新能源電力系統(tǒng)控制與優(yōu)化措施分析

牛美英 渠基磊 牛曉波

【摘? 要】提高我國新能源電力系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行控制和優(yōu)化是必要和至關(guān)重要的?；诖?，論文首先介紹了友好型、多源互補(bǔ)型以及雙側(cè)資源型等控制方法，其次結(jié)合供電、電網(wǎng)、負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)，云智能集成技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對新能源電力系統(tǒng)的控制和優(yōu)化方案進(jìn)行簡要分析，以期為類似項(xiàng)目提供有益參考。

【Abstract】It is necessary and vital to improve the production efficiency of China's new energy power system， and to control and optimize the new energy power system. Based on this， this paper firstly introduces the friendly， multi-source complementary and bilateral resource-based control methods. Secondly， combined with response technologies of power supply， power grid and load， cloud intelligent integration technology and big data technology， this paper briefly analyzes the control and optimization scheme for new energy power system， so as to provide useful reference for similar projects.

【關(guān)鍵詞】新能源;電力系統(tǒng);控制方式;優(yōu)化措施

【Keywords】new energy; power system; control modes; optimization measures

【中圖分類號】TM732? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）10-0167-03

1 引言

傳統(tǒng)能源一般包括煤炭、石油、天然氣等，這些均屬于不可再生能源，長久以來，傳統(tǒng)能源一直是發(fā)電的主要能源，且目前仍在大范圍使用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的不可再生能源被逐漸取代，一些可再生資源逐漸受到更多人的青睞，被越來越多地應(yīng)用于電力生產(chǎn)。但不可否認(rèn)的是，可再生資源的弊端也很明顯，包括無法儲存，且在實(shí)際電力生產(chǎn)過程中不穩(wěn)定性較高，這些因素使得電力系統(tǒng)的可控性大大降低?；诖耍履茉磻?yīng)運(yùn)而生，新能源的出現(xiàn)有效解決了不可再生能源和可再生能源兩者在電力系統(tǒng)中的弊端，并且各取所長，有利于電力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

2 新能源電力系統(tǒng)的概況與特點(diǎn)

不可再生資源通常包括煤炭、石油、天然氣，而且這些資源對人們的生產(chǎn)生活非常重要，我國的電力系統(tǒng)就是利用它們來發(fā)電的。但是，將這些資源用于發(fā)電一方面消耗了大量不可再生資源，另一方面對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，這不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，為減少這些能源的消耗，保護(hù)環(huán)境，減少污染，人們開始研究和利用可再生資源發(fā)電。但實(shí)際上，可再生資源也存在一定的問題，既難以儲存，且不穩(wěn)定因素較多，使得電力系統(tǒng)雙邊供給的可控性相對較差。新能源的出現(xiàn)就是為了有效解決這一問題，同時(shí)保證電力穩(wěn)定供應(yīng)，更高效、更安全地利用可再生資源[1]。

新能源電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)包括：

第一，普及率高，資源可再生。目前，我國新能源主要應(yīng)用于新疆、甘肅等地區(qū)。就地理位置而言，這是2個(gè)相鄰的省份，這消除了長距離電網(wǎng)傳輸?shù)谋锥耍环矫?，?jié)省了成本;另一方面，使可再生資源得到有效利用。

第二，多能源橫向供給相輔相成。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在2個(gè)方面，即供給與需求[2]。供應(yīng)是指利用太陽能、風(fēng)能等綠色能源和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來發(fā)電。確保電力資源綠色、安全、穩(wěn)定供應(yīng)。而通過應(yīng)用相關(guān)科技，這些能量可以優(yōu)勢互補(bǔ)，解決了一些穩(wěn)定性差的問題。需求主要是指滿足用戶的特定需求。根據(jù)電力系統(tǒng)目前的技術(shù)，用戶可以詳細(xì)了解自己的用電情況，同時(shí)，可以準(zhǔn)確了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便用戶調(diào)整用電方式和策略。

3 新能源電力系統(tǒng)的控制方法

目前，我國電力系統(tǒng)的控制方法不完善，不僅存在能源不穩(wěn)定問題，資源浪費(fèi)問題也日益嚴(yán)峻，因此，優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)勢在必行。在新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化這項(xiàng)工作中，應(yīng)該從2個(gè)方面入手考慮這個(gè)問題：

