源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)調(diào)控對(duì)降低可再生能源發(fā)電棄電率的應(yīng)用分析

鄧嘉麒 姜兵 劉建亮

摘 要：近年來，社會(huì)進(jìn)步迅速，隨著新型發(fā)電、直流輸電、電能存儲(chǔ)等技術(shù)的發(fā)展，新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車等柔性負(fù)荷以及可充放電的儲(chǔ)能裝置不斷并入電網(wǎng)中，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)架構(gòu)發(fā)生了巨大變化。由于新型源網(wǎng)荷儲(chǔ)存在較大的不穩(wěn)定性，給配電網(wǎng)調(diào)度帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其是難以控制調(diào)度的額外電損。借助泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的實(shí)時(shí)信息采集與分析，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度提供了契機(jī)。配電網(wǎng)中的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同具有天然的分布式特性，因此可以利用電力物聯(lián)網(wǎng)的感知能力構(gòu)建一個(gè)分布式狀態(tài)實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)，使得協(xié)同調(diào)度具有更高的調(diào)度精度。

關(guān)鍵詞：源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)調(diào)控;降低可再生能源發(fā)電棄電率;應(yīng)用分析

引言

可再生能源是未來能源發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的快速增加，棄水率、棄風(fēng)、棄光率也維持在高位運(yùn)行。

1相關(guān)工作

目前，已有學(xué)者對(duì)源荷互動(dòng)調(diào)度進(jìn)行研究。圍繞大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)實(shí)切實(shí)驗(yàn)，介紹了一系列新電力技術(shù)如系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率計(jì)算等，為系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)提供了技術(shù)手段和有效的分析方法，從而可以優(yōu)化配電網(wǎng)中對(duì)負(fù)荷側(cè)的控制。著重考慮荷端出現(xiàn)的新需求，即兼容需求側(cè)資源響應(yīng)，提出了一個(gè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)優(yōu)化調(diào)度模型。算例分析結(jié)果證明，該模型能夠有效降低系統(tǒng)總成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。其采取的負(fù)荷控制策略是以電價(jià)調(diào)整為主，存在一定的用戶主觀影響;同時(shí)系統(tǒng)成本指的是經(jīng)濟(jì)方面，并未考慮能源損耗，且未考慮新能源消納問題，因此可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。后續(xù)研究可以考慮將兩者統(tǒng)一，即在兼容需求側(cè)資源響應(yīng)上應(yīng)用負(fù)荷實(shí)切技術(shù)來進(jìn)一步降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景下，可以進(jìn)一步考慮用戶用電匹配發(fā)電或者發(fā)電匹配用電的情況。在源源互動(dòng)的研究中，大多數(shù)是以能源互聯(lián)網(wǎng)為背景對(duì)多種能源尤其是新能源進(jìn)行管理，以使能源利用率最優(yōu)?？紤]在多能量互補(bǔ)的柔性直流配電網(wǎng)下，設(shè)計(jì)一種協(xié)調(diào)、協(xié)同的優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)。該文主要考慮多種能源網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行，同時(shí)考慮到了新能源消納以及各類分布式發(fā)電設(shè)備的接入，在傳統(tǒng)集中下發(fā)控制的基礎(chǔ)上，采用離散時(shí)間一致性算法對(duì)分布式設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)最優(yōu)控制，從而使整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)開銷最小。該文主要從多能源互補(bǔ)即源端進(jìn)行考慮，同時(shí)綜合儲(chǔ)能設(shè)備的狀態(tài)來滿足負(fù)荷的需求，并未對(duì)負(fù)荷做出調(diào)整，因此可考慮將負(fù)荷調(diào)整加入?yún)f(xié)調(diào)控制以進(jìn)一步優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。同時(shí)，針對(duì)電網(wǎng)區(qū)域自治需求越來越高的情況，許多研究者對(duì)臺(tái)區(qū)下的配電網(wǎng)調(diào)度架構(gòu)及機(jī)制進(jìn)行了研究。一些學(xué)者對(duì)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究。提出了一個(gè)有效的能源管理系統(tǒng)，整理了多能源通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)的多種機(jī)制。各類能源和各類負(fù)荷做了特性分析，同時(shí)得出結(jié)論：信息控制系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心。針對(duì)區(qū)域能源管理提出了各自的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并未提出相應(yīng)的控制策略和方案，但仍為研究泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度提供了架構(gòu)基礎(chǔ)。具有特定負(fù)荷（海水淡化負(fù)荷）裝置的沿海區(qū)域能源系統(tǒng)協(xié)同控制方法進(jìn)行了綜述，對(duì)有關(guān)源網(wǎng)荷系統(tǒng)有關(guān)研究做了總結(jié)與展望，并對(duì)源網(wǎng)荷系統(tǒng)交互做出了詳細(xì)的解釋，同時(shí)歸納了沿海多源多負(fù)荷系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與多時(shí)間尺度能量調(diào)度的方法，為接下來的源網(wǎng)荷儲(chǔ)系統(tǒng)定義以及優(yōu)化調(diào)度模型的建立提供了方向。上述研究對(duì)新出現(xiàn)的微網(wǎng)系統(tǒng)用電調(diào)度、區(qū)域自治方法及技術(shù)進(jìn)行了研究和綜述，對(duì)構(gòu)建配電網(wǎng)的系統(tǒng)框架具有較大的參考價(jià)值。

