高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法

張堯翔 劉文穎 龐清侖 申自裕

高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法

張堯翔 劉文穎 龐清侖 申自裕

（新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室（華北電力大學(xué)） 北京 102206）

隨著風(fēng)電等波動性新能源發(fā)電逐漸增加，高比例風(fēng)電接入電網(wǎng)備用不足問題自益凸顯。與此同時，新興的光熱發(fā)電具有可時移、可調(diào)節(jié)特性，能有效承擔系統(tǒng)的備用需求，但光熱發(fā)電受儲熱與光資源的強相關(guān)性約束，備用能力受限。如何利用有限的光熱發(fā)電與火電進行聯(lián)合備用優(yōu)化，滿足高比例風(fēng)電系統(tǒng)備用需求，成為當前亟待研究的問題。首先該文分析了高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用對風(fēng)電消納的影響；其次，對光熱-火電聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用的可行性進行了分析，針對光熱儲熱約束，提出采用電加熱設(shè)備提高光熱電站備用能力；然后，基于電加熱設(shè)備電轉(zhuǎn)熱特性，建立了含電加熱光熱電站用電及發(fā)電調(diào)峰備用模型，基于此，建立光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型；最后，通過改進的IEEE 30節(jié)點系統(tǒng)進行仿真驗證，證明該文所提方法的有效性。

光熱發(fā)電 旋轉(zhuǎn)備用 電加熱設(shè)備 高比例風(fēng)電

0 引言

“雙碳”目標加快了構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的步伐[1-2]。風(fēng)電作為新能源的主力電源之一，截至2020年底，在我國累計并網(wǎng)裝機容量達2.815億kW。大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)在提供零碳排放環(huán)境效益的同時，其不確定性及有限的可預(yù)測性要求電網(wǎng)提供更多的旋轉(zhuǎn)備用以減少“棄風(fēng)”或“限電”情況的發(fā)生。而隨著風(fēng)電、光伏接入比例的升高和常規(guī)電源接入比例的下降，壓縮了常規(guī)電源提供旋轉(zhuǎn)備用的能力，進而降低了新能源可消納空間。因此，亟須在不增加電網(wǎng)碳排放前提下，深入挖掘電網(wǎng)內(nèi)其余備用資源[1-2]。

在新能源發(fā)電中，光熱發(fā)電是一種極具商業(yè)化開發(fā)潛力的新型太陽能發(fā)電技術(shù)，特別是儲熱型光熱電站（Concentrating Solar Power, CSP），近年來在我國光資源豐富的西北地區(qū)發(fā)展迅速，其光電解耦特點，使光熱發(fā)電出力具有可時移、可連續(xù)調(diào)節(jié)的特性，其調(diào)節(jié)速度和深度與燃氣機組類似，最快可以達到每分鐘調(diào)節(jié)額定容量的20%，遠高于常規(guī)火電機組，是優(yōu)質(zhì)的可調(diào)節(jié)電源，可承擔系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用需求[5-6]。但光熱發(fā)電可提供的備用能力受到光資源及儲熱容量約束，不能為系統(tǒng)提供過多旋轉(zhuǎn)備用。因此，如何協(xié)調(diào)配置光熱機組與常規(guī)機組的旋轉(zhuǎn)備用容量，實現(xiàn)新能源最大規(guī)模消納，促進“雙碳”目標的早日實現(xiàn)，成為當前亟待研究解決的問題。

目前國內(nèi)外已有光熱電站配合火電機組提供系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用的研究，文獻[7-8]針對不同峰谷電價，利用含儲熱光熱電站可時移特性，在電價峰值時段參與提供系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用負荷，以提高光熱電站效益。文獻[9]針對風(fēng)力及光照不確定性，建立光熱發(fā)電-風(fēng)電的隨機優(yōu)化模型，分析說明不同置信水平對光熱發(fā)電、火電提供備用的影響。文獻[10]構(gòu)建了風(fēng)電-光熱-火電聯(lián)合優(yōu)化模型，通過調(diào)節(jié)光熱電站與火電機組出力來平衡風(fēng)電預(yù)測誤差，提高系統(tǒng)風(fēng)電消納量。

