可再生能源接入電力系統(tǒng)對自動化控制的影響及應(yīng)對策略

關(guān)鍵詞：可再生能源接入；電力系統(tǒng)；自動化控制

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)06-0231-03

DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.067

Impact of Renewable Energy Integration into the Power System on Automation Control and Corresponding Strategies

LIUChunhua，LIU Heqiong，WANG Chi (Huaneng Yushe Power Generation Co.，Ltd.，Jinzhong O318Oo，China)

Abstract:With theincreasing popularityofenvironmentalprotectionandsustainabledevelopmentconcepts，theproportion of renewable energy inthe power system continues to rise，which hasaprofound impacton power automation control systems.Intheactualoperationandmanagementof thesystem，itsstability，reliability，ndintellgencehaveallbeen significantlyimprovedItisnecessarytofurtherexploretheroleof integratingrenewableenergyinpowerautomationcontrol andstudyeffectiveresponse strategies，soastoensuretheeficientandsmoothoperationofthepowersysteminthecontext of new energy integration.

Keywords:renewable energy access; power system; automated control

隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)正經(jīng)歷著深刻的變革?？稍偕茉吹拇笠?guī)模接入不僅改變電力系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，也對自動化控制系統(tǒng)提出新的挑戰(zhàn)和要求。從發(fā)展進(jìn)程來看，管理人員如何有效應(yīng)對這些變化，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，成為當(dāng)前急需解決的問題，同時也為后續(xù)管理工作的開展指明發(fā)展方向。

1可再生能源接入對電力自動化控制系統(tǒng)的影響

1.1穩(wěn)定性控制難度增加

可再生能源具有波動性和不確定性，特別是風(fēng)能、太陽能等受自然條件高度影響的能源，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成顯著挑戰(zhàn)。相應(yīng)自然條件的不可預(yù)測性導(dǎo)致可再生能源發(fā)電出力頻繁且大幅度波動，進(jìn)而對電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)和電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)能發(fā)電出力在一天之內(nèi)可能波動高達(dá)30% ，而太陽能發(fā)電則受天氣變化影響，其出力波動率也可超過 20% ，具體數(shù)據(jù)如表1所示[1]。頻繁的出力波動不僅增加電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，還直接提升自動化控制系統(tǒng)維持穩(wěn)定的難度，給整體管理工作帶來一定的挑戰(zhàn)。

1.2電力供應(yīng)可靠性要求提高

可再生能源的間歇性和波動性使得電力系統(tǒng)供需匹配變得更加復(fù)雜，對電力供應(yīng)的可靠性提出更高要求。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基于恒定能源模型設(shè)計，難以適應(yīng)新能源接入帶來的不確定性。因此，自動化控制系統(tǒng)需要增強(qiáng)對可再生能源發(fā)電出力的預(yù)測和調(diào)度能力，以確保電力供應(yīng)的可靠性。

1.3電力系統(tǒng)智能化水平提升

可再生能源接入推動電力系統(tǒng)智能化水平的整體提升。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以充分適應(yīng)新能源的高度動態(tài)性和分布式特點(diǎn)，需要引入先進(jìn)的智能化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的智能感知、精準(zhǔn)調(diào)控和高效管理。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、模型預(yù)測控制等技術(shù)的應(yīng)用與推廣，自動化控制系統(tǒng)的智能化水平得到進(jìn)一步提升，使得整體管理工作得到進(jìn)一步發(fā)展與深化[2]。

2 應(yīng)對策略

2.1新型控制算法的應(yīng)用與完善

在電力管理工作中，可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)對自動化控制提出更高要求，成為管理人員面臨的新難題，特別是其波動性和不穩(wěn)定性給系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來顯著挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，研發(fā)適應(yīng)可再生能源接入的電力系統(tǒng)調(diào)度與控制算法變得至關(guān)重要。因此，管理人員需要采取更加務(wù)實(shí)的策略，以強(qiáng)化自動化控制，為整個管理工作的推進(jìn)明確方向[3]。

模型預(yù)測控制（ModelPredictiveControl，MPC）作為一種前瞻性的控制策略，其核心在于利用預(yù)測模型對未來時段內(nèi)系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)估，優(yōu)化當(dāng)下的控制決策。MPC擅長應(yīng)對多變量、含約束條件及非線性問題，展現(xiàn)出對可再生能源接入所帶來不確定性的高度適應(yīng)性。在電力系統(tǒng)中，MPC技術(shù)被廣泛應(yīng)用于可再生能源發(fā)電單元的調(diào)度，旨在優(yōu)化電力供需的動態(tài)平衡，如表2所示。

