面向新型電力系統的源網荷儲一體化電力平衡策略研究

朱明偉

（中國電建集團海南電力設計研究院有限公司，海南海口 571100）

0 引言

我國經濟正處于快速發展的重要時期，各地均開展大規模經濟建設，可以預見未來全社會對電力資源的品質與供應量會提出更高要求，有必要對這方面進行詳細分析?？紤]到我國現階段研究重心轉移到新型電力系統，可以從這方面入手，關注源網荷儲一體化電力平衡相關內容，提升新型電力資源利用效率，保障社會資源的最大化應用。

1 電力系統的發展現狀

新型電力系統的主體內容為新能源，通過逐漸減輕對化石能源的依賴，提升非化石能源裝機容量占比，為光伏、風電等新能源技術應用提供基礎條件。碳達峰是我國未來經濟發展的重要指標，新能源技術將會得到進一步開發與應用，源網荷儲一體化的電力平衡內容將會成為新能源電力系統發展的重要方向。在以往電力平衡分析模式中，主要是在最大負荷時刻下，確保電源、負荷達到平衡狀態[1]。但是，在開展新型電力系統建設活動時，這種電力平衡模式將無法滿足新能源技術應用的需求，需要采用更為合適的方法，對電力平衡相關內容展開詳細分析。可以從擬合曲線角度出發，對管轄區域內的負荷、儲能等進行合理分析，明確規劃邊界內容，進而實現高水平的源網荷儲一體化電力平衡。

2 面向新型電力系統源網荷儲一體化電力平衡的價值

可以將新型電力系統開展源網荷儲一體化電力平衡價值整理為如下內容：第一，開展新型電力系統的全社會面規劃活動，其核心內容即為源網荷儲電力平衡，是我國電力系統升級優化的主要方向。第二，電力平衡效果會直接影響未來地區電網建設規劃，會對當地經濟建設活動產生直接影響，需要將電力平衡作為經濟發展重要組成部分認真對待。第三，需要根據新型電力系統運行負荷預測結果，合理分析源網荷儲各種因素，確保源網荷儲一體化電力平衡設計內容合理，并以此為基礎，完成未來地區電網系統的規劃活動。第四，當前使用的電力平衡方法無法有效匹配新型電力系統，需要對新型電力系統做更深入的研究。在投入資源方面，提升投入比例，有效降低電網運行成本，但是也會產生較大的電網運行風險，有必要對現有電力平衡方法進行優化處理。

在開展新型電力系統的源網荷儲一體化電力平衡作業時，需要遵循以下幾個應用原則：第一，源平衡。需要分析源側靈活資源對電網負荷產生的影響，例如高溫夏季、低溫冬季等各種應用場景，需要做好動態化的電力平衡設計。第二，荷平衡。用戶使用電力資源，會產生負荷尖峰、低谷情況，需要詳細研究用戶端對電網負荷造成的實際影響。第三，儲平衡。以新型電力系統建設規劃，結合管轄區域每天負荷數據，對電網負荷曲線進行優化處理[2]。第四，源網荷儲一體化平衡，在通過源荷儲進行負荷的平衡處理后，還需要根據新型電力系統的建設規模，對運行負荷與最大負荷的比例關系進行準確計算，以此達到預期的源網荷儲一體化平衡標準。

3 面向新型電力系統源網荷儲一體化電力平衡的方法與實例分析

3.1 基本流程

對于新型電力系統源網荷儲一體化電力平衡的基本流程，可以從以下幾個方面展開相關研究：使用部分電能代替傳統負荷，以此形成疊加總負荷的效果，這是最為基礎的影響因素。在電網裕度消納中，電廠需要保持正常的發電出力。需要注意，35kV 及以下的變電站不具有強大的調峰功能，新能源電站的發電處理也存在不穩定性。這意味著在凈負荷曲線中，如果在扣除電源側儲能后，存在特殊情況，需要通過電網裕度處理，避免出現超載情況。使用的電力資源會受到分時電價的影響，形成相應的自然削峰后的曲線。在電網側調峰后曲線中，需要展開相應的電網側調峰處理，需要保證電力企業在電網側投資與儲能側投資達到效益平衡，并參考調峰限制條件。結合必要的激勵需求，保證削峰值節約電網投資可以和激勵費用達到平衡狀態，形成相應的平衡曲線。政府通過主導用電，為整個新型電力系統提供應急保障，參考容載比，滿足整個區域的電力供給需求。

3.2 具體方法

新型電力系統的源網荷儲一體化電力平衡，可以細分為總負荷疊加、擬合負荷曲線、多種應用場景電力平衡、分析電力需求等幾個部分。

3.2.1 總負荷疊加

總負荷疊加需要先對正常工作狀態下的管轄區域內常規負荷曲線進行合理預測，再分析應用新型電力系統后的負荷曲線，最后將兩個通過預測獲得的負荷曲線進行疊加處理，即可獲得管轄區域內的總負荷曲線?？傌摵莎B加曲線會在每天的11 ～13 時、19 ～21 時產生較大波動，與管轄區域內的用電高峰匹配。在其他時間段，常規負荷曲線+新型電力系統負荷曲線形成的疊加負荷，可以保持相對穩定的狀態。

