適應間歇式新能源發電負荷調峰策略研究

曹筱歐

(國網天津市電力公司 濱海供電分公司,天津 300450)

0 引言

隨著新能源發電的不斷推廣與延伸，新能源發電的隨機性增加了電網調峰的壓力。為此提出用戶側聯合調峰的方法降低發電企業調峰壓力具有明顯的作用。實現調峰效益的最大化需要對調峰負荷的特性、潛力等進行深度的研究，掌握間歇式新能源發電的特點并引導用戶側適應新能源用電策略，這不僅可以降低發電企業調峰的壓力而且能夠節約用電企業用電成本。

1 負荷彈性對調峰的影響

在動態電價的影響下，高載能企業調整用電策略具備了一定了用電“負荷彈性”能力。其采用更改用電時間彈性策略和更改用電負荷大小容量彈性策略適應新能源發電的特征，為企業節約用電成本。同時也減少發電企業調峰的壓力。

1.1 高載能負荷時間彈性

高載能負荷時間彈性策略是用電企業綜合分析用電負荷生產工藝、習慣、設備用電水平和用電經濟效益等因素在生產過程中以生產時間為調整目標進行策略分析進而達到降低用電成本的目的。由于新能源并網后，其反調峰特性決定了在不同時間范圍內的電價不同，如果將新能源并網視為等值負荷，將增大等效負荷的峰谷差，這會導致在常規負荷低谷時刻要保證一定的開機水平、調峰深度和用電安全就必須棄風、棄光來彌補新能源并網空間不足的問題。鑒于新能源存在人為不可控因素，需要通過天氣預報來預估風光電處理情況，并作出新能源出力曲線，調整生產過程，讓部分符合能夠在允許的空間調節用電時間，將新能源發電處理在常規符合低谷時刻消納新能源。負荷時間彈性為用戶提供了不同時間段的負荷數選擇方式，其彈性越大則用戶的選擇余地也就越大，用戶可以根據新能源出力時間段調整生產負荷，將用電負荷盡可能的轉移到用電低谷時段，一方面保證生產需求，另一方面提高新能源電量的使用。

高載能負荷時間彈性可以選擇可轉移負荷比率和可轉移負荷時間進行衡量，可轉移負荷比率為表征負荷可轉移量占裝機的比例；可轉移負荷時間為表征負荷提前或延遲的時間。在響應可再生能源方面，時間彈性變量和可轉移負荷比率變量是適應間歇式新能源發電負荷調峰的關鍵。企業生產用電過程中，考慮維持生產設備生產需求的最小負荷及安全符合流程無法更改的用電時間負荷成分所占比例通過可轉移負荷比率進行計算。可轉移負荷時間是根據生產設備和生產時間限制進行確定。高載能負荷時間彈性調節曲線如圖1所示。

隨著時間的增加當調節過電壓使負荷升至100%，其可轉移負荷比率也為100%，轉移負荷的時間不受限制。

圖1 高載能負荷時間彈性調節曲線

1.2 高載能負荷容量彈性

企業生產用電的過程中，一些負荷設備不具備時間彈性的控制，其負荷率可以采用額定功率調節的方式控制用電量，以保證用最小的成本滿足生產的基本需求。不具備時間彈性控制的負荷曲線如圖2所示。

圖2 不具備時間彈性控制的負荷曲線

如圖2所示，不具備時間彈性控制的負荷曲線基本為一條直線。在調節過程中容量彈性是在額定負荷的基礎上根據生產需求負荷占負荷容量的比例進行上下調節，此調節過程是在負荷內在特性中進行調節不受時間上的控制。很多生產企業為了保證生產的連續性會自備發電機，其可向生產設備負荷供電，并具備可調節的能力，為此將其引入負荷容量彈性中視為一種負負荷，可以降低企業自備發電機的出力等效增加負荷。自備發電機等效負荷容量彈性為自備發電機額定容量減去其最小出力。在用電企業的高載能負荷中，容量彈性不僅包含了常規發電機組負荷容量彈性還包括企業自備發電機的容量彈性。

1.3 高載能負荷調峰潛力

由于風光電具有反調峰的特性，所以在火力發電和水利發電調峰能力弱、深度低時，當風力發電調峰出現缺口，常規電源參與調峰情況下只能棄風、棄光。所以此時利用彈性負荷增大等效負荷峰谷差及電力系統調峰需求，可以減少棄風、棄光。容量彈性負荷對風光電消納的影響如圖3所示。

圖3 容量彈性負荷對風光電消納的影響

在t1～t2時刻，發電機組上調空間不足，此時增加生產負荷能夠迅速消納增加的風光電出力，保證等效風光電出力平穩，并減少火力發電的調峰壓力。同時又提高風光電消納的能力，避免了棄風、棄光問題的發生。在此過程中，負荷容量彈性越大則調峰能力就越強，可以有效的保證電網的運行安全。高載能負荷彈性可以解決僅依靠常規電源進行電力系統調峰過程中出現的負荷峰谷差問題，從時間彈性和容量彈性兩個方面具備調峰潛力。

2 高載能負荷調峰能力重構

為了能夠實現用電企業新能源發電利用最大化，將高載能負荷調峰能力進行統一調度，以初始負荷曲線為條件，對負荷調峰能力進行重構，劃分出作用于長時間尺度負荷調峰能力重構和作用于短時間尺度負荷調峰能力重構。

2.1 長時間尺度負荷調峰能力重構

長時間尺度負荷調峰可以根據風光電力的預測優先來調整、中斷、轉移高載能負荷。在高載能負荷調節中，作用于長時間尺度負荷調峰的關鍵包括兩個方面。一方面是高載能負荷的調節容量要能夠滿足電力系統調峰后的調峰缺口，另方面是調峰電量要足夠充足。長時間尺度負荷調峰能力重構分為升高負荷場景和降低負荷場景兩種情況。

