綜合能源系統(tǒng)中的柔性負荷調(diào)控技術(shù)分析

韓賢俊 南京國云電力有限公司

引言

國網(wǎng)公司提出在能源領(lǐng)域加快“電能替代、清潔替代”，積極推進能源清潔轉(zhuǎn)型，推動電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。隨著新能源裝機容量的逐年擴大，以及多能互補等能源領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)生了深刻的變革，目前的電力系統(tǒng)已經(jīng)成為綜合能源系統(tǒng)。制定綜合能源系統(tǒng)的運行方式，需要考慮比傳統(tǒng)電力系統(tǒng)更多的影響因素，以使綜合能源系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。其中對柔性負荷進行調(diào)控具有重要的作用，可以使綜合能源系統(tǒng)的運行靈活性增強，本文對此進行了分析。

1 綜合能源系統(tǒng)概述

綜合能源系統(tǒng)包括多種業(yè)務(wù)類型，如并網(wǎng)的新能源、電動汽車、綜合服務(wù)等，是對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的升級。由于新能源的出力具有間隙性和波動性，會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來一定的挑戰(zhàn)，亟需對全網(wǎng)的運行方式進行優(yōu)化管理。在電網(wǎng)發(fā)展的新形勢下，充分發(fā)揮綜合能源系統(tǒng)中的可控資源調(diào)節(jié)能力，有利于提高電網(wǎng)的彈性，促進電網(wǎng)的進一步發(fā)展。針對水電、余熱發(fā)電、風(fēng)電、光伏、高鐵牽引負荷等多能源類型同時接入電網(wǎng)的現(xiàn)狀，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化電網(wǎng)的調(diào)控運行方式，降低線損并促進新能源消納，同時可利用儲能技術(shù)改善高鐵牽引負荷特性，降低高鐵牽引負荷對電網(wǎng)造成的沖擊，從而提高電力網(wǎng)絡(luò)運行的經(jīng)濟性、靈活性、安全性和穩(wěn)定性。

1.1 綜合能源系統(tǒng)的特點

綜合能源系統(tǒng)具有一定的特點，可以在綜合能源系統(tǒng)中采用“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)同管理模式。就目前來說，新能源并網(wǎng)后依然會對電力系統(tǒng)帶來較大的影響，需要采取一點的技術(shù)手段降低新能源并網(wǎng)的影響。在綜合能源系統(tǒng)中，應(yīng)該規(guī)范新能源并網(wǎng)準則，只有當(dāng)新能源電站符合相關(guān)的技術(shù)要求之后，才可以將其接入電網(wǎng)，細化新能源并網(wǎng)的條件，規(guī)范新能源并網(wǎng)運行，降低新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的影響，這樣才能保證綜合能源系統(tǒng)的運行安全和穩(wěn)定。同時，在綜合能源系統(tǒng)中，負荷、電力網(wǎng)絡(luò)的運行靈活性都得到了明顯的增加，需要對綜合能源系統(tǒng)中的各類靈活性資源進行合理有效的管理。

1.2 綜合能源系統(tǒng)的運行方式

綜合能源系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化管理，旨在解決當(dāng)光伏、風(fēng)電、電動汽車充電站、配電自動化、高鐵牽引負荷等多種類型的能源業(yè)務(wù)同時接入電網(wǎng)后，如何優(yōu)化電網(wǎng)運行方式的問題。此時電網(wǎng)企業(yè)能夠調(diào)控的資源增多，電網(wǎng)運行方式的靈活性變強，對電網(wǎng)中的各類資源進行統(tǒng)籌管理，并從電網(wǎng)運行層面對新能源規(guī)劃接入提供指導(dǎo)，同時改善高鐵牽引負荷對電網(wǎng)的沖擊，以提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性[2]。通過實施確立綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運營模式、制定新能源管理準則、加大電網(wǎng)建設(shè)資金投入、借助先進負荷控制手段、引入儲能技術(shù)等方法，達到優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)的運行方式、指導(dǎo)地區(qū)電網(wǎng)的新能源接入的目的。

2 柔性負荷調(diào)控技術(shù)

2.1 電力系統(tǒng)中的柔性負荷

電力系統(tǒng)中所包括的柔性負荷種類較多，如電動汽車充放電負荷、智能家居、微電網(wǎng)、天然氣三聯(lián)供、冷熱電氣優(yōu)化等，需要對電力系統(tǒng)中眾多的柔性負荷進行管理，提高運行的經(jīng)濟性。負荷預(yù)測的精度越高，則不確定性越小，越有利于電網(wǎng)調(diào)度計劃的編制和機組組合的安排。一是加強與氣象部門的聯(lián)系，及時掌握氣候變化情況，便于及時調(diào)整預(yù)測負荷值。二是分不同的負荷性質(zhì)，根據(jù)不同負荷的特征進行預(yù)測，使負荷預(yù)測數(shù)據(jù)更加細化。三是進行母線負荷預(yù)測，為電網(wǎng)調(diào)度運行方式的編制提供可靠的母線負荷數(shù)據(jù)支撐，保證電網(wǎng)的安全運行。

2.2 電力需求響應(yīng)

