協(xié)同新能源發(fā)展的電網(wǎng)調(diào)度與優(yōu)化研究

陳艷麗

國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000

0 引言

當(dāng)前，大規(guī)模的新能源發(fā)電廠并入電網(wǎng)運(yùn)行，隨著新能源發(fā)電的功率輸出發(fā)生波動(dòng)，在電網(wǎng)連接線及傳輸通道內(nèi)部潮流容易出現(xiàn)變化，會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生一定程度的影響[1]。在沒(méi)有開(kāi)展新能源發(fā)電廠的建設(shè)工作之前，我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)荷中心之間長(zhǎng)距離相隔，此種狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加薄弱，離不開(kāi)高壓傳輸通道的支持。近些年，我國(guó)加大開(kāi)展新能源場(chǎng)站的建設(shè)力度，對(duì)此，需要全方位地考慮電網(wǎng)負(fù)荷及新能源電源出力水平，除了需要分析電能是否可以就地消納，還需要考慮電網(wǎng)電能外送過(guò)程中的相關(guān)要求及產(chǎn)生的影響[2]。

1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，新能源的發(fā)展速度不斷加快，新能源的滲透程度也越來(lái)越高，在這樣的背景下，新能源自身具備的出力特性對(duì)并網(wǎng)的影響越來(lái)越明顯，因此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)家對(duì)新能源并網(wǎng)之后的安全性和穩(wěn)定性開(kāi)展了深入的研究[3]。評(píng)估新能源并網(wǎng)的影響涉及指標(biāo)體系的構(gòu)建及綜合評(píng)估方法的應(yīng)用，需要結(jié)合具體的評(píng)估對(duì)象（即電網(wǎng)具體狀況）建立更全面的評(píng)估指標(biāo)體系，指標(biāo)主要分為正效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)及負(fù)效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)。指標(biāo)權(quán)重與指標(biāo)在綜合評(píng)估中的作用、評(píng)價(jià)精度密切相關(guān)，指標(biāo)權(quán)重的確定是綜合評(píng)估決策方面的研究重點(diǎn)，在研究過(guò)程中，許多權(quán)重確定方法應(yīng)運(yùn)而生[4]。

當(dāng)前，新能源技術(shù)呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，新能源場(chǎng)站建設(shè)的成本不斷降低，新能源在電力系統(tǒng)中的比例也不斷加大[5]。新能源與配電網(wǎng)之間的連接對(duì)配電網(wǎng)的可靠性及電壓產(chǎn)生的影響較為深遠(yuǎn)，其影響程度與接入點(diǎn)、配電網(wǎng)容量存在不可分割的聯(lián)系。配電網(wǎng)的規(guī)劃面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在規(guī)劃配電網(wǎng)的過(guò)程中，除了考慮傳統(tǒng)影響因素，還需要最大限度地降低新能源對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，并在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮新能源的作用[6]。

2 新能源出力特性和功率預(yù)測(cè)模型

2.1 新能源出力特性

2.1.1 光伏發(fā)電出力特性

光伏電站一天（24 h）的出力統(tǒng)計(jì)圖如圖1所示。可以看到，因?yàn)槿照找蛩氐挠绊?，光伏電站只在白天發(fā)電，在夜晚會(huì)停止發(fā)電，這說(shuō)明光伏發(fā)電具有間歇性的特點(diǎn)；以小時(shí)為尺度，能夠了解到光伏發(fā)電有著較為突出的波動(dòng)性特點(diǎn)，光伏出力曲線峰值出現(xiàn)在中午。

圖1 光伏電站一天的出力情況

2.1.2 風(fēng)力發(fā)電出力特性

風(fēng)電廠的日出力曲線圖如圖2所示?？梢钥吹?，在一天中，風(fēng)電場(chǎng)的出力具有較強(qiáng)的平穩(wěn)性，沒(méi)有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)及滿發(fā)的情況；同時(shí)，涉及較多的波動(dòng)和起伏，說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電出力具備波動(dòng)性。