上述文獻分析了含儲熱光熱電站作為靈活性電源在提供系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用與消納風(fēng)電上的能力與作為，為后續(xù)研究提供了理論支持，但對光照與儲熱容量對光熱調(diào)度能力的制約問題，并未提出有效的解決方法。針對該問題，有學(xué)者提出通過電加熱裝置（Electric Heater, EH）提高光熱電站調(diào)節(jié)能力。文獻[11]介紹了EH參與光熱電站的運行方式，提出電加熱設(shè)備可通過直接消納風(fēng)電減少系統(tǒng)備用需求，降低系統(tǒng)運行成本。文獻[12]則進一步分析了電加熱設(shè)備對光熱電站調(diào)度靈活性的影響，并建立了含電加熱設(shè)備光熱電站備用模型。上述文獻為EH與CSP聯(lián)合運行以促進風(fēng)電消納并提高系統(tǒng)備用能力提供了理論依據(jù)，但仍存在可進一步研究的問題：①對EH設(shè)備備用能力運行機理研究不足，缺乏相應(yīng)的可行性研究；②上述文獻在對EH設(shè)備建模過程中，僅考慮了EH設(shè)備爬坡及上下限約束，忽略了光熱儲熱容量對EH設(shè)備備用能力影響及光熱電站發(fā)、用電備用能力間的耦合影響；③在旋轉(zhuǎn)備用配置方面，現(xiàn)有文獻多從備用成本角度出發(fā)，分析了光熱機組及EH設(shè)備相較于火電機組備用配置優(yōu)先性，并未對光熱機組與EH設(shè)備間的備用分配原則進行研究分析。

綜上所述，本文首先論述了含EH設(shè)備光熱電站備用能力以及光熱-火電聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用的可行性，并基于EH設(shè)備電轉(zhuǎn)熱特性及光熱電站熱儲特性，建立光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型。最后，通過算例仿真，驗證了本文所提模型的有效性。

1 高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用對風(fēng)電消納的影響

風(fēng)電出力具有強波動性、間歇性與不確定性，預(yù)測難度遠高于傳統(tǒng)負荷。在高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)中，大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)極大地提高了系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)備用的需求。然而，發(fā)電側(cè)大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)，導(dǎo)致火電機組裝機比例降低，壓縮了常規(guī)電源提供旋轉(zhuǎn)備用的能力，進而降低了新能源可消納空間。圖1a、圖1b分別為風(fēng)電接入系統(tǒng)考慮旋轉(zhuǎn)備用前后的棄風(fēng)電量對比示意圖。

圖1 風(fēng)電接入系統(tǒng)考慮旋轉(zhuǎn)備用后調(diào)峰區(qū)間變化

2 光熱-火電聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用可行性分析

2.1 光熱電站旋轉(zhuǎn)備用能力分析

光熱發(fā)電為新興的優(yōu)質(zhì)太陽能發(fā)電，主要由光場、儲熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成。儲能設(shè)備的配置，使得光熱發(fā)電成為一種調(diào)節(jié)性能優(yōu)異的可控新能源發(fā)電，具有可時移調(diào)節(jié)的能力，其調(diào)節(jié)速度及調(diào)節(jié)深度均優(yōu)于常規(guī)火電[13-14]。相較于火電，光熱發(fā)電可承擔系統(tǒng)更多的備用需求。然而，光熱電站光轉(zhuǎn)熱、熱轉(zhuǎn)電的發(fā)電方式，導(dǎo)致其備用能力受到了光資源與儲熱容量雙重約束。

為減少光資源和儲熱設(shè)備容量對光熱電站備用能力約束，本文考慮在光熱電站加裝EH，光熱電站與EH聯(lián)合運行結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。相比于傳統(tǒng)光熱電站，加入EH后，儲熱裝置中的導(dǎo)熱熔鹽在由低溫熔鹽罐向高溫熔鹽罐流動過程中，除了吸收光場光熱轉(zhuǎn)換得到的熱能，還會吸收EH通過電制熱產(chǎn)生的熱能，減少了光照對光熱發(fā)電能力的約束。此外，EH作為可調(diào)節(jié)負荷，可通過調(diào)整用電量為系統(tǒng)提供備用，即以用電形式提供旋轉(zhuǎn)備用，使光熱的旋轉(zhuǎn)備用由發(fā)電旋轉(zhuǎn)備用擴展為發(fā)電+用電旋轉(zhuǎn)備用，有效地提高了光熱電站旋轉(zhuǎn)備用能力。

圖2 光熱電站與EH聯(lián)合運行結(jié)構(gòu)示意圖

但考慮到EH設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為熱能，再通過光熱電站發(fā)電，其中涉及兩次電熱轉(zhuǎn)換，能耗較高，因此為保證能源利用率，EH主要作為夜間棄風(fēng)時段下光熱儲熱來源及緊急條件下的系統(tǒng)備用資源，正常場景下保持低負荷率運行，主要為系統(tǒng)提供下旋轉(zhuǎn)備用。

