源網荷儲互動調控對降低可再生能源發電棄電率的應用分析

鄧嘉麒 姜兵 劉建亮

摘 要：近年來，社會進步迅速，隨著新型發電、直流輸電、電能存儲等技術的發展，新能源發電、電動汽車等柔性負荷以及可充放電的儲能裝置不斷并入電網中，使得傳統配電網架構發生了巨大變化。由于新型源網荷儲存在較大的不穩定性，給配電網調度帶來了巨大挑戰，尤其是難以控制調度的額外電損。借助泛在電力物聯網的建設，可實現對源網荷儲的實時信息采集與分析，為實時數據驅動的源網荷儲協同調度提供了契機。配電網中的源網荷儲協同具有天然的分布式特性，因此可以利用電力物聯網的感知能力構建一個分布式狀態實時感知系統，使得協同調度具有更高的調度精度。

關鍵詞：源網荷儲互動調控;降低可再生能源發電棄電率;應用分析

引言

可再生能源是未來能源發展的一個重要趨勢，對實現能源的可持續發展具有重要意義。隨著可再生能源發電裝機容量的快速增加，棄水率、棄風、棄光率也維持在高位運行。

1相關工作

目前，已有學者對源荷互動調度進行研究。圍繞大規模源網荷友好互動系統實切實驗，介紹了一系列新電力技術如系統動態頻率計算等，為系統調試實驗提供了技術手段和有效的分析方法，從而可以優化配電網中對負荷側的控制。著重考慮荷端出現的新需求，即兼容需求側資源響應，提出了一個源網荷儲優化調度模型。算例分析結果證明，該模型能夠有效降低系統總成本，提高系統運行的安全穩定性。其采取的負荷控制策略是以電價調整為主，存在一定的用戶主觀影響;同時系統成本指的是經濟方面，并未考慮能源損耗，且未考慮新能源消納問題，因此可以對其進行進一步研究。后續研究可以考慮將兩者統一，即在兼容需求側資源響應上應用負荷實切技術來進一步降低電網運行成本。在泛在電力物聯網的場景下，可以進一步考慮用戶用電匹配發電或者發電匹配用電的情況。在源源互動的研究中，大多數是以能源互聯網為背景對多種能源尤其是新能源進行管理，以使能源利用率最優。考慮在多能量互補的柔性直流配電網下，設計一種協調、協同的優化控制結構。該文主要考慮多種能源網協同運行，同時考慮到了新能源消納以及各類分布式發電設備的接入，在傳統集中下發控制的基礎上，采用離散時間一致性算法對分布式設備進行協調，實現了多目標最優控制，從而使整個電網的經濟開銷最小。該文主要從多能源互補即源端進行考慮，同時綜合儲能設備的狀態來滿足負荷的需求，并未對負荷做出調整，因此可考慮將負荷調整加入協調控制以進一步優化電網運行。同時，針對電網區域自治需求越來越高的情況，許多研究者對臺區下的配電網調度架構及機制進行了研究。一些學者對區域能源互聯網能源管理系統進行了研究。提出了一個有效的能源管理系統，整理了多能源通過互聯網實現能源互補的多種機制。各類能源和各類負荷做了特性分析，同時得出結論：信息控制系統是能源互聯網的核心。針對區域能源管理提出了各自的系統結構，并未提出相應的控制策略和方案，但仍為研究泛在電力物聯網下源網荷儲協同調度提供了架構基礎。具有特定負荷（海水淡化負荷）裝置的沿海區域能源系統協同控制方法進行了綜述，對有關源網荷系統有關研究做了總結與展望，并對源網荷系統交互做出了詳細的解釋，同時歸納了沿海多源多負荷系統協調控制與多時間尺度能量調度的方法，為接下來的源網荷儲系統定義以及優化調度模型的建立提供了方向。上述研究對新出現的微網系統用電調度、區域自治方法及技術進行了研究和綜述，對構建配電網的系統框架具有較大的參考價值。

2可再生能源發電的特征

可再生能源指的是水能、風能、太陽能、生物質能、地熱能、潮汐能等，應用最為廣泛的是水能、風能及太陽能，應用方式表現為：水力發電、風力發電、太陽能發電。本文主要對這3種可再生能源發電特征進行論述。水能最為突出的特點是：具有豐水期、平水期、枯水期，儲水量變化有一定的周期性且相對穩定，水能的利用還要考慮防洪、防汛、生產和生活。為了最大程度的實現節能減排，按照電力系統經濟運行的原則，在水能的豐水期需要全功率發電，枯水期多進行電力系統的調峰。這些因素決定了水力發電的具有以下基本特征：①發電功率可預測;②發電量可預測;③穩定性較好;④較強的慣性。風能是地表受太陽輻射造成受熱不均而引起大氣水平方向壓力不均，并導致空氣流動產生的動能。風能是太陽能的間接利用，受地理位置、氣候、天氣影響較大，具有較大的隨機性和波動性，難于準確預測。風力發電受風能的制約，具有與風能類似的特征，另外，風力發電機的葉片較大，具有一定的慣性。因此，風力發電的具有下述基本特征：①發電功率難與準確預測;②發電量難于準確預測;③穩定性較差;④有一定的慣性。太陽能是指太陽光輻射的能量，一般情況下，太陽能發電是利用光電效應把太陽的光輻射能直接轉換成電能或者把太陽的光輻射先轉換為熱能再轉換成電能。應用最為廣泛的是把太陽輻射能直接轉換為電能的發電方式即光伏發電。光伏發電受季節、地理位置和大氣物理狀況的影響，具有較強的隨機性和波動性，也不具備慣性。光伏發電的具有特征是：①發電功率難與準確預測;②發電量難于準確預測;③穩定性較差;④無慣性。

3資源全息感知與決策

電力系統的發電、輸電、配電、用電、儲能等各環節的狀態信息和監控系統運行信息被實時感知，同時控制系統如AGC、AVC、動態ACE等控制狀態的實時感知，此外還包括氣象、山火、密集輸電走廊等與電網直接或間接相關的環境信息感知。利用大數據及人工智能的方法采用仿真分析和事件驅動的模式，對電網運行的實際情況及故障反演其發展過程，形成故障前以經濟優化為目標的控制方式，故障中以電網安全性為目標的控制方式，故障后以電網運行恢復為目標的控制方式，保證電網在真實運行場景下安全穩定經濟運行。例如基于臺風預測數據，結合地理GIS圖展示臺風名稱、風圈大小及強度、預測路徑以及可能影響的設備，并以動畫形式展示臺風的演變過程，通過臺風路徑、臺風等級、臺風半徑等預報信息，同時結合桿塔地理位置及設計參數，自動智能識別N-1、N-2、N-3故障集的發生時間和發生概率，將臺風識別出來的預想故障集納入到電網靜態安全分析中，評估未來時段臺風對電網可能造成的影響，并給出影響程度的預警信息，根據判定結果按照常規數據挖掘軌跡模式（關聯、聚類、分類、預測）方法形成基于網、省、地、縣四級調度的發電計劃、負荷預測、新能源發電預測和機組調節空間等數據。從而實現對大電網組態模擬精準化廣域協同控制，提升大電網安全經濟綜合運行水平和抵御風險能力。

結語

本文論述了傳統的“源隨荷動”調度模式向“源網荷儲多元協調調度控制”模式轉變發展方向，基于此設計源網荷儲多元協調控制系統。首先介紹了該系統的總體四層架構，其次闡述了實現源網荷儲的各應用場景支撐的四個關鍵技術，最終落地在華東分部調控分中心進行試驗實現了“源-網-荷-儲”互動。

參考文獻

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