高比例可再生能源电力系统形态及演化

　　《高比例可再生能源电力系统形态及演化》聚焦于未来高比例可再生能源场景下电力系统结构形态及演化过程。《高比例可再生能源电力系统形态及演化》内容包括面向中远期低碳化发展的能源电力格局及演化机理、广义负荷特性及其互动耦合机理、高比例可再生能源接入的输配电网结构形态及演化模式三部分内容，分别从源、荷、网环节介绍电力系统的形态特征及演化机理。

　　鲁宗相，清华大学电机系长聘副教授，博导，清华四川能源互联网研究院常务副院长。IET Fellow，IEEE Senior Member，中国电机工程学会高级会员，四川电机工程学会副理事长，北京电机工程学会新能源专业委员会副主任委员，可再生能源学会综合系统专委会副主任委员。主要研究方向为风电/太阳能发电并网分析与控制、能源与电力宏观规划、电力系统可靠性、分布式电源及微电网。主持国家自然科学基金3项、重点研发计划课题2项，863子课题1项，科技支撑项目子课题2项，国际合作项目1项。出版著作及合著8部（英文专著1部），发表论文180余篇。 黎静华，教授，博士生导师，IET Fellow、IEEE Senior Member、广西自治区C层次人才，全国宝钢优秀教师、广西勤廉榜样先进个人、广西青年科技奖获得者。现任广西大学电气工程学院副院长。主持国家自然科学基金3项，以第一完成人获2020年广西科学技术发明二等奖和中国电力创新二等奖各1项，专著2部，合作专著3部，发表SCI、EI期刊论文80余篇。 伍声宇，工学博士，国网能源研究院能源战略与规划所室主任。长期从事能源电力战略与规划、能源电力技术经济等方面的研究工作。主持国家自然科学基金项目 1 项。作为负责人，研究成果获得北京市科学技术进步奖，多次获得国家能源局软科学研究优秀成果奖、国家电网有限公司科学技术进步奖等。

