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電力系統標準測試系統在電力系統領域研究中具有重要作用，然而當前高比例可再生能源滲透電網規劃算例稀缺。針對該問題，清華大學電機系團隊牽頭研究提出了HRP-38系統。目前該標準系統數據已進入IEEEDataPort數據庫并提供開放下載(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下的交直流混聯電網規劃測試系統), 該文已在IEEE Transactions on Power Systems優先發表。

論文信息

作者：

卓振宇¹、張寧¹、楊經緯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.清華大學電機系

2.能源系統集成研究會(ESIG)

3.美國國家可再生能源實驗室(NREL)

論文全文鏈接：

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

文章導讀

電力系統標準測試系統在電力系統領域研究中具有重要作用。目前廣泛使用的一系列IEEE標準測試系統提出的年代較早，缺乏可再生能源并網及交直流混聯等要素?，F有的研究往往在原有IEEE標準系統的基礎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準測試系統的修改不同，難以進行橫向的對比，不利于面向高比例可再生能源并網的電力系統的研究。

針對當前高比例可再生能源滲透電網規劃算例稀缺這一問題，本文基于我國西北750kV電網2030年規劃方案之一，通過網架化簡以及數據脫敏，設計了面向輸電網絡規劃與運行的38節點測試系統：HRP-38系統。該測試系統電源形態具備“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30%(容量占比47.2%，為峰荷的1.05倍)；給出了現有網架以及待選線路，其中待選線路同時包含交流和直流線路以考慮未來電網可能的多種形態。該測試系統數據集為電力系統規劃與運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的電源與電網規劃、運行優化建模與優化求解方法提供了基礎數據。研究人員可以在同一測試系統下對比電力系統規劃與運行、模型與算法的性能。

主要內容

算例系統特點

本算例系統具有以下特點：

1

算例數據庫中提供了詳細的8760小時負荷與風電光伏出力數據，可以用于各類高比例可再生能源滲透背景下的規劃或運行方法研究。

2

算例系統中的電源結構中包含大量的風電與光伏裝機，風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絡規劃研究。

3

系統網絡拓撲包含五個區域，對應五個省級電網，每個區域具有不同的裝機稟賦和不同的供需平衡特性。規劃前的已建網絡同時存在調峰和輸電網阻塞等問題，這為測試規劃技術或算法的性能提供了足夠的復雜性。

4

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

本文的貢獻包括兩個方面：1)本算例為針對輸電網規劃研究而開發的中型測試系統，包括風光新能源小時級數據和交流與直流線路的待選集合。2)通過實證算例分析，本文提供了4種不同優化目標與滲透率設定下的輸電網規劃方案，為未來研究人員的研究應用提供了參考與比較基準。

算例系統基本情況

本文提出的HRP-38測試系統是基于我國的實際電網，提取了38個關鍵節點，將原拓撲結果簡化為一個中等大小系統，并保持了原系統的基本特征使問題易于處理。HRP-38系統中已建網絡的布局如圖1所示。

? 圖1

系統包含5個區域共38個節點。系統共143臺發電其中57臺發電機為常規機組，包括火電和水力發電，總裝機容量為328.6GW，其他發電機為風力或光伏機組。由于高比例可再生能源滲透帶來的主要挑戰是其波動性和不確定性，因此本系統中的可再生能源機組僅包括風能和光伏，而不包括其他形式如光熱和生物質電能。系統中已建網絡包含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。算例系統的具體基本參數如表1所示。

? 表1?

參數? ?			數值? ?
區域數量 節點數量 發電機組數量 已建線路 交流待選線路 直流待選線路 基準容量(MVA) 基準電壓(kV) 峰值負荷(GW) 常規機組裝機容量(GW) 可再生能源機組裝機容量 (GW)		5 38 143 102 88 9 100 800 281.1 328.6 294.3

機組數據

HRP-38中系統考慮了4種發電技術：火電、水電、光伏和風力發電。燃煤機組是我國電源結構主要組成部分，但未來燃氣機組憑借其靈活性與低碳特性具有相當大的發展潛力。因此，為了系統通用性，本算例將火力發電進一步細分為燃煤機組和燃氣機組。發電機的并網位置與裝機容量源于實際電力系統并進行了修改以簡化計算。系統總裝機容量為622.9GW為是整個系統峰荷的2.21倍。非水可再生能源裝機容量為294.3GW。光伏和風能的電能滲透率(可再生能源年發電量與負荷能量需求的比率)為30.06%。不同地區具有不同的裝機特點，五個區域的電源結構如圖2所示。

? 圖2

每臺機組的發電特性由12個參數描述，包括：最大容量(MW)、最小功率輸出率(%)、強迫停機率(%)、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)、最小開關機時間(h)，熱耗率(Btu/kWh)、燃料成本(CNY/mmBtu)和投資成本(CNY)。

風光新能源8760小時數據

對于風光新能源機組，除了上述12個參數外，算例數據庫中還提供了8760小時可再生能源出力序列，以體現風光新能源的可變性。該數據由GOPT電力系統分析軟件根據電力節點對應的實際地理位置和新能源歷史統計數據，對風電和光伏出力數據進行仿真得到。對于風力發電，風速時間序列數據應用隨機微分方程法生成，該方法考慮了風速概率分布、時空相關性、季節和日變化規律。copula理論被應用于刻畫多個風電場之間的空間相關性。光伏發電仿真技術結合了統計模型和物理模型。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。算例系統風光出力的典型出力曲線如圖3所示。

? 圖3

算例分析與結果

本文在HRP-38系統上測試了經典的兩階段輸電網規劃模型。在兩階段的輸電網模型中，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運行模擬。該模型目標為最小化系統水平年的投資成本與運行成本。本文比較了四種不同參數設置的方案。

方案一，所有的參數都按照原始數據庫中描述的進行設置，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上，每個風光機組裝機容量均按1.67的比例放大，以分別生成方案三和方案四。因此，方案三和方案四風光電量滲透率達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濟運行指標如表2所示。

? 表2?

性能指標	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
棄風棄光率 (%)	0.6373	0.3359	9.7284	8.5428
切負荷電量 (MWh)	0	0	0	0

標準算例數據下載鏈接：

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

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...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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