2.2 光熱-火電聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用可行性

由前文分析可知，高比例風(fēng)電接入導(dǎo)致電力系統(tǒng)備用需求增加，由火電機組單獨提供系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用壓縮了火電的調(diào)峰空間，影響了風(fēng)電消納；2.1節(jié)論述了含EH設(shè)備的光熱發(fā)電具有優(yōu)于常規(guī)火電的調(diào)峰能力，可承擔更多的系統(tǒng)備用需求，但考慮到光熱備用能力受限于儲熱強相關(guān)性約束及EH設(shè)備能源轉(zhuǎn)換效率問題，光熱發(fā)電無法完全替代火電。因此，在高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)中，將光熱電站替代部分火電，由光熱電站與火電進行聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用，將有助于促進高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)的風(fēng)電消納。光熱電站替換等容量的火電機組后，光熱發(fā)電-火電聯(lián)合提供備用后系統(tǒng)調(diào)峰能力示意圖如圖3所示。

圖3 火電、光熱共同提供備用后系統(tǒng)調(diào)峰能力示意圖

3 光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法

基于光熱發(fā)電的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)勢和約束，建立光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型。

3.1 CSP-EH調(diào)峰備用模型

含EH設(shè)備光熱電站能量流示意圖如圖4所示，根據(jù)圖中的能量流動關(guān)系，分別搭建光熱電站用電調(diào)峰備用模型及發(fā)電調(diào)峰備用模型。

圖4 CSP-EH能量流示意圖

3.1.1 CSP-EH用電調(diào)峰備用模型

由圖4可知，EH設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存于光熱電站的儲熱設(shè)備中，其作為調(diào)節(jié)負荷，通過減少或增加用電量為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用。EH設(shè)備用電功率與光熱電站儲熱量關(guān)系為

EH設(shè)備可提供用電調(diào)峰備用受到自身加熱功率約束及儲熱設(shè)備約束，其中加熱功率約束為

EH設(shè)備的電熱轉(zhuǎn)換過程會對光熱儲熱量造成影響，其用電調(diào)峰備用能力受到光熱儲熱設(shè)備容量上、下限約束，結(jié)合式（1），得到光熱儲熱設(shè)備容量對用電調(diào)峰備用約束為

結(jié)合式（2）和式（3），得到EH設(shè)備可提供的用電調(diào)峰備用約束條件為

3.1.2 CSP-EH發(fā)電調(diào)峰備用模型

光熱電站通過熱力循環(huán)系統(tǒng)，利用儲熱設(shè)備中的熱能發(fā)電，其發(fā)電功率與光熱儲熱量關(guān)系為

光熱電站可提供的發(fā)電調(diào)峰備用受到自身汽輪機的技術(shù)出力約束及儲熱設(shè)備約束，其中技術(shù)出力約束包括光熱出力上、下限約束及機組爬坡速率約束，即

結(jié)合式（6）和式（7），得到光熱電站可提供發(fā)電調(diào)峰旋轉(zhuǎn)備用約束條件為

考慮到光熱電站提供用電調(diào)峰備用及發(fā)電調(diào)峰備用時，都會導(dǎo)致光熱儲熱量變化，結(jié)合式（1）、式（5），提出光熱用電調(diào)峰備用、發(fā)電調(diào)峰備用耦合約束為

3.2 光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型

3.2.1 目標函數(shù)

以系統(tǒng)總調(diào)度成本最小為目標，建立光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型為

1）系統(tǒng)運行成本

系統(tǒng)運行成本主要包括火電機組的發(fā)電及起停成本、光熱機組起停成本。

2）系統(tǒng)備用成本

由于火電機組備用成本遠高于光熱及EH設(shè)備備用成本[12]，因此本文只考慮火電機組備用成本。

3）棄風(fēng)懲罰成本

考慮到EH設(shè)備運行過程中，將多余的風(fēng)電轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為電能，期間損耗的電量可視為等效棄風(fēng)電量，即

3.2.2 約束條件

1）系統(tǒng)約束條件

（1）功率平衡約束

（2）系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束

系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用需求主要包括應(yīng)對負荷預(yù)測誤差旋轉(zhuǎn)備用需求及應(yīng)對風(fēng)電預(yù)測誤差旋轉(zhuǎn)備用需求。為降低風(fēng)電不確定性對系統(tǒng)的影響，減少備用成本，風(fēng)電旋轉(zhuǎn)備用容量利用風(fēng)光電計劃出力與實際出力的條件期望之差對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量進行修正，具體過程參見附錄。