首先，從整體的角度來分析，要推動整個(gè)新能源電力系統(tǒng)的完善，促進(jìn)其各部分、各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展。

其次，從自身的角度來分析，確保新能源電力系統(tǒng)的自主性，由于不穩(wěn)定因素很多，各種各樣的問題難以避免，且可能隨時(shí)出現(xiàn)一些問題。因此，新能源電力系統(tǒng)的控制必須堅(jiān)持局部與整體協(xié)調(diào)發(fā)展的原則。

具體可以從以下幾個(gè)方面著手。

3.1 友好型控制方法

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)功率控制方式相比，新能源友好型的控制方式可以提供更穩(wěn)定的功率輸出，供電電壓高于傳統(tǒng)方式。

具體而言，新能源電力系統(tǒng)友好型控制的方法，主要就是對歷史記錄的數(shù)據(jù)、對天文氣象的預(yù)測數(shù)據(jù)等應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與豐富的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解讀，然后分析出可控制的手段或者方法。實(shí)際上，這就是對新能源發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測。新能源的預(yù)測分析已成為控制方法中重要的組成部分。此外，電力系統(tǒng)的分析和預(yù)測主要是根據(jù)其功率和其他方法進(jìn)行控制。當(dāng)前，功率可分為天、小時(shí)和分鐘3個(gè)級別。根據(jù)當(dāng)前電力發(fā)展趨勢，通過采取優(yōu)化控制方法實(shí)現(xiàn)發(fā)電量預(yù)測已經(jīng)是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的大勢所趨，未來電力系統(tǒng)的發(fā)展必定離不開科學(xué)的控制方法的支持。利用友好型控制方法，可以有效地緩解電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。從我國新能源發(fā)展的現(xiàn)狀來看，優(yōu)化其控制方法，對發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測已經(jīng)成為一個(gè)十分重要的方式。因此，為促進(jìn)新能源發(fā)展，人們要從更加細(xì)致的角度出發(fā)，完善友好型控制方法。新能源一直在推陳出新，且在未來的實(shí)際應(yīng)用中，與其他可再生資源甚至不可再生資源的協(xié)調(diào)使用將是重要趨勢，各項(xiàng)資源之間的有效互補(bǔ)，可促進(jìn)新能源電力系統(tǒng)更好地發(fā)展。新能源與傳統(tǒng)能源相比更具優(yōu)勢，其可以通過友好型控制方式提供更穩(wěn)定、更高效的電力輸出[3]。此外，各種新能源之間的優(yōu)劣勢也不一樣，例如，太陽能發(fā)電和潮汐發(fā)電的優(yōu)劣勢便有所區(qū)別，應(yīng)當(dāng)充分地利用自身的優(yōu)勢，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，以促進(jìn)新能源在我國電力系統(tǒng)中得到更好的應(yīng)用。

3.2 多源互補(bǔ)型控制方法

新能源的形式多種多樣，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，由于形式不同，利用它們發(fā)電時(shí)也有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。由于可再生能源具有一定的不穩(wěn)定性，會對發(fā)電產(chǎn)生一定的影響，若要推動新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化，應(yīng)采取多能互補(bǔ)的方式。

首先，將可再生能源定位為發(fā)電的主力;其次，輔以不可再生能源，充分發(fā)揮不可再生能源的穩(wěn)定性優(yōu)勢，從中協(xié)調(diào)兩者的作用，最終達(dá)到滿足社會需求的發(fā)電目標(biāo)。傳統(tǒng)能源，如煤炭資源、水資源等，在發(fā)電時(shí)具有穩(wěn)定性的主要優(yōu)勢。這些優(yōu)勢可以補(bǔ)充新能源不穩(wěn)定的功率輸出。多種能源相互補(bǔ)充、協(xié)調(diào)發(fā)展，使電力系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)[4]。

對于多源互補(bǔ)控制方式來說，為爭取系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常不會完全避免不可再生能源的使用。盡管如此，與過去只使用不可再生能源相比，還是大大降低了能源消耗，不僅有效節(jié)約了國家資源，又降低了發(fā)電過程中環(huán)境污染的可能性。從我國的實(shí)際情況來看，可以儲存的靈活資源極度短缺。我國煤炭資源儲量較大，但由于人口基數(shù)大，能源利用效率低，因此，必須提升燃煤能源利用率。若多源互補(bǔ)控制方式能夠得到普遍應(yīng)用，傳統(tǒng)能源的消耗必定會大大降低，煤炭儲存的減少速度也能因此得到有效減緩，從而實(shí)現(xiàn)與可再生資源的互補(bǔ)。同時(shí)，其還可以提高新能源的使用效率，為我國對于新能源技術(shù)向更高深方向發(fā)展贏得了寶貴時(shí)間，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 雙側(cè)資源型控制方法