2可再生能源發(fā)電的特征

可再生能源指的是水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、潮汐能等，?yīng)用最為廣泛的是水能、風(fēng)能及太陽(yáng)能，應(yīng)用方式表現(xiàn)為：水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電。本文主要對(duì)這3種可再生能源發(fā)電特征進(jìn)行論述。水能最為突出的特點(diǎn)是：具有豐水期、平水期、枯水期，儲(chǔ)水量變化有一定的周期性且相對(duì)穩(wěn)定，水能的利用還要考慮防洪、防汛、生產(chǎn)和生活。為了最大程度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，按照電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，在水能的豐水期需要全功率發(fā)電，枯水期多進(jìn)行電力系統(tǒng)的調(diào)峰。這些因素決定了水力發(fā)電的具有以下基本特征：①發(fā)電功率可預(yù)測(cè);②發(fā)電量可預(yù)測(cè);③穩(wěn)定性較好;④較強(qiáng)的慣性。風(fēng)能是地表受太陽(yáng)輻射造成受熱不均而引起大氣水平方向壓力不均，并導(dǎo)致空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能。風(fēng)能是太陽(yáng)能的間接利用，受地理位置、氣候、天氣影響較大，具有較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，難于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)能的制約，具有與風(fēng)能類似的特征，另外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片較大，具有一定的慣性。因此，風(fēng)力發(fā)電的具有下述基本特征：①發(fā)電功率難與準(zhǔn)確預(yù)測(cè);②發(fā)電量難于準(zhǔn)確預(yù)測(cè);③穩(wěn)定性較差;④有一定的慣性。太陽(yáng)能是指太陽(yáng)光輻射的能量，一般情況下，太陽(yáng)能發(fā)電是利用光電效應(yīng)把太陽(yáng)的光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能或者把太陽(yáng)的光輻射先轉(zhuǎn)換為熱能再轉(zhuǎn)換成電能。應(yīng)用最為廣泛的是把太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式即光伏發(fā)電。光伏發(fā)電受季節(jié)、地理位置和大氣物理狀況的影響，具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性，也不具備慣性。光伏發(fā)電的具有特征是：①發(fā)電功率難與準(zhǔn)確預(yù)測(cè);②發(fā)電量難于準(zhǔn)確預(yù)測(cè);③穩(wěn)定性較差;④無(wú)慣性。

3資源全息感知與決策

電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電、儲(chǔ)能等各環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息和監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行信息被實(shí)時(shí)感知，同時(shí)控制系統(tǒng)如AGC、AVC、動(dòng)態(tài)ACE等控制狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，此外還包括氣象、山火、密集輸電走廊等與電網(wǎng)直接或間接相關(guān)的環(huán)境信息感知。利用大數(shù)據(jù)及人工智能的方法采用仿真分析和事件驅(qū)動(dòng)的模式，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況及故障反演其發(fā)展過程，形成故障前以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化為目標(biāo)的控制方式，故障中以電網(wǎng)安全性為目標(biāo)的控制方式，故障后以電網(wǎng)運(yùn)行恢復(fù)為目標(biāo)的控制方式，保證電網(wǎng)在真實(shí)運(yùn)行場(chǎng)景下安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。例如基于臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合地理GIS圖展示臺(tái)風(fēng)名稱、風(fēng)圈大小及強(qiáng)度、預(yù)測(cè)路徑以及可能影響的設(shè)備，并以動(dòng)畫形式展示臺(tái)風(fēng)的演變過程，通過臺(tái)風(fēng)路徑、臺(tái)風(fēng)等級(jí)、臺(tái)風(fēng)半徑等預(yù)報(bào)信息，同時(shí)結(jié)合桿塔地理位置及設(shè)計(jì)參數(shù)，自動(dòng)智能識(shí)別N-1、N-2、N-3故障集的發(fā)生時(shí)間和發(fā)生概率，將臺(tái)風(fēng)識(shí)別出來的預(yù)想故障集納入到電網(wǎng)靜態(tài)安全分析中，評(píng)估未來時(shí)段臺(tái)風(fēng)對(duì)電網(wǎng)可能造成的影響，并給出影響程度的預(yù)警信息，根據(jù)判定結(jié)果按照常規(guī)數(shù)據(jù)挖掘軌跡模式（關(guān)聯(lián)、聚類、分類、預(yù)測(cè)）方法形成基于網(wǎng)、省、地、縣四級(jí)調(diào)度的發(fā)電計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)、新能源發(fā)電預(yù)測(cè)和機(jī)組調(diào)節(jié)空間等數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大電網(wǎng)組態(tài)模擬精準(zhǔn)化廣域協(xié)同控制，提升大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)綜合運(yùn)行水平和抵御風(fēng)險(xiǎn)能力。

結(jié)語(yǔ)

本文論述了傳統(tǒng)的“源隨荷動(dòng)”調(diào)度模式向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元協(xié)調(diào)調(diào)度控制”模式轉(zhuǎn)變發(fā)展方向，基于此設(shè)計(jì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。首先介紹了該系統(tǒng)的總體四層架構(gòu)，其次闡述了實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的各應(yīng)用場(chǎng)景支撐的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，最終落地在華東分部調(diào)控分中心進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”互動(dòng)。

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