2）火電機組運行約束條件

（1）輸出功率上、下限約束

（2）爬坡速度約束

（3）可提供的備用約束

火電機組可提供的向上、向下旋轉(zhuǎn)備用受機組技術(shù)出力區(qū)間和爬坡滑坡率的雙重約束。

3）風(fēng)電機組運行約束條件

風(fēng)電運行約束由概率約束為[15]

4）光熱機組運行約束條件

（1）輸出功率上、下限約束

（2）爬坡約束

（3）儲熱系統(tǒng)容量約束

（4）備用約束

光熱機組可提供的備用約束包括用電備用約束、發(fā)電備用約束及發(fā)用電備用耦合約束，如式（4）、式（8）、式（9）所示。

（5）EH設(shè)備運行約束

3.2.3 模型求解

1）隨機約束轉(zhuǎn)換

本文所建旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型中約束條件式（15）和式（19）包含隨機變量，將其轉(zhuǎn)換為確定性約束。

則隨機約束（15）可轉(zhuǎn)換為確定性約束，即

式（26）可轉(zhuǎn)換為確定性約束，即

2）模型求解

將模型中隨機約束轉(zhuǎn)換為確定性約束后，本文在Matlab R2016a環(huán)境下通過Yalmip調(diào)用Gurobi求解器，對本文所提的光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型進行求解。

4 算例分析

4.1 算例概述

本文采用改進的IEEE 30節(jié)點系統(tǒng)，驗證所提高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法的有效性。將配有電加熱裝置光熱電站接入節(jié)點1，風(fēng)電機組接入節(jié)點2、5、8，火電機組接入節(jié)點11、13，改進后的網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖5所示。

圖5 改進后IEEE 30節(jié)點算例

算例給定條件如下所述：

2）不同季節(jié)典型日下的系統(tǒng)負荷、風(fēng)電總出力及太陽負荷指數(shù)預(yù)測曲線如附圖1所示。

3）配有電加熱裝置光熱電站調(diào)節(jié)參數(shù)見表1，火電機組運行參數(shù)見表2。棄風(fēng)懲罰成本為500元/（MW·h），火電機組備用成本為130元/（MW·h）[12]。

表1 光熱電站調(diào)節(jié)參數(shù)

Tab.1 Parameters of CSP station

表2 火電機組運行參數(shù)

Tab.2 Parameters of thermal power station

4.2 算例分析

4.2.1 調(diào)度方法有效性驗證

為驗證本文高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法的有效性，設(shè)置三種運行模式：

模式1：僅由火電機組為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用，光熱電站按自身初始計劃運行，電加熱設(shè)備作為可控負荷參與風(fēng)電消納。

模式2：由火電及光熱機組為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用，電加熱設(shè)備作為可控負荷參與風(fēng)電消納。

模式3：由電加熱設(shè)備、光熱機組和火電機組共同為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用。

夏季典型日下不同模式機組出力計劃及系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用配置計劃如圖6～圖8所示，棄風(fēng)電量及各類運行成本見表3。

