新時代下新能源電力系統(tǒng)運行發(fā)展研究

崔陸兵

寧夏百新熱力有限公司，寧夏 銀川 750200

0 引言

新能源發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)下研究的主流方向，但是隨著我國新能源發(fā)電規(guī)模的不斷發(fā)展，受限于新能源發(fā)電的不確定性因素，導(dǎo)致新能源電力系統(tǒng)的運行效果不理想，使電網(wǎng)運行調(diào)度趨于復(fù)雜化，限制新能源電力系統(tǒng)的運行發(fā)展，進而造成嚴重的資源浪費情況[1]。因此，為了切實保障新能源電力系統(tǒng)的運行發(fā)展，文章結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出全新的虛擬發(fā)電廠管理模式，以保障新能源電力系統(tǒng)的運行效果。

1 基于新能源電力系統(tǒng)運行的虛擬發(fā)電廠簡介

1.1 虛擬發(fā)電廠功能

虛擬發(fā)電廠本身具備資源整合與信息共享的核心功能，同時具備運行狀態(tài)檢測及經(jīng)營管理的能力[2]。

（1）資源整合功能特性。①多樣化資源接入。虛擬發(fā)電廠有許多可訪問的資源，可概括為三個方面，即發(fā)電單元、能量存儲系統(tǒng)和電力負荷。②介入資源的區(qū)域可分散性。虛擬發(fā)電廠采用先進通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，接入不同虛擬發(fā)電廠中。③接入資源切實可控。通常虛擬發(fā)電廠接入資源已簽訂相關(guān)協(xié)議，由此使調(diào)度控制中心對資源具備較高的控制權(quán)限[3-4]。

（2）信息共享與采集特性。①信息采集。虛擬發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行，通常需要采集關(guān)鍵性信息加以支撐，同時需時刻關(guān)注氣象、電力市場價格波動等信息。②信息分析及處理。虛擬發(fā)電廠數(shù)據(jù)采集后的數(shù)據(jù)分析主要涵蓋各單元運行、生產(chǎn)及維護類數(shù)據(jù)，同時涵蓋電價交易、耗電量、用戶行為等營銷類數(shù)據(jù)。③信息傳輸及共享。虛擬發(fā)電廠依托通信技術(shù)采集信息，并由此將信息傳輸至控制中心，再由控制中心下達指令傳遞至各個單元。

（3）運行狀態(tài)檢測功能特性。新能源發(fā)電本身具備一定的不確定性，因此需要虛擬發(fā)電廠結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)信息，并通過數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果預(yù)測新能源發(fā)電量。然后進行電力負荷的預(yù)測，虛擬發(fā)電廠本身具有相對強大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可掌握用戶的功耗規(guī)律，并通過分析各種因素最終實現(xiàn)對電力負荷的準確預(yù)測。

1.2 虛擬發(fā)電廠運行控制結(jié)構(gòu)

虛擬發(fā)電廠的運行控制結(jié)構(gòu)可細分為以下類型。

（1）集中控制類。在集中控制結(jié)構(gòu)下，虛擬發(fā)電廠將建立一個控制中心，以鏈接每個單元的所有信息和數(shù)據(jù)，并具有相應(yīng)的絕對控制權(quán)，從而可以很好地控制每個單元的能源信息和貨幣流量。需注意的是，該結(jié)構(gòu)只有一個控制中心，因此擁有的信息交換、分析和處理能力將對虛擬發(fā)電廠的發(fā)展運行造成一定的限制作用。同時，該控制中心受到接口數(shù)量及種類的限制，進而對虛擬發(fā)電廠的兼容性和擴展性造成影響。

（2）分散控制類。分散控制虛擬發(fā)電廠本身具有許多不同級別的控制中心，可細分為上下兩層，上層控制中心通常對下層控制中心具有完全控制權(quán)。其中，上級控制中心能夠結(jié)合下級控制中心各單元的特性來設(shè)置科學(xué)合理的任務(wù)，進而發(fā)揮相應(yīng)的優(yōu)勢，促使虛擬發(fā)電廠能夠維持最佳運行狀態(tài)，以提升虛擬發(fā)電廠本身的兼容性及擴展性。此外，還有一種完全分散控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)缺乏統(tǒng)一控制中心，通常子結(jié)構(gòu)會依托自身利益而忽略虛擬發(fā)電廠整體利益。因此，該結(jié)構(gòu)下的虛擬發(fā)電廠在信息管理及運行管理上的要求更高，各子系統(tǒng)間必須達成高度的協(xié)調(diào)合作狀態(tài)。