升高負荷場景是當負荷曲線低于可調空間半下限，高于可調空間全下限的情況時，為了維持電力的平衡風光電最大出力為負荷減去常規電源最小技術出力，其小于風光點最大發電出力，采用高載能負荷參與調峰高的負荷曲線，使其能夠位于可調空間半下限之上，使電力系統能夠為風光電提供并網空間。凡是能夠持續提高自身負荷值的負荷具備轉移負荷和連續調節負荷的能力，重構后的負荷隨時間變化如圖4所示。

圖4 重構后的負荷隨時間變化

獲取所有負荷長時間尺度負荷單元調峰能力，表征方面具備不同可持續調節時間符合的統計分布情況，根據需要將負荷隨時機變化上端的負荷按照先后順序參與調峰，將可調持續時間小的負荷在時間上疊加構成等效負荷，參與滿足容量小調峰持續時間長的調峰需求，調整前后負荷隨時間的變化如圖5所示。

由此可見，根據調峰需求合理安排負荷參與的先后順序及配合關系可以解決電網的調峰需求。降低負荷場景是風光電機組出力小，發電系統負荷較大時，電力平衡中負荷高于可調上限，通過調節負荷參與降低負荷使負荷曲線位于可調上限之內，保證電力系統的功率平衡。在降低負荷場景下的負荷重構過程中，將所有負荷按照可持續時間的長短來進行大小排序，若時間相同則可以進行負荷合并，采用轉移、中斷等手段對負荷進行操作，維護用電負荷設備的安全。

圖5 調整前后負荷隨時間的變化

2.2 短時間尺度負荷調峰能力重構

當風光電過大時對電力系統的平衡造成威脅，需要具有短時間尺度調節能力的負荷參與電力系統平衡。短時間尺度調節參數主要是爬坡率和調節容量，為此在短時間尺度負荷調峰能力重構中存在升高負荷場景和降低負荷場景。

升高負荷場景中風光電功率預測偏大時需要快速提升負荷，具有連續調節能力的負荷參與調峰，可根據負荷的爬坡率和最大調節容量重構負荷最快爬坡曲線，計算出最大的爬坡調峰能力。以兩個負荷為例，升負荷出力曲線如圖6所示。

圖6 升負荷出力曲線

由圖6可見，如果兩個負荷均未達到最大調節容量則爬坡結束時間相同，當其中一個負荷達到了最大調節容量而另一個未達到則爬坡結束時間不同。

降低負荷場景中是由于風光電功率預測偏差較大，而導致了大規模的風電、光電拖網，必須采取負荷調峰快速降低負荷，以保證電力系統功率的平衡。與升高負荷場景同樣可以根據負荷爬坡率和最大容量計算出負荷最快爬坡曲線，確定負荷的最大爬坡調峰能力。

3 負荷參與調峰策略

3.1 負荷在調峰中的作用及參與方式

新能源接入電力系統后，其波動性、無規律性導致調峰壓力的增加，負荷調峰主要的目的是移峰填谷，將可中斷負荷由等值負荷大的時段移至等值負荷小的時段，并應用連續調節負荷消納棄風或棄光。當常規發電機組調峰無法消納風光電的情況下，采用連續高載能負荷增加進行消納，其連續調節能的負荷增加負荷跟蹤新能源處理消納新能源增量，進而減少棄風、棄光的問題。此外，當電力系統電力不足時，依靠可中斷負荷減少負荷，保證電力系統功率的平衡，進而保證電企業重要的負荷正常供電。

3.2 負荷在多時間尺度上的調峰方法

負荷在多時間尺度上的調峰方法可以采用轉移、連續調節和中斷負荷的方法進行操作。其中，轉移負荷根據準確的新能源電量預測和企業負荷預測確定轉移策略。連續調節負荷通常是利用企業自備發電機進行短時間尺度的調峰，以保證企業主要用電設備的正常運轉。中斷負荷是在電力系統出現緊急情況時，為了保證電力系統功率的平衡進行的安全性操作方法。

3.3 調峰策略

在新能源發電負荷實際調峰中，需要根據調峰需求采用有效的調峰順序和調峰形式來達到調峰的目的，其之間的配合關系如表1所示。

表1 調峰順序和配合關系

4 總結

通過本文的研究可知，負荷的可調節與可中斷特性使企業可以做出負荷時間彈性和容彈性量策略。在適應間歇式新能源發電負荷調峰中，對高載能負荷調峰能力重構，按照調峰時間的長短和調峰的場景進行重構。長時間尺度負荷調峰中的升高負荷場景采用高載能負荷參與調峰太高負荷曲線，使其能夠位于可調空間半下限之上，降低負荷場景采用轉移、中斷等手段對負荷進行操作降低負荷使負荷曲線位 于可調上限之內。短時間尺度負荷調峰中的升高負荷場景 和降低負荷場景根據負荷爬坡率和最大容量計算出負荷最 快爬坡曲線，確定負荷的最大爬坡調峰能力。負荷在調峰過 程中，可采用轉移、連續、中斷負荷的方法根據調峰需求采用 有效的調峰順序和調峰形式保證新能源發電負荷調峰的準 確性，達到調峰的目的。

用轉移、中斷等手段對負荷進行操作降低負荷使負荷曲線位于可調上限之內。短時間尺度負荷調峰中的升高負荷場景和降低負荷場景根據負荷爬坡率和最大容量計算出負荷最快爬坡曲線，確定負荷的最大爬坡調峰能力。負荷在調峰過程中，可采用轉移、連續、中斷負荷的方法根據調峰需求采用有效的調峰順序和調峰形式保證新能源發電負荷調峰的準確性，達到調峰的目的。