圖6 模式1下機組出力計劃及系統(tǒng)備用配置計劃

由圖6～圖8及表3可知，在模式1下，由火電機組單獨承擔系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用需求，壓縮了火電的調(diào)峰空間，使得夜間風(fēng)電大發(fā)時段，系統(tǒng)棄風(fēng)功率高，棄風(fēng)懲罰成本及備用成本均處于較高水平。在模式2下，低備用成本的光熱機組承擔了系統(tǒng)全部上旋轉(zhuǎn)備用及主要下旋轉(zhuǎn)備用，其中在夜間2:00～7:00時段，由于光熱儲熱水平不足導(dǎo)致其出力較低，下旋轉(zhuǎn)備用容量不足，該部分下旋轉(zhuǎn)備用缺額由火電機組承擔。相較于模式1，模式2通過光熱機組提供備用，使系統(tǒng)備用成本減少了128 157.37元，同時提高了火電機組夜間的下調(diào)峰空間，系統(tǒng)棄風(fēng)電量減低了81.58MW·h，同時減少了系統(tǒng)棄風(fēng)懲罰成本及運行成本，系統(tǒng)總調(diào)度成本減少了185 277.48元。在模式3下，夜間風(fēng)電大發(fā)時段光熱機組按最小技術(shù)出力運行，承擔系統(tǒng)主要上旋轉(zhuǎn)備用，EH設(shè)備高負荷率運行，消納多余棄風(fēng)電量，同時承擔系統(tǒng)主要下旋轉(zhuǎn)備用。在午間風(fēng)電小發(fā)時段，系統(tǒng)負荷率較高，EH設(shè)備低負荷率運行，主要承擔系統(tǒng)下旋轉(zhuǎn)備用，同時為滿足系統(tǒng)負荷需求，光熱電站高出力運行，承擔系統(tǒng)部分上、下旋轉(zhuǎn)備用，該時段系統(tǒng)上旋轉(zhuǎn)備用缺額由火電機組承擔。相較于模式2，由EH設(shè)備承擔系統(tǒng)主要下旋轉(zhuǎn)備用，對火電機組備用需求降低，系統(tǒng)備用成本減少5 748.43元，同時釋放了光熱及火電機組下調(diào)峰空間，使得在夜間風(fēng)電大發(fā)時段2:00～8:00，23:00～24:00，光熱及火電機組可按最小技術(shù)出力運行，在減少運行成本的同時，提高了風(fēng)電消納空間，進一步減少系統(tǒng)棄風(fēng)電量185.19MW·h，減少了系統(tǒng)總成本135 424.69元。

圖8 模式3下機組出力計劃及系統(tǒng)備用配置計劃

表3 三種模式下棄風(fēng)電量及系統(tǒng)各類成本

Tab.3 Abandoned wind power and system dispatch cost in three modes

對其余三個季節(jié)典型日數(shù)據(jù)進行仿真，得到不同季節(jié)典型日下棄風(fēng)電量及系統(tǒng)總成本分別如圖9和圖10所示。通過不同季節(jié)典型日下三種模式系統(tǒng)總成本及棄風(fēng)電量結(jié)果對比可知，相較于火電單獨提供備用，本文所提的火電-光熱聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用方法通過對光熱機組及EH設(shè)備備用優(yōu)化，可有效減少系統(tǒng)調(diào)度成本及棄風(fēng)電量，證明了本文所提方法的有效性。

圖9 不同季節(jié)典型日下棄風(fēng)電量

圖10 不同季節(jié)典型日下系統(tǒng)總成本

4.2.2 不同EH額定功率對風(fēng)電消納的影響

為了驗證不同EH額定功率對促進系統(tǒng)風(fēng)電消納的影響，分別設(shè)置EH設(shè)備額定功率為10MW、20MW、30MW、40MW、50MW、60MW。分析EH設(shè)備不同額定功率下的系統(tǒng)風(fēng)電消納情況，結(jié)果如圖11所示，EH設(shè)備出力曲線及承擔旋轉(zhuǎn)備用情況如圖12和圖13所示。

圖11 不同EH額定功率下系統(tǒng)棄風(fēng)電量

圖12 不同額定功率EH設(shè)備出力曲線

圖13 不同額定功率EH設(shè)備承擔系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用

由圖11～圖13可知，由于EH設(shè)備運行會產(chǎn)生間接棄風(fēng)電量，因此當EH設(shè)備額定功率為10MW、20MW時，EH設(shè)備主要通過提供系統(tǒng)下旋轉(zhuǎn)備用，提高火電機組及光熱機組的下調(diào)峰空間，間接促進風(fēng)電消納，自身不出力。當EH設(shè)備額定功率高于20MW時，EH設(shè)備承擔系統(tǒng)夜間棄風(fēng)時段全部下旋轉(zhuǎn)備用，火電機組及光熱機組按最小技術(shù)出力運行，EH提高出力，直接消納夜間棄風(fēng)電量，促進了風(fēng)電消納。隨著EH設(shè)備額定功率上升，系統(tǒng)直接棄風(fēng)電量降低，EH設(shè)備運行而產(chǎn)生間接棄風(fēng)電量上升，總棄風(fēng)電量降低，當系統(tǒng)直接棄風(fēng)電量為零時，EH設(shè)備可消納的棄風(fēng)電量達到最大值。

5 結(jié)論

本文針對高比例風(fēng)電接入電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用不足導(dǎo)致的風(fēng)電消納問題，考慮含EH設(shè)備的光熱發(fā)電調(diào)峰備用能力，提出了利用含EH設(shè)備光熱發(fā)電與火電聯(lián)合提供旋轉(zhuǎn)備用，以提高系統(tǒng)風(fēng)電消納能力的光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法，并通過實例仿真驗證了方法的有效性，并得出如下結(jié)論：

