新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法及關(guān)鍵技術(shù)

郭江軍

（國家電力投資集團(tuán)有限公司福建分公司，福建 福州 350000）

1 新能源電力系統(tǒng)概述和特點(diǎn)

針對原來的電力系統(tǒng)，主要依靠煤炭、石油等化石能源進(jìn)行發(fā)電。隨著發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些可再生能源被利用到發(fā)電中來，很多可再生能源發(fā)電已形成規(guī)模。新能源發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電方式的最大不同之處在于，傳統(tǒng)發(fā)電方式可以把發(fā)電能源進(jìn)行存儲(chǔ)，以建立起較為穩(wěn)定的發(fā)電管理模式，電力系統(tǒng)的供需兩側(cè)可以進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。而新能源是把可再生能源作為動(dòng)力源，具有不可存儲(chǔ)的特點(diǎn)，由于不確定性較高，電力系統(tǒng)的供需可調(diào)整性差。隨著新能源發(fā)電方式的不斷產(chǎn)生，可以更好彌補(bǔ)可調(diào)節(jié)性不足的缺點(diǎn)。新能源發(fā)電技術(shù)也可以使電力系統(tǒng)得到更為穩(wěn)定、可靠地調(diào)控，得到安全有效的利用。

1.1 高滲透率的可再生能源

把新能源應(yīng)用到電力系統(tǒng)供電，存在著較為明顯的高滲透性。由于國內(nèi)的新能源多集中在西北地區(qū)，該種能源格局是由地理位置來決定的。在將來的新能源電力系統(tǒng)發(fā)展中，多應(yīng)用在集中發(fā)展方式，還包括每個(gè)地區(qū)的分布式策略。慢慢地?cái)[脫大電網(wǎng)輸送，減少電能在傳輸過程中產(chǎn)生的損耗，可以使新能源電力系統(tǒng)可以更好地應(yīng)用可再生能源。

1.2 側(cè)向供應(yīng)的多能源互補(bǔ)

為了使可再生能源更好地應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，需要對電源、供電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷等采用技術(shù)措施來達(dá)到協(xié)調(diào)、互動(dòng)，讓新能源電力系統(tǒng)更加高效率的運(yùn)行。針對側(cè)向供應(yīng)進(jìn)行的多能源互補(bǔ)，可以歸納為如下兩方面內(nèi)容：（1）充分利用太陽能、海洋能、風(fēng)能和水能等，使綠色可再生能源可以得到準(zhǔn)確的預(yù)測，使獲取的可再生能源高效地應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，把不同新能源進(jìn)行補(bǔ)充，避免由于穩(wěn)定性不高而使電力系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)。（2）采用先進(jìn)的電力系統(tǒng)控制技術(shù)，讓客戶可以準(zhǔn)確地了解當(dāng)前的情況，結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行情況來掌握電價(jià)的改變，還可以按照電能應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整。

2 新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制辦法

2.1 新能源電力系統(tǒng)友好型控制技術(shù)

與傳統(tǒng)能源供電方式進(jìn)行比較來看，采用友好型控制技術(shù)，可以形成高質(zhì)量的電能輸出，使新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的更為穩(wěn)定。需要對新能源發(fā)電的各項(xiàng)影響參數(shù)進(jìn)行分析和研究，結(jié)合歷史和氣象等方面的數(shù)據(jù)，可以確定采取最優(yōu)控制方法及措施。所以，新能源預(yù)測已經(jīng)成為可進(jìn)行有效調(diào)整的主要措施。主要是動(dòng)率方面進(jìn)行預(yù)測和控制，可以把預(yù)測劃分為日、小時(shí)和分鐘。

從現(xiàn)在的新能源發(fā)展情況來看，對功能進(jìn)行預(yù)測和分析被作為重要的控制辦法。在將來對新能源的預(yù)測方向，需要采取更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的友好控制技術(shù)。與此同時(shí)，還應(yīng)該使太陽能、沼氣能、潮汐能、水能等不同綠色能源進(jìn)行有效互補(bǔ)。

2.2 新能源電力系統(tǒng)多能源互補(bǔ)控制

該種控制辦法主要應(yīng)用煤炭或水利等發(fā)電方式的穩(wěn)定性，來對風(fēng)力、太陽能等多種綠色能源不穩(wěn)定電能輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使多種能源進(jìn)行互補(bǔ)，從而讓電力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?？墒?，從中國的綠色能源使用情況來看，需要提供足夠的靈活能源，而我國的煤炭儲(chǔ)量豐富，可以采用煤炭資源來對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，從而提升電力系統(tǒng)的利用效率。