目前，我國各企業(yè)、各行業(yè)之間的競爭十分激烈。與其他生產(chǎn)方式相比，電力資源能耗低、污染小，可有效降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)競爭力。因此，各行業(yè)的用電量也在快速增長。換言之，社會對電能的需求與過去相比已不能同日而語，電能需求與日俱增。面對電力需求不斷增加的嚴(yán)峻形勢，傳統(tǒng)的單側(cè)資源控制方法已經(jīng)無法滿足控制需求，因此，形成了一種新的控制方法，即雙側(cè)資源型控制方法。目前，雙側(cè)資源型控制方法具有獨(dú)特的雙隨機(jī)波動性。它可以有效地為電力系統(tǒng)和社會配置資源。不僅滿足供需要求，也能提高新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，有效提升電力系統(tǒng)的綜合利用程度[5]。

3.4 基于分布式能源的微電網(wǎng)控制

微電網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)小型的發(fā)電和配電系統(tǒng)，使用微電網(wǎng)的主要目的是雙重的：一方面，可以有效促進(jìn)分布式電源的應(yīng)用;另一方面，由于分布式電源數(shù)量眾多、形式多樣，出現(xiàn)了并網(wǎng)難的問題，微電網(wǎng)可以有效解決這個(gè)問題。實(shí)際上，微電網(wǎng)中的分布式電源是非常巨大的，并且它的每一種類型都有一定的差異，所以人們無法清楚地區(qū)分其電壓等級之間的差異。因此，控制微電網(wǎng)的難度較大。微電網(wǎng)的整體控制基于分布式電源、儲能裝置和負(fù)載的控制方法，促進(jìn)其各個(gè)設(shè)備和環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展和自主運(yùn)行。微電網(wǎng)控制的關(guān)鍵是推動并網(wǎng)和孤島雙模式運(yùn)行，并且也可以實(shí)現(xiàn)這2種模式之間的平滑切換[6]。

4 新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化方式

在利用新能源的過程中，盡管采取了多項(xiàng)措施來保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也取得了不錯(cuò)的效果，但由于在未來的生活中對電力的需求量可能會更大，所以，新能源電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化是必要的，唯有如此，才能滿足社會需求。

4.1 電源、電網(wǎng)及負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電源、電網(wǎng)及負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)主要依靠新能源電力系統(tǒng)硬件優(yōu)化策略來提高新能源電力系統(tǒng)的性能，主要包括新能源發(fā)電、輸電和功率波動的能力：

①在電源響應(yīng)方面。主要采取技術(shù)突破，有效提高新能源發(fā)電轉(zhuǎn)換效率。

②在電網(wǎng)響應(yīng)方面。通過對電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在傳輸過程中不受電壓容限和通電容量的影響。

③在負(fù)荷響應(yīng)方面。利用負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)可提升新能源電力系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力[7]。

4.2 云端智能綜合控制技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

一些大型設(shè)備的數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，控制關(guān)系層級較多，在使用過程中會造成一定的困難。如果能對這一點(diǎn)加以改進(jìn)，對于新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化大有助益。

近年來，云技術(shù)取得了飛速發(fā)展，并且電力系統(tǒng)相關(guān)人員也開始注意到云技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要作用，兩者的結(jié)合對于電力系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展意義重大。云智能綜合控制技術(shù)以云技術(shù)為基礎(chǔ)，利用云端存儲可實(shí)現(xiàn)免費(fèi)使用和下載，有利于新能源電力系統(tǒng)的互聯(lián)互通。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行中的系統(tǒng)規(guī)劃和協(xié)調(diào)，可以通過云智能集成控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，大大節(jié)省了系統(tǒng)資源，電力系統(tǒng)運(yùn)行效率也得到大幅度提升。