目录
“智能电网技术与装备丛书”序
序一
序二
前言
第一篇 面向中远期低碳化发展的能源电力格局及演化机理
第1章 中远期我国能源格局变化趋势及特征 3
1.1 能源电力发展国际形势 3
1.1.1 低碳化 3
1.1.2 电气化 4
1.1.3 去中心化 5
1.1.4 数字化 6
1.2 我国能源电力的发展驱动力 7
1.2.1 核心驱动力及制约因素 7
1.2.2 影响我国电力系统结构形态的驱动及制约因素分析 11
1.3 能源格局变化趋势及特征研判 17
1.3.1 能源发展趋势 17
1.3.2 能源格局主要特征研判 18
参考文献 24
第2章 考虑环境与资源约束的能源电源优化规划 26
2.1 模型结构 26
2.1.1 考虑环境与资源约束的能源优化规划模型 26
2.1.2 考虑技术经济差异化的电源优化规划模型 36
2.2 考虑高比例新能源接入下灵活性资源的电源模型 42
2.2.1 可再生能源发展愿景及面临的挑战 42
2.2.2 电源规划中灵活性的供需平衡约束 43
2.2.3 考虑灵活性的电源规划模型 48
参考文献 60
第3章 未来电源系统时空动态演变机理 62
3.1 电源系统形态演化 62
3.2 电源系统结构演化 66
3.2.1 火电 66
3.2.2 水电 68
3.2.3 核电 69
3.2.4 风电 69
3.2.5 太阳能发电 70
3.3 基于探索性建模的电源系统时空演化 71
3.3.1 探索性建模方法 71
3.3.2 演化机理分析 72
参考文献 74
第4章 我国中长期电力典型发展格局预测 75
4.1 情景一：可再生能源高速发展情景 75
4.2 情景二：可再生能源中速发展情景 78
4.3 情景三：可再生能源常规发展情景 79
4.4 情景对比分析 81
参考文献 86
第二篇 广义负荷特性及其互动耦合机理
第5章 广义负荷的结构辨识和解析 89
5.1 广义负荷的内涵及特征 89
5.1.1 广义负荷的定义 89
5.1.2 广义负荷典型特征分析 89
5.2 响应电价变化的广义负荷建模分析 97
5.2.1 基于弹性系数的实时电价对广义负荷的影响 98
5.2.2 广义负荷的模态特征提取与分析 102
5.2.3 响应电价变化的广义负荷模态分析 104
5.3 响应可再生能源变化的广义负荷建模分析 111
5.3.1 广义负荷形态研究概述 111
5.3.2 主动负荷与可再生能源的耦合模型及广义负荷建模方法 113
5.3.3 基于聚类方法的典型模态提取 116
5.3.4 响应可再生能源变化的广义负荷模态分析 118
5.4 考虑温度与交通情况的电动车充电负荷模拟预测方法 128
5.4.1 车辆出行时空变量及其改进概率模型 129
5.4.2 温度与交通情况对电动车充电负荷影响分析 130
5.4.3 充电负荷模拟建模 136
5.4.4 典型案例分析 139
参考文献 147
第6章 广义负荷响应的动态关联特性 151
6.1 广义负荷影响因素分析 151
6.1.1 基于改进变分模态分解法的广义负荷分解 151
6.1.2 基于模态组合的广义负荷影响因素解析 157
6.1.3 基于模态组合的广义负荷影响因素分析 159
6.2 实时电价对价格型需求响应负荷的影响建模 164
6.2.1 考虑常规影响因素的基础负荷 165
6.2.2 基于消费心理学的需求响应负荷模型 169
6.2.3 基于消费心理学的价格型需求响应模型 175
6.2.4 典型算例 176
参考文献 178
第7章 多时空尺度的负荷曲线形态演变 179
7.1 我国负荷曲线形态多时空尺度演变规律 179
7.1.1 行业负荷曲线模拟方法 179
7.1.2 行业负荷特性时空演变规律 180
7.1.3 行业负荷曲线形态预测 192
7.2 长期负荷曲线形态演变预测 197
7.2.1 Granger因果分析 198
7.2.2 非参数回归预测方法 200
7.2.3 长期负荷概率预测方法 202
7.2.4 典型案例分析 203
7.3 饱和负荷曲线形态演变预测 209
7.3.1 基于高斯过程回归(GPR)的概率预测模型 209
7.3.2 基于改进混沌粒子群算法(MCPSO)的概率预测模型参数优化 212
7.3.3 典型案例分析 216
参考文献 220
第三篇 高比例可再生能源接入的输配电网结构形态及演化模式
第8章 未来输配电系统结构形态的关键影响因素分析 223
8.1 输电网发展历程及相关因素 223
8.1.1 输电网发展历程 223
8.1.2 影响电网形态的关键因素分析 230
8.2 配电网发展历程及相关因素分析 233
8.2.1 配电网发展历程 233
8.2.2 未来配电网形态发展的相关因素分析 235
参考文献 236
第9章 高比例可再生能源集群送出的输电网结构形态 237
9.1 输电网典型结构形态及对可再生能源的适应性分析 237
9.1.1 输电网典型结构 237
9.1.2 典型结构对可再生能源的适应性分析 248
9.2 未来输电网结构形态分析 259
9.2.1 高比例可再生能源下输电网问题现状 259
9.2.2 电网形态发展分析方法 268
9.3 输电网结构典型案例 272
9.3.1 西北电网标准算例系统 272
9.3.2 典型场景：交直流电网形态 287
参考文献 293
第10章 高渗透率可再生能源和储能灵活接入的配电网形态特性 295
10.1 配电网典型形态及对比分析 295
10.1.1 典型拓扑结构形态与对比分析 295
10.1.2 典型微网组建形态与对比分析 296
10.2 未来配电网形态分析 299
10.2.1 高比例新能源与电力电子化背景下配电网的适应性转变 299
10.2.2 交流、直流与交直流混联配电网投资与运行对比分析 300
10.2.3 多种灵活调节资源的协调优化调度 305
10.3 配电网形态研究典型案例 311
10.3.1 交直流配电网拓扑形态演化案例 311
10.3.2 灵活调节资源协调运行案例 314
参考文献 320
第11章 高比例可再生能源的输配电网协同接入及优化配比 321
11.1 可再生能源优化配比模型 321
11.1.1 可再生能源优化配比模型概述 322
11.1.2 输配电网协同背景下的可再生能源优化配比模型 324
11.1.3 高比例可再生能源并网及输配电网协同背景下的可再生能源
优化配比模型 326
11.2 基于Benders分解的优化配比模型求解方法 330
11.2.1 Benders分解算法简介 331
11.2.2 Benders分解内嵌异质分解算法 332
11.3 算例分析 338
11.3.1 算例概述 338
11.3.2 可再生能源容量优化分配效果分析 339
11.3.3 输配电网协同优化分配效果分析 344
参考文献 348