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

樂(lè)姝

摘要：從電力系統(tǒng)發(fā)展看，隨著新能源發(fā)電技術(shù)（本文新能源指以風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電為代表的新興可再生能源發(fā)電技術(shù)，以下簡(jiǎn)稱新能源）的快速進(jìn)步，間歇式新能源發(fā)電比重將進(jìn)一步提高，這給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一系列挑戰(zhàn)。核電出力穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，適合承擔(dān)電力基荷，同時(shí)為系統(tǒng)提供必要的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，發(fā)揮受端電網(wǎng)的電源支撐作用，從而也更加有利于風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性電源的消納。因此，亟需深入研究核電與新能源及其他各類(lèi)電源的協(xié)調(diào)發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：新能源;電力系統(tǒng);優(yōu)化控制方法;關(guān)鍵技術(shù);探究

引言

資源枯竭、環(huán)境污染以及全球氣候變化等所帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境難題促使建立在化石能源基礎(chǔ)上的能源發(fā)展管理方式正亟待轉(zhuǎn)型和調(diào)整?？稍偕鍧嵞茉慈绾斡行У亻_(kāi)發(fā)利用已成為當(dāng)今的研究重點(diǎn)，然而伴隨風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)量和并網(wǎng)利用規(guī)模的增長(zhǎng)，其并網(wǎng)后更容易產(chǎn)生大范圍的波動(dòng)性，也會(huì)進(jìn)一步增大全網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差，以此引發(fā)電力調(diào)峰需求急劇增加。如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏和水電等可再生能源發(fā)電與火電相結(jié)合，以期實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的同時(shí)兼顧環(huán)保效益是目前亟需研究的問(wèn)題。

1新能源電力系統(tǒng)的特點(diǎn)

新能源電力系統(tǒng)的中心意義就是實(shí)現(xiàn)真正的“縱向垂直互補(bǔ)，垂直網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能源存儲(chǔ)協(xié)調(diào)”的幫助下相關(guān)的技術(shù)手段，減少一次性能源的使用，增加新能源在電力系統(tǒng)的比重，最后逐步使可再生能源占據(jù)電力資源結(jié)構(gòu)的主要位置。新能源發(fā)電系統(tǒng)具有隨機(jī)性和波動(dòng)性、受溫度的影響較大的特點(diǎn)，新能源集成產(chǎn)生的振蕩對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的影響。因此，新能源比例越高，振蕩問(wèn)題就越嚴(yán)重，新能源的普及不僅會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且會(huì)對(duì)新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行率產(chǎn)生重大影響。選擇將傳統(tǒng)煤燃發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成新能源電力系統(tǒng)最主要的原因就是，新能源系統(tǒng)本身所具有的可再生性、可重復(fù)性及可利用性。風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能和水能等新能源的開(kāi)發(fā)利用是現(xiàn)階段新能源發(fā)展的重要組成部分。

2新能源技術(shù)的發(fā)展

新能源的發(fā)展根據(jù)技術(shù)的成熟度和技術(shù)改造的程度可分為四個(gè)階段：研發(fā)、示范、推廣和產(chǎn)業(yè)化。核電、太陽(yáng)能熱發(fā)電、沼氣等技術(shù)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化成熟階段，而太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和生物燃料等技術(shù)大多成熟，處于產(chǎn)業(yè)化初期或中期。地?zé)岜煤痛笾行驼託鉅t正處于融資階段，因?yàn)樾枰?guī)模經(jīng)濟(jì)來(lái)降低成本。乙醇纖維素、天然氣水合物的勘探和生產(chǎn)、可控核聚變等仍處于研發(fā)階段，但還需進(jìn)一步完善。新能源技術(shù)的發(fā)展，為人們的生活帶來(lái)了諸多的便利，它不僅僅是一種技術(shù)型的改革，同時(shí)也與人們?nèi)粘５囊率匙⌒杏忻芮械年P(guān)系，新能源的革命也會(huì)成為人們生活方式的一場(chǎng)革命。對(duì)于新能源發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與升級(jí)，注重新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行深入的研究與思考，才是優(yōu)化電力系統(tǒng)，為人們生活謀福利的正確選擇。

3新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法

3.1 加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)

從生產(chǎn)發(fā)電來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)間接性和波動(dòng)性明顯的風(fēng)力發(fā)電、光伏消納，電力系統(tǒng)必須增加一些可以靈活迅速調(diào)節(jié)的電源作為支撐點(diǎn)。然而，我國(guó)低碳化的靈活電源，如正電、抽水蓄能裝機(jī)占比過(guò)高，因而在這方面需要進(jìn)一步挖掘潛力，加速靈活電源建設(shè)和改建，以搭配新能源的發(fā)展。并且電力系統(tǒng)的負(fù)荷已不同于傳統(tǒng)化相對(duì)穩(wěn)定性的負(fù)荷。伴隨空調(diào)等大量波動(dòng)性負(fù)荷的發(fā)展，必須加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)和電力網(wǎng)技術(shù)的深層融合。