2.3 雙側(cè)資源控制

與原來采取的電力系統(tǒng)進(jìn)行比較來看，采取的發(fā)電控制方式會(huì)隨新能源發(fā)電規(guī)模變大而增大，只采用單側(cè)能源控制方式無法達(dá)到對新綠色能源的發(fā)展需要。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電能的需求量不斷增大。原來的單一能源供給和用戶需求已經(jīng)被突破。所以，針對新能源電力系統(tǒng)采取的雙側(cè)能源控制方式，有著顯著的雙隨機(jī)波動(dòng)性，為了更好地處理好能源發(fā)電配合問題，盡可能地減小誤差來提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以使新能源發(fā)電系統(tǒng)得到有效的應(yīng)用。

2.4 微電網(wǎng)控制

微電網(wǎng)控制技術(shù)可以把多種分布式發(fā)電進(jìn)行高效結(jié)合，可以更好地為本地負(fù)荷進(jìn)行供電，有著較好的供電靈活性。微電網(wǎng)系統(tǒng)中有著多種不同方式的分布式供電源，可以對現(xiàn)有供電系統(tǒng)容量進(jìn)行擴(kuò)充，充分應(yīng)用可再生能源的作用。比如，電動(dòng)汽車為一種分布式能源微電網(wǎng)迭制，在用電高峰期可以把存儲(chǔ)的電能進(jìn)行合理地應(yīng)用，電能可以轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)行的機(jī)械能，可以在用電高峰期時(shí)為電力系統(tǒng)提供能量。

2.5 電力大系統(tǒng)多遞階控制

新能源電力系統(tǒng)為大系統(tǒng)應(yīng)用的典型例子，比原來采用的大系統(tǒng)更為復(fù)雜，主要內(nèi)容比傳統(tǒng)大系統(tǒng)更為充實(shí)和豐富。新能源電力系統(tǒng)的調(diào)度需要利用大系統(tǒng)理論來對控制方法進(jìn)行優(yōu)化。把最底層的控制子系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，逐漸優(yōu)化求解到長程協(xié)調(diào)器，通過協(xié)調(diào)器的優(yōu)化處理再執(zhí)行從上到下控制，需要保證控制過程的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。廣義模型為新能源電力系統(tǒng)基礎(chǔ)性單元，來為大系統(tǒng)分析和綜合提供保證，把原來用于單一領(lǐng)域和系統(tǒng)的模型進(jìn)行廣義化，從而建立起滿足多領(lǐng)域和系統(tǒng)的控制模型。大系統(tǒng)分析為綜合處理的前提條件，需要對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能方面進(jìn)行分析，從而確定出基本構(gòu)架和控制模塊間的關(guān)系。大系統(tǒng)的綜合是把大系統(tǒng)分析和廣義模型作為分析的根本條件，來對整個(gè)新能源系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)控進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可以為控制技術(shù)提供多種算法。

3 新能源電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

新能源電力系統(tǒng)控制技術(shù)需要充分利用電力系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)，可以讓電力系統(tǒng)在穩(wěn)定性較差的狀態(tài)下，使新能源電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。所以，對控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新是解決新能源電力系統(tǒng)的主要手段。為了實(shí)現(xiàn)新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化和控制，需要建立起完善的技術(shù)創(chuàng)新管理體制，保證電力系統(tǒng)向著智能化、可調(diào)控性、信息化方向發(fā)展。

3.1 電源響應(yīng)技術(shù)

可以引進(jìn)并吸收國外研發(fā)的新能源發(fā)電、輸電和電波抑制等方面的新技術(shù)，從而提升新能源發(fā)電的效率，需要對現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行開放，讓更多的電力系統(tǒng)可以接入到電網(wǎng)運(yùn)行平臺，采用友好型發(fā)電技術(shù)并結(jié)合其他綠色能源進(jìn)行補(bǔ)充，建立起電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展機(jī)制，改進(jìn)和優(yōu)化綠色能源的補(bǔ)償體制，使得綠色能源電力系統(tǒng)可以得到健康發(fā)展。

3.2 電網(wǎng)響應(yīng)技術(shù)

