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双碳目标下的电网安全问题与对策;
报告提纲
低碳电网
高比例可再生能源发电对电网安全的挑战
交直流混联电网对于电网安全运行的挑战
应对策略
结论;
1.低碳电网
世界能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化等严峻挑战。2016年4
月,170多个国家领导人共同签署气候变化问题《巴黎协定》,承诺将全球气温升高幅度控制在2℃的范围之内。2016年11月4日正式生效。
2018年政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了《IPCC全球升温1.5℃特别报告》;
中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排
放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和;
1.低碳电网
我国已建成全世界规模最大、电压等级最高的
巨型电网;
低碳电网的两个主要特征:
特征1:可再生能源发电
●风电;
●光伏发电;
●水电
●直流1882T.A.Edison;
日本
2050年
●50%的新能源占比
●效率、可再生能源使温室气体排放降低80%;
Electricitygenerationsource
OHshorewind
Onshorewind
SolarPV
Hydro
Gas-fired
Nuclear
Coal-fired
Other;
26.7%30%
215.00
21.7%
184%
13.5%
17.3%
16.
9.6%
12.8%
noenrgo!ssil
49.2%
Renewabl
67.4%
eenergy
40.5%
0%
na20202025203goG3520402045AAF
Biomass
nuclearhydrocoal;
●波动性发电对电网安全运行的挑战——批成1
●风速的不确定性,引起风力发电机功率输出的不确定性
●光照的间歇性、不确定性,引起太阳能发电的不确定性;
1)光伏发电
直流输出,经逆变器(Inverter)变换成为交流,再和交流电网并联
2)风力发电
交流输出,经整流器(Rectifier)整流成为直流,再经逆变器逆变成交流,再和交流电网并网;
●自2010年来,13回±800kV及以上电压等级直流输电工程投运.
●截止2018年12月31日,±1100kV特高压直流输电线路吉泉线投运,全长3329公里,容量1200万千瓦
●跨区输电容量占比高达40%以上
●形成了深耦合的
交直流混联电网;
电流峰值30kA;
上升速率3kA/ms;
直流电压快速跌落80%在
2~3ms.;
3.交直流混联电网
交直流混联电网连锁故障
交流短路低电压→换相失败→直流闭锁→潮流转移→振荡解列
●几乎是确定性的事件(区别于交流电网中的潮流转移);
●不是由隐性故障或者失效引起,一切都是正常的;
●不只是连锁跳闸(交流电网的原因是单一故障);
●导致大面积停电。
在交直流混联电网中,连锁故障成为故障新常态!;
●可再生能源发电逆变接入交流电网短路电流受限,保护构成困难;
●受端交流电网故障低电压导
致换相失败,进而引发支流
闭锁、潮流转移,造成连锁故障;
●柔直电网直流CB开断能力差,
要求保护超高速动作;
●系统惯量减小,稳定性变差;
4.应对策略
1.发展大容量储能技术
●物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)
●电化学储能(铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池))电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)
●储热技术(熔融盐储热)
●电制气储能技术五大类
2.交直流混联电网系统保护
●阻断交直流混联电网连锁故障链条;
压缩空气储能
0.2%熔融盐储热
15%
_铅蓄电池
5.9%
液流电池
3.7%
1.2%
超级电容
0.1%
_其它
0.5%;
1.抽水蓄能电站:负荷低谷抽水、高峰负荷时发电
低谷电能→电动机旋转机械能→水泵抽水→水力势能→水轮机旋转机械能→发电机组发电→高峰电能
●抽水蓄能是最具有市场竞争力的实用化储能技术;
●由正极、负极、隔膜和电解质组成
●充电过程,正极活性材料氧化反应,失去电子,阳离子通过电解质在电场的作用下,向负极移动;失去的电子沿外电路流向负极,并在负极上与负极活性材料相结合,发生还原反应,电能转为化学能。
●电池放电过程与充电过程相反,将化学能转化为电能。
●锂离子电池能量比最高,但由于成本和寿命,快速发展中;
●特殊保护系统,Special
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