在電力調(diào)度實(shí)踐中，MPC技術(shù)通過精確預(yù)測可再生能源的發(fā)電出力，能夠提前規(guī)劃并調(diào)整傳統(tǒng)電源的出力，從而有效減輕系統(tǒng)頻率和電壓的波動。此外，

MPC具備融人電力市場需求和價格信號的能力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和系統(tǒng)穩(wěn)定性的雙重優(yōu)化。

以某電力企業(yè)為例，為提升風(fēng)電場的調(diào)度控制效率和整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，管理人員積極采用模型預(yù)測控制算法。該算法集成氣象數(shù)據(jù)與風(fēng)電場的歷史發(fā)電數(shù)據(jù)，構(gòu)建高精度的風(fēng)速和風(fēng)電出力預(yù)測模型。在實(shí)時運(yùn)行過程中，MPC算法持續(xù)接收最新的風(fēng)速觀測值，并實(shí)時更新預(yù)測結(jié)果，為未來一段時間內(nèi)的風(fēng)電出力提供準(zhǔn)確預(yù)估。在MPC算法的輔助下，該電力企業(yè)能夠動態(tài)調(diào)整水電站等傳統(tǒng)電源的出力，以有效平衡風(fēng)電的波動性。基于此，當(dāng)預(yù)測到風(fēng)電出力即將增加時，算法會自動減少水電站的出力，反之，當(dāng)預(yù)測風(fēng)電出力減少時，增加水電站的出力。與此同時，MPC算法能夠更高效地利用風(fēng)電資源，顯著減少因風(fēng)電波動導(dǎo)致的棄風(fēng)現(xiàn)象，進(jìn)一步提高風(fēng)電利用率和整體經(jīng)濟(jì)效益[4]。

其次，魯棒控制作為設(shè)計控制器的方法，能夠在系統(tǒng)存在不確定性或干擾時保持穩(wěn)定的性能。對于可再生能源接入帶來的不確定性，魯棒控制的運(yùn)用能夠更好地應(yīng)對這一情況，進(jìn)而提升整體系統(tǒng)的有效管理水平。在電力系統(tǒng)中，魯棒控制可以用于設(shè)計穩(wěn)定的控制器，以應(yīng)對可再生能源發(fā)電出力的波動。結(jié)合可再生能源的不確定性范圍，魯棒控制可以確保系統(tǒng)在各種工況下都保持穩(wěn)定運(yùn)行。此外，魯棒控制可以與其他控制策略相結(jié)合，不斷提高系統(tǒng)的整體性能。例如，某地區(qū)電網(wǎng)接入大規(guī)模光伏發(fā)電后面臨電壓穩(wěn)定性的問題，為了解決這個問題，該地區(qū)電網(wǎng)采用魯棒控制策略來設(shè)計電壓控制器。結(jié)合光伏發(fā)電出力的不確定性范圍，魯棒控制器能夠確保電網(wǎng)在各種光照條件下都保持電壓穩(wěn)定，持續(xù)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

2.2智能化技術(shù)的應(yīng)用與完善

隨著可再生能源大規(guī)模并入電力系統(tǒng)，自動化控制系統(tǒng)遭遇更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了更好地迎接挑戰(zhàn)，管理人員積極采用大數(shù)據(jù)、人工智能等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)狀態(tài)的即時監(jiān)控、精準(zhǔn)預(yù)測及優(yōu)化調(diào)控，為大幅提升自動化控制系統(tǒng)的智能化水平開辟關(guān)鍵路徑，同時也為管理工作的落實(shí)指明方向[]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠處理和分析海量的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測。在收集和分析可再生能源發(fā)電數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的過程中，管理人員可以及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的電力系統(tǒng)故障。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的預(yù)測分析能力，進(jìn)一步預(yù)測可再生能源發(fā)電出力的變化趨勢和負(fù)荷需求變化，為電力系統(tǒng)的調(diào)度和控制提供科學(xué)依據(jù)。