圖2 風(fēng)電場(chǎng)一天的出力情況

2.2 功率預(yù)測(cè)模型

2.2.1 物理預(yù)測(cè)模型（光電轉(zhuǎn)換效率模型）

將光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率作為主要依據(jù)，在此基礎(chǔ)上圍繞光電轉(zhuǎn)換效率形成相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式及經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，該系數(shù)就是太陽(yáng)總輻射及光伏輸出功率的預(yù)測(cè)值。當(dāng)前階段應(yīng)用較為廣泛的光電轉(zhuǎn)換效率模型包括常數(shù)系數(shù)模型及雙因素模型，光電轉(zhuǎn)換效率模型的精度和太陽(yáng)總輻射及相關(guān)物理模型的準(zhǔn)確性之間存在密切聯(lián)系[7]。

2.2.2 統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型

光伏發(fā)電出力容易受到氣象等因素的影響，因此在建立光伏系統(tǒng)出力統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型的過(guò)程中要求應(yīng)用回歸分析法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法，以明確氣象因素，包括天氣因素及溫度因素等對(duì)光伏輸出功率的影響。統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠保障預(yù)測(cè)結(jié)果的精確度，但應(yīng)用算法時(shí)涉及的操作步驟較多[8]。

3 基于粒子群算法的電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度

3.1 基本方法

現(xiàn)階段，新能源容易受負(fù)荷預(yù)測(cè)調(diào)度等相關(guān)因素的影響，要求應(yīng)用最適宜的模式，將機(jī)組及煤炭消費(fèi)量總體的排名作為主要依據(jù)，針對(duì)機(jī)組消費(fèi)制約條件開(kāi)展相應(yīng)的分析工作，以此選擇各類(lèi)參數(shù)的最佳值及常規(guī)機(jī)組的最佳值。建模及構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)時(shí)，需要考慮發(fā)電機(jī)各方面的成本，包括發(fā)電成本及備用成本，以及基于處理模式產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)損耗，并且需要了解相關(guān)因素備用數(shù)量及權(quán)重值。

3.1.1 發(fā)電成本計(jì)算方法

為了有效地反映火電機(jī)組電價(jià)和成本，需要將各機(jī)組的上網(wǎng)及微增電價(jià)分為3段，總運(yùn)行成本加上總固定成本便是風(fēng)電機(jī)組的總成本。

3.1.2 排污控制方法

目前，燃燒類(lèi)電廠在生產(chǎn)過(guò)程中的排放物主要包括二氧化碳、粉塵、硫氧化物及氮氧化物等，其中，二氧化碳和粉塵可以采用針對(duì)性措施進(jìn)行控制。在實(shí)踐中，通常應(yīng)用相應(yīng)的除塵裝置控制粉塵，能夠基于常態(tài)條件開(kāi)展相應(yīng)的操作；通過(guò)應(yīng)用新能源，控制二氧化碳的排放。當(dāng)前，還無(wú)法有效控制硫氧化物和氮氧化物的排放，但因?yàn)榱蜓趸锖偷趸锞哂性S多相同的特征，所以可以利用有關(guān)排污系數(shù)對(duì)其開(kāi)展相應(yīng)的計(jì)算工作，以實(shí)現(xiàn)污染物的有效控制。

3.2 基于粒子群算法的預(yù)測(cè)控制

粒子群算法的應(yīng)用靈感來(lái)自鳥(niǎo)群具備的集體捕食能力，能夠通過(guò)多個(gè)方面制定相應(yīng)的啟發(fā)性方式。粒子群算法在實(shí)數(shù)編碼方面的優(yōu)勢(shì)較突出，和免疫及遺傳相關(guān)算法對(duì)比，粒子群算法的應(yīng)用難度更低一些。因此，該方法在解決電網(wǎng)優(yōu)化問(wèn)題方面有著非常光明的應(yīng)用前景，應(yīng)用粒子群算法解決實(shí)際問(wèn)題，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大算法的應(yīng)用領(lǐng)域。