3.2高比例新能源電力系統(tǒng)平衡特征和方式顯著

改變，其發(fā)電功率波動(dòng)的強(qiáng)時(shí)空差異性使得電力系統(tǒng)維持時(shí)空平衡的難度不斷加大。這使我國(guó)靈活性調(diào)節(jié)資源缺乏的問(wèn)題日益凸顯，同樣也對(duì)傳統(tǒng)只帶基荷運(yùn)行的核電提出更高要求。針對(duì)核電與新能源及各類(lèi)靈活性調(diào)節(jié)資源的協(xié)調(diào)運(yùn)行問(wèn)題，本文考慮高比例新能源并網(wǎng)帶來(lái)的隨機(jī)性和不確定性，以及機(jī)組的隨機(jī)故障及電力負(fù)荷的隨機(jī)性，采用ABB公司研發(fā)的電力系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn)模擬軟件Grid View，對(duì)2035年我國(guó)某大區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行了模擬分析。未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)中，并非需要核電頻繁參與電網(wǎng)調(diào)峰，而是以推進(jìn)火電靈活性改造、加強(qiáng)儲(chǔ)能等技術(shù)應(yīng)用提高系統(tǒng)靈活性，核電僅在調(diào)峰資源嚴(yán)重不足時(shí)作為補(bǔ)充手段。當(dāng)然，核電出于安全性及經(jīng)濟(jì)性的考量不頻繁參與電網(wǎng)調(diào)峰，并不意味著其可以不承擔(dān)調(diào)峰義務(wù)。這就需要充分發(fā)揮市場(chǎng)的資源優(yōu)化配置作用，并以市場(chǎng)化方式發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰價(jià)值并在不同電源間進(jìn)行成本分?jǐn)偂?/p>

3.3電力系統(tǒng)以及電瓶車(chē)的相融

將新能源電力系統(tǒng)與電瓶車(chē)相融合，運(yùn)用更多的清潔能源，隨著電瓶車(chē)的普及，越來(lái)越多的電瓶車(chē)開(kāi)上街道，那么，作為必要的基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展也必須得跟上。另外，如何高效化地把它們相融到電力系統(tǒng)中，也是一個(gè)探索。各個(gè)國(guó)家的合作能幫助我們?cè)谶@方面完成“1+1=2”的功效。同時(shí)，讓我們也要在各個(gè)行業(yè)，在有利益相關(guān)的方面，包括交通領(lǐng)域、電能領(lǐng)域密切合作。讓我們相信新能源汽車(chē)以及電力系統(tǒng)，不論是在電力網(wǎng)方面還是在地方，通過(guò)一系列的技術(shù)性解決方案能緊密融合。再者，在市場(chǎng)監(jiān)管這方面政策的適應(yīng)，或者說(shuō)是調(diào)節(jié)，也將能使這樣的融合迅速發(fā)生。

3.4并網(wǎng)安全穩(wěn)定性策略

建立新能源發(fā)電單元仿真模型、場(chǎng)站詳細(xì)仿真模型及參數(shù)庫(kù)，系統(tǒng)仿真還原大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故，模擬風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的波及關(guān)系，明確新能源發(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定邊界條件和技術(shù)要求以及高/低壓穿越、電網(wǎng)適應(yīng)性等并網(wǎng)試驗(yàn)，并網(wǎng)性大幅度提高。另外，加強(qiáng)新能源場(chǎng)站主動(dòng)支撐控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)場(chǎng)站對(duì)系統(tǒng)電壓、頻率的快速響應(yīng)，新能源場(chǎng)站對(duì)系統(tǒng)頻率、電壓的支撐能力顯著增強(qiáng)。此外還要對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行各種優(yōu)化，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、風(fēng)電場(chǎng)的容量及SVC調(diào)節(jié)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置，進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于低電壓或高電壓應(yīng)具備快速的穿越或切除能力，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3.5多能源電力系統(tǒng)互補(bǔ)短期優(yōu)化調(diào)度

將風(fēng)電、光伏、水電和火電組成互補(bǔ)系統(tǒng)，用水電這種靈活或調(diào)度電源來(lái)平抑風(fēng)電和光伏出力的波動(dòng)，解決了夜晚無(wú)光伏出力導(dǎo)致風(fēng)電反調(diào)峰特性強(qiáng)的問(wèn)題，減少棄風(fēng)和棄光的可能性，平滑風(fēng)光一體出力，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。由于火電承擔(dān)主要基荷，將風(fēng)光水電與火電結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，能夠在有效保障大規(guī)模電力有序運(yùn)行和供應(yīng)的同時(shí)能最大化消納網(wǎng)內(nèi)的清潔能源。以西南地區(qū)某市含風(fēng)光水火的多能源為研究對(duì)象，提出了基于互補(bǔ)系統(tǒng)波動(dòng)性最小的火電日前調(diào)度和基于互補(bǔ)系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷曲線最優(yōu)的火電日前調(diào)度兩種運(yùn)行策略。

結(jié)束語(yǔ)

新能源高比例發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的電壓、電網(wǎng)振蕩等造成了影響，給電力系統(tǒng)的可靠供電、高效消納、安全運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。基于對(duì)新能源資源和設(shè)備特性的認(rèn)知，通過(guò)數(shù)值模擬與功率預(yù)測(cè)、并網(wǎng)安全穩(wěn)定性策略、智能優(yōu)化調(diào)度等，基本實(shí)現(xiàn)了新能源的可預(yù)測(cè)、可控制與可調(diào)度。

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