需求響應(yīng)可參與電網(wǎng)峰谷調(diào)節(jié)，可利用彈性電價引導(dǎo)用戶（尤其是大用戶）在新能源大發(fā)時用電，調(diào)整負荷特性使之與新能源的出力特性相匹配，實現(xiàn)新能源發(fā)電波動的平抑，從而提高新能源發(fā)電容量的可信度，以減少棄風(fēng)和棄光電量。同時，通過對電力負荷的削峰填谷，優(yōu)化負荷特性，減少電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，延緩容量升級投資，提高了設(shè)備的利用率。

2.3 可控負荷調(diào)控技術(shù)

對于可控負荷，綜合能源系統(tǒng)的調(diào)度人員可以根據(jù)綜合能源系統(tǒng)運行的需要，進行合理的調(diào)控，如斷開與電網(wǎng)的連接或者錯開電網(wǎng)的負荷高峰等。此外，可以采取電力交易方式促進新能源消納。構(gòu)建電力市場是未來電力生產(chǎn)與供應(yīng)的發(fā)展方向，國外已有實際運行的經(jīng)驗，國內(nèi)也正大幅推進電力市場的構(gòu)建，各網(wǎng)省電力交易中心紛紛揭牌成立。當(dāng)電網(wǎng)中的負荷增大時，此時將有利于新能源的消納。通過構(gòu)建電力市場，利用電力市場中的電力交易手段，引導(dǎo)用戶合理有序用電，并促進對新能源的消納，同時配合售電側(cè)改革，成立增量配電網(wǎng)改革試點，鼓勵并引導(dǎo)用戶在新能源消納較為困難時期用電。

3 綜合能源系統(tǒng)中的柔性負荷調(diào)控技術(shù)

3.1 利用信息技術(shù)采集柔性負荷信息

對綜合能源系統(tǒng)中的柔性負荷信息數(shù)據(jù)進行采集，需要采用大量的信息化設(shè)備，離不開通信技術(shù)、計算機控制技術(shù)的支持，在信息系統(tǒng)建設(shè)方面需要加強投資。系統(tǒng)中的實時柔性負荷數(shù)據(jù)信息，需要依靠計算機技術(shù)進行采集，并傳送給主站運行人員進行分析判斷。

3.2 優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)運行

可以利用多能互補技術(shù)，優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)運行。地區(qū)電網(wǎng)目前有水電、光伏、風(fēng)電、電動汽車充電樁、余熱電站、垃圾電廠等多種類型的能源業(yè)務(wù)，具備利用多能互補技術(shù)以提高綜合能源系統(tǒng)效率的條件。風(fēng)電在不同的地區(qū)，出力特性有所不同，但大部分地區(qū)都是夜間風(fēng)電大發(fā)，白天出力較小，與光伏出力相反，兩者之間存在互補性。此外，電動汽車是未來的發(fā)展趨勢，目前在沿海地區(qū)和高速路口處已有大量充電樁投入使用，合理引導(dǎo)電動汽車有序充電，以有利電網(wǎng)的運行。充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)控制。結(jié)合智慧能源的特點和實際情況，以需求側(cè)響應(yīng)為切入點，在區(qū)域內(nèi)引入能源管控一體化技術(shù)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的綜合利用和統(tǒng)一管理。

3.3 計算機技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用趨勢

在綜合能源系統(tǒng)中，不光涉及到傳統(tǒng)的強電方面的內(nèi)容，還需要采用比例較高的信息通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)，保證綜合能源系統(tǒng)具有較高的智能化和信息化水平。將通信技術(shù)和控制技術(shù)與電力基礎(chǔ)設(shè)施充分結(jié)合，可以使得傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)得以升級，實現(xiàn)能源合理優(yōu)化利用和能源效率的提升。和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，綜合能源系統(tǒng)在降低系統(tǒng)網(wǎng)損、提高電力企業(yè)經(jīng)濟效益方面都具有較為明顯的優(yōu)勢。可見，未來計算機技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)中將具有廣闊的應(yīng)用空間，綜合能源系統(tǒng)的進一步發(fā)展也需要依靠計算機技術(shù)提供技術(shù)支持。

同時，國家能源局也對消納清潔能源、充分開發(fā)利用多能互補等技術(shù)提出了相關(guān)的要求。在此背景下，在綜合能源系統(tǒng)中采用計算機技術(shù)具有必要性。光伏和風(fēng)電作為非水可再生能源的重要組成部分，提高其發(fā)電量消納水平對實現(xiàn)上述消納指標具有關(guān)鍵作用。同時，清潔能源的消納電量增加后，具有較高的節(jié)能效益，全年可以節(jié)約煤炭資源，降低二氧化碳排放，提升了當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，對改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境發(fā)揮了積極作用。通過在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)采用綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理策略，提高了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的智能化水平，使得能源結(jié)構(gòu)和能源消費朝著綠色、低碳方向健康發(fā)展。

4 結(jié)論

在綜合能源系統(tǒng)中，可以調(diào)控的負荷總量明顯增加，在綜合能源系統(tǒng)的運行方式上更加靈活，通過對系統(tǒng)中的柔性負荷進行調(diào)節(jié)，可以使得綜合能源系統(tǒng)更加安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行，提高綜合能源系統(tǒng)的自動化和智能化水平。