在電網(wǎng)優(yōu)化算例系統(tǒng)中含有較多的發(fā)電機(jī)組元素，包括水電機(jī)組及火電機(jī)組等。針對(duì)各類(lèi)電源，粒子群算法都能開(kāi)展相應(yīng)的供電預(yù)測(cè)控制工作。在實(shí)際開(kāi)展預(yù)測(cè)控制工作時(shí)，要求根據(jù)負(fù)荷變化預(yù)測(cè)最終的結(jié)果。系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值主要根據(jù)發(fā)電機(jī)組的功率確定，在此基礎(chǔ)上，能夠針對(duì)燃料電池的功率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在微網(wǎng)運(yùn)算過(guò)程中應(yīng)用適應(yīng)度函數(shù)，分析和計(jì)算有關(guān)仿真結(jié)果后能夠了解到，在供電高峰階段，燃料電池的有功輸出最大，其對(duì)調(diào)峰的貢獻(xiàn)非常大，能夠滿足用電要求。

4 大規(guī)模電源并網(wǎng)地區(qū)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度策略

大型電網(wǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度工作通常涉及AGC機(jī)組及相關(guān)調(diào)度機(jī)組的共同運(yùn)行，圍繞著環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)展優(yōu)化工作，將涉及的功率偏差量有效分配于每一個(gè)機(jī)組內(nèi)部。傳統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度工作通常是將上級(jí)輸電網(wǎng)作為主要依據(jù)來(lái)控制負(fù)荷偏差，以此為電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的持續(xù)性及穩(wěn)定性提供保障。這樣一來(lái)，如果新能源的不確定性及波動(dòng)性有一定程度的提高，日前調(diào)度計(jì)劃與間歇式的能源情況之間存在一定程度的偏差，也能夠滿足電網(wǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方面的相關(guān)要求。在多樣性能源和配電網(wǎng)之間建立有效結(jié)合，智能電網(wǎng)通信信息技術(shù)會(huì)獲得相應(yīng)的進(jìn)步，這樣可以提高區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度方法的多樣性，進(jìn)一步增加調(diào)控深度。具體優(yōu)化流程如下。

（1）利用15 min的超短期預(yù)測(cè)后續(xù)系統(tǒng)的新能源出力狀況，圍繞負(fù)荷開(kāi)展為期15 min的預(yù)測(cè)。

（2）合理應(yīng)用SCADA系統(tǒng)，收集相關(guān)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，如系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的測(cè)量值及系統(tǒng)所表現(xiàn)出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

（3）基于智能通信系統(tǒng)，收集新能源出力方面的數(shù)據(jù)信息，包括光伏及風(fēng)電等在運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)的狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)信息，普通電源在運(yùn)行過(guò)程中的信息（涉及水電及生物質(zhì)能電站等）。通過(guò)此種方式能夠獲取明確的節(jié)點(diǎn)及斷電的電功率值。需要注意的是，重要節(jié)點(diǎn)通常會(huì)應(yīng)用于能源外送需求比較大的變電站。該類(lèi)型的電源可能會(huì)存在電量大于容量限制的情況，進(jìn)而造成電壓越線及容量越線等安全問(wèn)題。

（4）對(duì)比日前調(diào)度計(jì)劃，獲取涉及的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的功率偏差，功率偏差能夠作為最小目標(biāo)函數(shù)，以電壓約束、載流量約束等為依據(jù)開(kāi)展相應(yīng)的優(yōu)化升級(jí)計(jì)算工作。新能源為系統(tǒng)中的重點(diǎn)決策對(duì)象，能夠通過(guò)OPF程序開(kāi)展相應(yīng)的求解工作。如果獲取了各類(lèi)新能源的運(yùn)行信息，就需要在此基礎(chǔ)上針對(duì)相關(guān)場(chǎng)站進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，提升復(fù)合系統(tǒng)的跟蹤能力及穩(wěn)定性，對(duì)于電網(wǎng)智能控制系統(tǒng)理論體系的構(gòu)建而言意義重大。并且，加強(qiáng)對(duì)功率預(yù)測(cè)方法的優(yōu)化，能夠降低控制過(guò)程中涉及的不確定因素的影響，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合非常有利。將獲取的優(yōu)異理論成果合理地應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，加大力度開(kāi)展電網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，可以使新能源電網(wǎng)的調(diào)度工作得到進(jìn)一步發(fā)展。