1）相較于傳統(tǒng)由火電單獨提供系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用，通過EH設(shè)備與光熱發(fā)電提供旋轉(zhuǎn)備用，可有效降低火電承擔的旋轉(zhuǎn)備用容量，提高系統(tǒng)調(diào)峰能力，促進高比例風(fēng)電接入系統(tǒng)的風(fēng)電消納。

2）光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用配置過程中，系統(tǒng)通過考慮機組備用成本差異及EH設(shè)備運行產(chǎn)生的損耗電量，對光熱機組、火電機組、EH設(shè)備間的旋轉(zhuǎn)備用進行優(yōu)化配置，優(yōu)先分配下調(diào)峰備用至EH設(shè)備，分配上調(diào)峰備用至光熱機組，火電機組主要作為前兩者備用不足情況下的一種補充，以減少系統(tǒng)運行成本。

3）不同額定功率EH設(shè)備對系統(tǒng)風(fēng)電消納促進能力不同?？苫谙到y(tǒng)棄風(fēng)功率高低，為光熱電站配置容量匹配的EH設(shè)備，保證系統(tǒng)最優(yōu)風(fēng)電消納的同時減少EH設(shè)備配置成本，實現(xiàn)EH設(shè)備高效利用。

附 錄

針對風(fēng)電預(yù)測誤差，傳統(tǒng)方法以一個風(fēng)電預(yù)測出力的特定百分數(shù)作為風(fēng)電備用容量，該方法缺乏一定的技術(shù)原理支持，容易造成備用資源的浪費。因此，建立基于Beta分布的風(fēng)電出力模型，利用Beta分布對風(fēng)電預(yù)測誤差分布概率進行擬合，通過隨機優(yōu)化的方法確定風(fēng)電備用容量，保障風(fēng)電備用容量設(shè)置合理性[18]。

Beta分布累計概率分布函數(shù)為

為應(yīng)對風(fēng)電預(yù)測誤差所需的旋轉(zhuǎn)備用為

附圖1 不同季節(jié)典型日下系統(tǒng)負荷、風(fēng)電及太陽輻射指數(shù)預(yù)測

App.Fig.1 Typical daily system load, wind power and solar radiation index forecast in different season

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Optimal Power Spinning Reserve Method of Concentrating Solar Power and Thermal Power for High-Proportion Wind Power System

Zhang Yaoxiang Liu Wenying Pang Qinglun Shen Ziyu

（State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power University Beijing 102206 China）

As wind power and other volatile new energy generation gradually become the main power source of the grid, the problem of insufficient reserve of a high proportion of wind power connected to the grid has become prominent. At the same time, the concentrating solar power (CSP) plant has time-shifting and adjustable characteristics, which can effectively bear the system's spinning reserve demand. However, CSP is constrained by the strong correlation between heat storage and solar resources. It's reserve capacity is limited. How to use the limited CSP and thermal power to optimize the joint reserve to meet the reserve demand of the high-proportion wind power system has become a problem that needs to be studied urgently. This paper firstly analyzes the impact of high-proportion wind power connected to the spinning reserve system on wind power consumption; Secondly, it analyzes the feasibility of CSP-thermal power combined to provide spinning reserve. Aiming at the constraints of CSP heat storage, it is proposed to use electric heating (EH) equipment to improve the standby capacity of CSP. And based on the electric-to-thermal characteristics of the EH equipment and the thermal storage characteristics of the solar thermal power plant, a model of power consumption and power generation peaking standby of the EH-CSP is established, and based on this, a solar thermal power generation-thermal power rotation standby optimization model is established. Finally, the improved IEEE 30 node system is used for simulation verification, and the result proves the effectiveness of the method proposed in this paper.

Concentrating solar power(CSP) plant, spinning reserve, electric heating equipment, high proportion of wind power

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211811

國家重點研發(fā)計劃（2018YFE0208400）和國家電網(wǎng)有限公司總部科技項目（面向跨境互聯(lián)的多能互補新型能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究）資助。

TM73

2021-11-10

2021-12-28

張堯翔 男，1994年生博士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)運行及新能源發(fā)電。E-mail：zhangyx_94@163.com（通信作者）

劉文穎 女，1955年生教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為電力系統(tǒng)分析與控制及電力系統(tǒng)智能調(diào)度。E-mail：liuwenyingls@sina.com

（編輯 赫蕾）