針對新能源電力系統(tǒng)會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生一定程度的波動(dòng)，導(dǎo)致新能源電能不能在電網(wǎng)中進(jìn)行有效的輸送，這是由于新能源電力系統(tǒng)特性決定的，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的耐受力和通電能力不足。科學(xué)合理的應(yīng)用高電壓、不對稱穿越技術(shù)，使供電網(wǎng)絡(luò)形成慣性。結(jié)合國內(nèi)新能源發(fā)電現(xiàn)狀和地理位置上的差異，建立起新型的電網(wǎng)架構(gòu)，使得不同地區(qū)間的電力系統(tǒng)可以進(jìn)行互補(bǔ)，讓可再生能源在不同區(qū)域進(jìn)行交易，需要采取新型輸電方式，并結(jié)合電網(wǎng)響應(yīng)技術(shù)進(jìn)行控制。

3.3 負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)

新能源電力系統(tǒng)不具備較強(qiáng)的抗干擾能力，如果外界環(huán)境存在著較大的電磁干擾時(shí)，電力系統(tǒng)的可靠性、安全性就會(huì)受到影響，嚴(yán)重情況下會(huì)使得電力系統(tǒng)完全癱瘓，需要使電力系統(tǒng)具備承受更高峰值的能力。充分發(fā)揮出電力設(shè)備集中布置的優(yōu)點(diǎn)，使得供電距離得到保證。也就是使電力設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)可以共同來承擔(dān)電力負(fù)荷，需要制定出新能源協(xié)同響應(yīng)管理制度，采用技術(shù)手段來對電力負(fù)荷進(jìn)行配置，進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，可以在將來實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的供電和需求側(cè)進(jìn)行互補(bǔ)。

3.4 云端智能綜合控制技術(shù)

電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，存在著多種邏輯控制關(guān)系，需要不斷優(yōu)化和改進(jìn)運(yùn)行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，云端智能綜合控制技術(shù)已經(jīng)被引到新能源電力系統(tǒng)控制中來。采用云存儲(chǔ)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的靈活應(yīng)用，使得運(yùn)行數(shù)據(jù)互通性得到不斷增強(qiáng)。電力系統(tǒng)的規(guī)劃和調(diào)度可以通過云計(jì)算技術(shù)得到高效實(shí)現(xiàn)，有效地提升了電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。還可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化管理及調(diào)整，減少對系統(tǒng)資源的占用。

3.5 大數(shù)據(jù)技術(shù)

最近一些年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別對新能源電力系統(tǒng)來講，可以對電力系統(tǒng)的信息流進(jìn)行高效地控制、分配，從而達(dá)到更好的協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性，使得數(shù)據(jù)信息傳輸更為準(zhǔn)確和靈活。還可以對無用信息進(jìn)行清理，對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解讀，對重要信息進(jìn)行安全地存儲(chǔ)。把大數(shù)據(jù)技術(shù)與可視化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以使新能源電力系統(tǒng)得到完善。

3.6 廣義模型和方法集成技術(shù)

由于對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行建模具有很高的復(fù)雜性，需要應(yīng)用專業(yè)性技術(shù)把普遍采用的建模辦法和算法進(jìn)行拓展，從而滿足新能源系統(tǒng)。當(dāng)前，多采用廣義模型和算法集成技術(shù)。采用識別推理辦法，通過建立起模型數(shù)據(jù)庫、知識庫，利用專家系統(tǒng)來對新能源電力系統(tǒng)模型進(jìn)行判斷和識別，從而滿足控制算法的要求，可以從模型庫中提取滿足具有實(shí)用價(jià)值的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行推理計(jì)算來進(jìn)行拓展。

應(yīng)用識別映射辦法，需要采用圖像識別和網(wǎng)絡(luò)識別等技術(shù)，對現(xiàn)存新能源數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法進(jìn)行分析，了解是否能滿足新能源電力系統(tǒng)需求，并創(chuàng)建大系統(tǒng)模型和新能源模型間的對應(yīng)關(guān)系。應(yīng)用推理映射方法，需要把非線性映射和知識推理進(jìn)行高度地結(jié)合，可以把其他類型大系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和控制算法應(yīng)用到新能源電力系統(tǒng)中，從而建立起新型的自學(xué)習(xí)模型。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著新型發(fā)電技術(shù)不斷被研發(fā)出來，新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。需要對新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的分析和研究，充分利用好新能源發(fā)電持測試儀，實(shí)現(xiàn)多種能源的高效互補(bǔ)，從而保證電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性，為用戶輸送清潔、可靠的電能。