新型電力系統(tǒng)下源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度方法研究

樊國旗，王秋碩，黃 健，張 波，林 振，宋憲可，呂 齊，支月媚

（1.國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321001；2.國網(wǎng)龍泉市供電公司，浙江 龍泉 323700）

0 引 言

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重要舉措[1-2]，電網(wǎng)隨著新能源的大規(guī)模接入和負荷的快速增長，受到源荷不確定性（新能源出力不確定性和負荷大小不確定）和電網(wǎng)傳輸約束影響，將產(chǎn)生供電能力不足問題[3-5]。

針對此類問題，在源荷不確定性方面，文獻[6 -7]根據(jù)電力損失概率建立儲能等其他調(diào)節(jié)資源與新能源動態(tài)配置模型。 在斷面?zhèn)鬏敿s束方面，文獻[8]根據(jù)新能源和負荷大小建立斷面動態(tài)限額控制方法；文獻[9]針對受端電網(wǎng)低電壓問題，提出安裝調(diào)相機和切負荷控制提高電壓支撐能力方法。

上述文獻多通過正常狀態(tài)下平抑新能源波動、優(yōu)化等效負荷、提高供電能力或者緊急狀態(tài)下切負荷增強電壓支撐能力，沒有通過緊急狀態(tài)下調(diào)用柔性負荷代替切負荷并結(jié)合正常狀態(tài)下優(yōu)化等效負荷的方法，因此，本文提出一種新型電力系統(tǒng)下源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度方法，針對緊急狀態(tài)下受端電網(wǎng)電壓支撐不足問題，采取調(diào)用柔性負荷代替切負荷結(jié)合儲能和火電機組共同調(diào)節(jié)方法，提高電壓支撐能力；針對正常狀態(tài)下電力供應(yīng)不足問題，采取柔性負荷和儲能調(diào)用優(yōu)化等效負荷，減少電力供電不足電量。

1 新型電力系統(tǒng)特性分析

某地區(qū)新能源以光伏為主，光伏隨機性較強，受氣象影響較大，例如光照強度、云遮擋和晴雨，該地區(qū)最大日新能源、最大日負荷和等效負荷如圖1 所示，新能源出力準確率如圖2 所示，其中0.8 表示最大日新能源乘0.8 倍系數(shù)。

圖1 負荷、新能源和等效負荷曲線

圖2 新能源出力準確率

等效負荷為負荷與新能源的差值，如式（1）所示。

式中：PL，eq，t為等效負荷功率；PL，t為負荷功率；PN，t為新能源功率。

該地區(qū)為受端電網(wǎng)，負荷增長較快，存在電力供應(yīng)不足問題，電力供應(yīng)不足量PL，a，t如式（2）所示。

2 源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度研究

2.1 柔性負荷

柔性負荷劃分如圖3 所示，緊急狀態(tài)下可以通過頻率響應(yīng)負荷和電壓響應(yīng)負荷進行控制，頻率響應(yīng)負荷調(diào)節(jié)速度最快，開關(guān)型負荷可以直接與電網(wǎng)斷開，減小功率。 溫控型負荷通過改變溫度，達到減小功率的目的，調(diào)節(jié)速度較快。 電價響應(yīng)負荷為對電價較為敏感負荷，將生產(chǎn)由高峰時段轉(zhuǎn)移至電價低谷時段，響應(yīng)速度最慢，因此電價響應(yīng)負荷適合正常狀態(tài)下控制。 其調(diào)用成本由高到底依次為開關(guān)型調(diào)節(jié)方式頻率響應(yīng)負荷、溫控型調(diào)節(jié)方式頻率響應(yīng)負荷和電價響應(yīng)負荷。

圖3 柔性負荷劃分

2.1 緊急狀態(tài)下源荷儲控制方法

某地區(qū)電網(wǎng)處在主網(wǎng)末端，為受端電網(wǎng)，存在故障低電壓問題。 傳統(tǒng)電網(wǎng)控制方法中，通過切負荷穩(wěn)定電壓，由于切負荷沒有選擇性，對用戶影響較大。 源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法在電網(wǎng)發(fā)生事故時，通過儲能提高電壓支撐，頻率響應(yīng)負荷主動減小負荷，提高電壓頻率恢復(fù)能力，如果電壓恢復(fù)到預(yù)期目標，則滿足恢復(fù)條件；如果電壓沒有恢復(fù)到預(yù)期目標，需要切負荷。 源荷儲協(xié)調(diào)控制方法和傳統(tǒng)控制電壓方法對比如圖4 所示。

圖4 源荷儲協(xié)調(diào)控制方法和傳統(tǒng)控制電壓方法對比

火電機組和儲能電壓支撐能力對比如圖5 所示，綠色曲線為1000 MW 儲能電壓支撐能力，藍色曲線為350 MW 火電機組電壓支撐能力，儲能的電壓支撐能力大約相當于相同容量火電機組的30%。

圖5 電壓支撐能力對比

2.2 正常狀態(tài)下源荷儲控制方法

負荷高峰期間，該地區(qū)電網(wǎng)受到聯(lián)絡(luò)線限制，存在電力供應(yīng)不足問題，正常狀態(tài)下源荷儲控制為減小系統(tǒng)負荷峰谷差，解決電力供應(yīng)不足問題。