4.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)是一種在獲取、存儲、管理和分析方面均高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能力的數(shù)據(jù)集合，具有數(shù)據(jù)流通快、數(shù)據(jù)類型多樣、價(jià)值密度低、數(shù)據(jù)規(guī)模大等特點(diǎn)。在新能源電力系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以保證系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)流、能量流、信息流等海量信息的有效控制、分配和協(xié)調(diào)。該方法可以實(shí)現(xiàn)新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的信息傳輸更加穩(wěn)定、流暢和靈活。

另外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還具有多種實(shí)用功能，例如，存儲信息、讀取加密信息、清理垃圾郵件等功能。利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行流程可實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化[8]。

4.4 微電網(wǎng)控制在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

微電網(wǎng)作為一種環(huán)保、靈活、高效的分布式發(fā)電管理形式，是一種將多個(gè)分布式發(fā)電網(wǎng)集成在一起，為當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電的配電網(wǎng)。將電源、負(fù)載、儲能裝置組合成一個(gè)可控單元，不僅有利于擴(kuò)大供電系統(tǒng)容量，還可有效提高供電的可靠性，同時(shí)，對于可再生能源的發(fā)展也大有助益。在微電網(wǎng)中，由于分布式電源數(shù)量眾多，每種類型的分布式電源各不相同，電壓高低差別也不明顯，不易控制。微電網(wǎng)的總體控制策略是基于各種分布式電源、儲能裝置和負(fù)載的控制方法，形成各種發(fā)電和用電設(shè)備之間的協(xié)調(diào)組織和自動化操作策略。并網(wǎng)孤島雙模運(yùn)行是微電網(wǎng)的重要特征，而保證微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)該功能的關(guān)鍵是2種模式的平滑切換，基于分布式能源的微電網(wǎng)控制，更有利于微電網(wǎng)2種運(yùn)行模式之間的自由切換，有效優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)，進(jìn)而更好地為人們提供電力能源。

事實(shí)上，對于大眾來說，基于分布式能源的微電網(wǎng)控制已經(jīng)并不陌生，例如，屋頂光伏、電動汽車等都可以被歸類到基于分布式能源的微電網(wǎng)控制。以電動汽車為例，它們可以在新能源發(fā)電高峰期將其應(yīng)用于儲存電能，一方面，用來轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)揮汽車的屬性;另一方面，可以在用電高峰期向電網(wǎng)釋放儲存的電能，滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷需求。隨著我國電動汽車數(shù)量的大規(guī)模增長，深入研究最大限度發(fā)揮其削峰填谷能力的控制策略，對于新能源電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

5 結(jié)語

總而言之，對我國未來能源發(fā)展來說，有效控制和優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)是必然選擇。根據(jù)本文分析，新能源控制方法主要有友好型控制方法、多源互補(bǔ)型控制方法、雙側(cè)資源型控制方法及基于分布式能源的微電網(wǎng)控制等，優(yōu)化手段主要包括新能源電力系統(tǒng)硬件設(shè)施優(yōu)化，對云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入等。

因此，只有對以上方法進(jìn)行有效分析與運(yùn)用，才能對我國新能源電力系統(tǒng)產(chǎn)生積極正面的影響。

【參考文獻(xiàn)】

【1】曾鳴，白學(xué)祥，李源非，等.基于大系統(tǒng)理論的新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法及關(guān)鍵技術(shù)初探[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（12）：3639-3648.

【2】劉吉臻，王瑋，胡陽，等.新能源電力系統(tǒng)控制與優(yōu)化[J].控制理論與應(yīng)用，2016，33（12）：1555-1561.

【3】王永科.新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法及關(guān)鍵技術(shù)探究[J].中國設(shè)備工程，2021（6）：125-126.

【4】茹琦.新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法及關(guān)鍵技術(shù)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2019，9（3）：51-52.

【5】李湃，范越，黃越輝，等.基于電源聚合-分解模型的新能源電力系統(tǒng)月度發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（9）：3281-3293.

【6】莊鎮(zhèn)宇，時(shí)盟.計(jì)及核電調(diào)峰的新能源電力系統(tǒng)兩階段隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（29）：76-77.

【7】李靜軒，周明，朱凌志，等.可再生能源電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性需求量化及優(yōu)化調(diào)度方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2021，45（7）：2647-2656.

【8】胡偉，戚宇辰，張鴻軒，等.風(fēng)光水多能源電力系統(tǒng)互補(bǔ)智能優(yōu)化運(yùn)行策略[J].發(fā)電技術(shù)，2020，41（1）：9-18.