例如，某電力企業(yè)為了提升風(fēng)力發(fā)電的利用效率和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，積極引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立風(fēng)力發(fā)電預(yù)測模型。該模型的核心在于結(jié)合風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度等歷史氣象數(shù)據(jù)，深入分析風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)。通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，模型能夠挖掘出數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，對可持續(xù)能源的發(fā)電情況做出預(yù)測，保障整體環(huán)節(jié)的有效性。在合理的管理工作中，預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度逐漸提高，為電力企業(yè)的運(yùn)營決策提供有力支持?；谶@些預(yù)測結(jié)果，電力企業(yè)可以提前調(diào)整其他電源的出力計劃，以確保電力系統(tǒng)的供需平衡。具有前瞻性的調(diào)度策略不僅顯著提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效避免因風(fēng)力發(fā)電波動而導(dǎo)致供需失衡，也進(jìn)一步優(yōu)化電源配置，降低整體運(yùn)行成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。此外，該企業(yè)為了應(yīng)對可再生能源大規(guī)模接人帶來的挑戰(zhàn)，在后續(xù)管理中繼續(xù)引入人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的智能化升級。在機(jī)器算法的推動下，人工智能技術(shù)對該地區(qū)電網(wǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)以及可再生能源發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，建立精準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度模型。

2.3調(diào)度機(jī)制逐漸靈活

隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中的大規(guī)模接入，傳統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制已無法充分保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。因此，構(gòu)建一個更加靈活多變、適應(yīng)性強(qiáng)的電力系統(tǒng)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對可再生能源的精確調(diào)度與管理，成為提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和效率的核心?；诖耍趯?shí)際操作中，為了達(dá)成可再生能源的精確調(diào)度目標(biāo)，管理人員需要建立實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)而對風(fēng)速、光照強(qiáng)度、氣溫在內(nèi)的自然環(huán)境數(shù)據(jù)以及管理電力負(fù)荷、電網(wǎng)狀態(tài)等電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)督與記錄。管理人員通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行即時分析，精確預(yù)估可再生能源的發(fā)電能力，從而為調(diào)度決策提供堅實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

例如，某風(fēng)電場引入先進(jìn)的智能調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)在風(fēng)能管理和調(diào)度方面展現(xiàn)出卓越的性能。在多種傳感器和監(jiān)測設(shè)備的輔助下，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵自然環(huán)境數(shù)據(jù)，同時精確捕捉風(fēng)電場的發(fā)電出力、電網(wǎng)電壓、電流及頻率等電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)?；谶@些實(shí)時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的預(yù)測算法，能夠準(zhǔn)確預(yù)測未來一段時間內(nèi)風(fēng)能的發(fā)電出力，為調(diào)度決策提供可靠依據(jù)。與此同時，該系統(tǒng)結(jié)合智能調(diào)度算法，能夠綜合考慮風(fēng)能預(yù)測結(jié)果、電網(wǎng)需求、設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)維計劃等多重因素，自動生成最優(yōu)調(diào)度方案。相應(yīng)方案旨在確保風(fēng)電場的穩(wěn)定運(yùn)行，同時最大化利用風(fēng)能資源，提高發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。智能調(diào)度系統(tǒng)還能夠根據(jù)實(shí)時情況自動調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，以提升發(fā)電效率和減少磨損。此外，該智能調(diào)度系統(tǒng)具備強(qiáng)大的故障預(yù)警和自動恢復(fù)功能。通過實(shí)時監(jiān)測風(fēng)電場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，并發(fā)出預(yù)警信號，提醒運(yùn)維人員提前采取措施，保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠迅速啟動自動恢復(fù)程序，采取切換備用電源、調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等必要的控制措施，以最大程度地減少故障對電力系統(tǒng)的影響，保障風(fēng)電場及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3結(jié)論

可再生能源接入對電力自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)生深刻的影響，管理人員可以結(jié)合自身實(shí)際情況，從穩(wěn)定性挑戰(zhàn)、可靠性要求提高和智能化水平提升等方面著手進(jìn)行考量。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，管理人員需要在技術(shù)創(chuàng)新、管理優(yōu)化和政策支持等方面采取綜合措施。未來，要積極引入先進(jìn)的智能化技術(shù)，建立靈活調(diào)度機(jī)制，出臺鼓勵新能源接入的政策，有效提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，推動電力系統(tǒng)朝更加智能、高效和可持續(xù)的方向發(fā)展。

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