系統(tǒng)等效負荷峰谷差δi如式（6）表示：

圖6 柔性負荷正常狀態(tài)下控制方法

功率平衡約束如式（9）、聯(lián)絡(luò)線功率Ptran，t約束如式（10）、火電機組功率PF，t約束如式（11）。

3 算例分析

3.1 地區(qū)情況

某地區(qū)日最大負荷和日最大新能源如圖1 所示。 火電機組5 臺，最大、最小功率分別為300 MW 和150 MW，電價響應(yīng)負荷可控制功率為150 MW，頻率響應(yīng)負荷可控制功率為50 MW（開關(guān)型調(diào)節(jié)負荷20 MW，溫控型調(diào)節(jié)負荷30 MW），該地區(qū)加裝150 MW/300 MW 儲能。

3.2 緊急狀態(tài)下源荷儲控制方法驗證

某地區(qū)電網(wǎng)通過單相接地短路，驗證緊急狀態(tài)下源荷儲控制方法的有效性，人工接地的地點及形成瞬時接地的方法根據(jù)電網(wǎng)仿真結(jié)果進行布置，采取安全、可靠，便于實施和操作的原則，單相接地短路接地點如圖7 所示。

圖7 單相接地短路接地點示意圖

通過調(diào)用柔性負荷、儲能和火電機組控制策略，斷面?zhèn)鬏斚揞~由原來700 MW 提升至830 MW，人工單相接地試驗電壓和仿真結(jié)果電壓對比如圖8 所示，由仿真電壓和試驗電壓對比驗證本文緊急狀態(tài)下源荷儲控制方法的正確性。

圖8 試驗電壓和仿真電壓對比

3.3 正常狀態(tài)下源荷儲控制方法驗證

（1）原調(diào)度方法

原調(diào)度方法等效負荷曲線和電力供應(yīng)不足如圖9 所示。

圖9 原調(diào)度方法情況

圖9 中，紅色陰影區(qū)域為電力供應(yīng)不足區(qū)域，由圖9 可知，原電力供應(yīng)不足電量為1061.5 MWh，原最大負荷為2477.9 MW，原最小負荷為1533.6 MW，原等效負荷峰谷差為924.3 MW。

（2）源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法

日前調(diào)度中電價負荷優(yōu)化前后對比及電價負荷調(diào)用情況如圖10 所示。

圖10 原調(diào)度方法

由圖10 可知，電價負荷優(yōu)化后最大等效負荷為2327.9 MW，電價負荷優(yōu)化后最小負荷為1615.6 MW，電價負荷優(yōu)化后等效負荷峰谷差為712.3 MW，峰谷差相比未電價負荷優(yōu)化前降低23.9%；等效負荷高峰減小用電量為862.5 MWh，等效負荷低谷增加用電量為612.5 MWh。

電價負荷優(yōu)化后采取緊急狀態(tài)下源荷儲協(xié)調(diào)控制方法供電能力和原供電能力對比如圖11（a）所示，由于午間時段較短，因此電價負荷未參與優(yōu)化，儲能優(yōu)化后等效負荷如圖11（b）所示，儲能功率為次坐標。

由圖11 可知，原供電能力下電力供應(yīng)不足電量為235.1 MWh，相比電價負荷未優(yōu)化前等效負荷電力供應(yīng)不足電量降低77.8%；采取緊急狀態(tài)下源荷儲協(xié)調(diào)控制方法電力供應(yīng)不足電量為0 MWh。由圖11 可知，儲能優(yōu)化后最大等效負荷為2218 MW，儲能優(yōu)化后最小負荷為1746 MW，儲能優(yōu)化后等效負荷峰谷差為472 MW，峰谷差相比未儲能優(yōu)化前降低33.7%。

圖11 調(diào)度情況對比

（3）敏感因素影響分析

原調(diào)度方法、源荷儲協(xié)調(diào)方法和新建一臺火電機組下新能源出力準確率與電力供應(yīng)不足電量關(guān)系如圖12 所示（新能源出力準確率大于1表示隨著新能源裝機增加，新能源對系統(tǒng)的影響）。

圖12 新能源出力準確性影響

由圖12 可知，隨著新能源出力準確性降低，電力供應(yīng)不足電量增加較快，原調(diào)度方法中隨著新能源裝機增大，對減小電力供應(yīng)不足影響較??；源荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度控制方法中，新能源出力準確性小于0.3 時出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺火電機組，采取原調(diào)度方法，新能源出力準確性小于0.4 時出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺火電機組采取緊急狀態(tài)控制方法，新能源出力準確性小于0.2 時出現(xiàn)電力供應(yīng)不足缺口；新建一臺火電機組采取源荷儲協(xié)調(diào)控制方法，不會產(chǎn)生電力缺口。

4 結(jié) 論

源荷儲協(xié)調(diào)控制技術(shù)可以提升緊急狀態(tài)下電壓支撐能力，解決受端電網(wǎng)故障低電壓問題，提升斷面限額，增加電網(wǎng)的供電能力。

源荷儲協(xié)調(diào)控制技術(shù)正常狀態(tài)下可以提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，減少負荷峰谷差，同時促進新能源消納，促進“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)。

源荷儲控制技術(shù)雖然可以增加電網(wǎng)斷面限額的傳輸能力、提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，但是隨著經(jīng)濟水平不斷提高，負荷不斷增大，需要加強電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度的協(xié)調(diào)，增加電源建設(shè)，保證電力系統(tǒng)安全。