要性 336

30.1.2 态势感知面临的挑战 337

30.1.3 行业发展趋势和态势感知 339

30.2 优化电力系统工具设计中的态势感知 341

30.3 电网运营中态势感知的未来 341

参考文献 343

第31章 通过改进的可再生能源控制中心可视化工具来管理运行中出现的不确定性 344

31.1 引言 344

31.2 SCADA、RTU和协议相关背景 344

31.3 当前IEC 60870-5-101的情况 344

31.4 SCADA报警处理 345

31.4.1 其他问题：环境影响和可再生能源发电商的影响 345

31.4.2 围栅 346

31.5 态势感知平台 346

31.5.1 面向对象 347

31.5.2 静态对象 348

31.5.3 队列 348

31.5.4 动态对象 349

31.5.5 应用 349

31.5.6 可视化结构 350

31.6 异常状态通知 351

31.7 态势感知的可视化平台的好处 352

31.7.1 示例 353

31.7.2 应用于可再生能源并网 353

31.8 结论 354

参考文献 355

第32章 动态增容（DLR）：以安全、快捷、经济的方式将电力网络转换为可再生能源电力 356

32.1 引言 356

32.2 什么是动态增容 356

32.3 使用DLR的好处和挑战 358

32.4 DLR实践 360

32.5 结论 361

参考文献 361

第33章 使用同步相量测量监测和控制可再生能源 362

33.1 引言 362

33.2 使用同步相量测量装置来进行实时监控 364

33.2.1 广域监测系统 364

33.2.2 PMU软件应用程序的快速原型开发环境 364

33.3 风电场振荡监测的监测工具 368

33.3.1 Smar TS实验室的监测工具 368

33.3.2 俄克拉何马天然气电力公司 369

33.4 测试和验证 371

33.4.1 Smar TS实验室 371

33.4.2 OG&E FFT检测程序的验证 372

33.5 结论 374

参考文献 374

第34章 每时每刻都很重要：波动资源配电网的同步相量测量 376

34.1 引言 376

34.2 配电网的间歇性、不确定性和灵活性 376

34.3 微同步相量测量技术 378

34.4 μPMU测量的应用 379

34.5 继续发展 382

参考文献 383

第35章 大数据、数据挖掘、预测分析和高性能计算 384

35.1 引言 384

35.2 公共事业中的数据来源 385

35.2.1 可再生能源数据 385

35.2.2 电网运营数据 386

35.2.3 可再生能源发电数据 386

35.2.4 风电场数据 387

35.2.5 太阳电池板数据 387

35.2.6 负荷计量数据 387

35.2.7 市场数据 388

35.2.8 模拟数据 388

35.3 大数据时代 388

35.3.1 管理大数据的工具 389

35.3.2 数据挖掘 389

35.3.3 预测分析 393

35.3.4 关键绩效指标和数据挖掘过程 394

35.3.5 高性能计算和大数据分析 394

35.4 应用示例 395

35.4.1 可视化和电网态势感知 395

35.4.2 风力发电数据分析，用来诊断性能漂移和预测失效 395

35.4.3 预测分析，用来支持控制中心的动态安全评估 396

35.4.4 预测分析，以支持工业需求侧管理 397

35.5 未来选择由此开始 397

参考文献 398

结尾 399