2 新時代下新能源電力系統(tǒng)運行發(fā)展策略

由上文分析可知，當(dāng)前新能源發(fā)電的類型較多，但是其本身具有一定的不確定性，因此需要建立虛擬發(fā)電廠，以實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度控制。為此，在具體操作上，需要構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合調(diào)度虛擬發(fā)電廠模型。

2.1 新能源電力系統(tǒng)運行限制

新能源電力系統(tǒng)主要包括熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）、傳統(tǒng)火電、風(fēng)電新能源電源及熱力發(fā)電站等元素。當(dāng)前，我國運行較為廣泛的主要是CHP機組，該機組具備熱電雙重特性。原則上，該單元專門使用高檔高壓缸運行進行發(fā)電，然后將輸出的蒸汽直接排放至壓力缸中，以繼續(xù)運行。 在此過程中，有必要實時優(yōu)化和調(diào)節(jié)蝶閥，以提取一部分蒸汽進行熱處理。壓力缸中剩余的蒸汽將流入低壓缸，以進行連續(xù)膨脹操作，最后排放至冷凝器中冷卻。蒸汽完全冷卻后，所凝結(jié)的水還可循環(huán)利用。CHP機組的運行特性如圖1所示。

圖1 CHP機組運行特性圖

圖1中，Cv表示CHP機組進氣量到達一定程度時，所產(chǎn)生的每單位熱量需要減少的發(fā)電功率；Cm表示CHP機組運行狀態(tài)下的背壓值；h0表示CHP機組運行下，功率最小時的供熱情況，；hmax表示CHP機組的最大熱能功率；Pmax、Pmin表示CHP機組啟動暫停運行狀態(tài)下的最大和最小發(fā)電功率；B、C表示最小蒸汽量工況線。

由于CHP機組本身具有供熱特性，在非供暖時間段可借助關(guān)閉蝶閥的形式，促使運行狀態(tài)趨向于常規(guī)發(fā)電組，維持單純發(fā)電的狀態(tài)。

CHP機組在供暖時的熱電耦合限制描述如下：

2.2 基于虛擬發(fā)電廠模型的新能源電力系統(tǒng)運行策略

由于CHP機組的運行涉及熱電聯(lián)合運行的限制，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在運行中的發(fā)電功率明顯受限。風(fēng)電協(xié)調(diào)輸出的不確定因素，也限制了風(fēng)電并網(wǎng)運行的效果。為此，有必要建立虛擬發(fā)電廠模型，并結(jié)合該模型合并不同的運行單元，包括熱電聯(lián)產(chǎn)，常規(guī)火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電，火力發(fā)電廠等。借助虛擬發(fā)電廠模型，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度處理，實現(xiàn)各個單元的完全控制。虛擬發(fā)電廠模型圖如圖2所示。

圖2 虛擬發(fā)電廠模型圖

（1）依托控制虛擬發(fā)電廠內(nèi)電鍋爐、儲熱罐的運行，促使CHP機組熱量輸出盡可能保持在預(yù)期范圍，從而保障CHP機組的輸出以電功率為主，由此能夠極大的緩解“熱電耦合”的限制。并且，還將切實保障CHP機組發(fā)電功率的可控范圍，真正達到靈活運行的目標。

（2）借助調(diào)控CHP機組的進氣量，可促使該機組電功率始終處于相應(yīng)水平，同時借助CHP機組較高的能源利用率特點控制能源損耗，從而有效降低運行成本。此外，還能夠極大的提升電力系統(tǒng)調(diào)峰能力，從而給風(fēng)電網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)控提供廣闊空間。

（3）虛擬發(fā)電廠中的電鍋爐不僅僅是供熱設(shè)備，同時具有重要的用電負荷作用。因此，引入電鍋爐可以相應(yīng)增強電網(wǎng)本身的用電負荷，進而增大風(fēng)電消納，減少棄風(fēng)現(xiàn)象。

（4）積極響應(yīng)相關(guān)政策號召，在實時、分時電價定價等方面，充分結(jié)合市場規(guī)律進行調(diào)度運行。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，針對新能源電力系統(tǒng)仍然缺乏具體的定義，主要是由于新能源電力系統(tǒng)隨著大規(guī)模新能源發(fā)電的融入，其本身所能輸出功率存在明顯的不確定性，使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在具體結(jié)構(gòu)、控制方式及管理辦法等多方面發(fā)生轉(zhuǎn)變，并最終由此生成全新的虛擬發(fā)電廠。結(jié)合當(dāng)下新能源電力系統(tǒng)發(fā)展情況可知，新能源電力系統(tǒng)的虛擬發(fā)電廠運行模式將成為主流模式，并由此形成特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的電力傳輸通道，構(gòu)成需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的全新電力系統(tǒng)。