3.2.2 擬合負荷曲線

擬合負荷曲線內容可以細分為以下幾個部分：第一，凈負荷曲線。需要對源側靈活資源進行充分分析，研究其對電網負荷產生的影響。比如光伏資源，除夏季、冬季季節因素，也需要分析晴天、陰天等天氣因素；水電能源需要分析豐水期、枯水期以及不同季節等因素，做好相應的電力平衡工作[3]。夏季擁有充足的光伏資源，冬季光伏資源持續時間相對較短。豐水期擁有大量可以轉化成電力資源的水資源，枯水期的水資源總量相對較少，應對新能源的發電能力曲線進行可靠收集，再將其與總負荷曲線進行疊加處理，即可獲得管轄區域內的凈負荷曲線。第二，削峰后負荷曲線。開展新型電力系統建設活動時，需要通過合適方法提高新能源轉化電力資源的效率，實現新型電力系統的穩定運行?？梢酝ㄟ^在電網側、用戶側配置足夠的儲能，以此達到建設目標。用戶側儲能是根據電價高峰值、低谷值的數值差距，在合適時間完成充電、放電循環操作，進而提升盈利空間。電網側儲能需要供電單位以電網負荷真實情況，進行削峰填谷處理，進而達到平衡負荷曲線的預期目標。在進行源網荷儲電力平衡操作時，需要將已經獲得的凈負荷曲線做進一步分析，即以調峰處理為前置條件，將用戶側耗能、電網側儲能數據做擬合化處理，通過疊加作業即可獲得電網削峰填谷后的負荷曲線，其外觀特征較為平滑。第三，需求響應負荷曲線。需求響應是用戶會根據電力市場電力資源的價格信號、激勵模式等做出及時響應，在短時間內完成電力消費模式的改變，對整個電力市場產生相應的影響?？梢愿鶕脩繇憫绞降牟町?，將需求細化為以激勵為準的需求響應和以電價為準的需求響應[4]。將更多新型電力系統應用到實踐作業中，合理應用用戶需求響應，對市場電力資源配置進行合理調節。將削峰處理后的負荷曲線和源網荷儲電力用戶激勵需求響應進行有機結合，即可獲得相應的平衡曲線。

3.2.3 多情景電力平衡

新能源轉化成電力資源的效率會受到天氣、季節等多種因素影響，這導致在開展電力平衡活動中，會出現部分無法有效預測的突發問題，可能會降低電力平衡數據的準確性。為避免出現這種情況，需要對多個應用場景進行合理分析，將電力平衡數據的極端情況，作為各個應用場景的電力平衡邊界內容，確保在后續的新型電力系統建設過程中，即使遇到極端情況，也可以達到電力平衡的預設標準。

3.2.4 電力需求

電力需求需要考慮以下幾種情況：第一，變電容量。需要在明確平衡曲線最大負荷值基礎上，將其作為計算負荷數據，保證擁有合適的容載比，確認在不同電壓等級條件下，電網系統需要的變電容量。第二，輸送通道。以平衡曲線最大負荷值作為計算負荷，根據220kV、10kV 線路輸送限額，明確對外輸出、對內輸入的通道數量。第三，中壓饋線。將網格負荷總量、分布式電源裝機數量作為分析標準，根據平衡曲線最大負荷值計算負荷，再研究網架接線方法以及選擇的線路輸送限額，進而確認滿足網格負荷需求的中壓饋線實際情況[5]。

3.3 實例分析

選擇某工業生產較為發達的城市作為新型電力系統源網荷儲一體化電力平衡的實例分析內容，并從多場景電力平衡、110kV 電力平衡、10kV 電力平衡幾個角度切入。

3.3.1 多場景電力平衡

對夏天、冬天兩個季節以及晴天、陰天兩種天氣情況進行兩兩組合，分享多場景電力平衡情況。夏季晴天，光伏發電主要在白天，而每天電力系統出現的最大負荷時間約在21 時，電儲能發電等形式會對最大負荷進行削減。2035 年夏季晴天最大負荷約為525MW，削減后約為498MW；夏季陰天，需要考慮電儲能放電等形式對負荷的削減作用，2035 年夏季陰天最大負荷約為525MW。如果將空調系統負荷下調至5%，最大負荷會降低至500MW，削減后約為473MW；冬季晴天，需要考慮供暖調控等形式對尖峰負荷的削減作用，2035 年冬季晴天最大負荷約為351MW，削減后約為259MW；冬季陰天，空調系統負荷會有所上升，以5%計算，電儲能放電等形式會對尖峰負荷進行削減，2035 年冬季陰天最大負荷約為369MW，削減后約為328MW。通過分析以上數據，可以發現即使對負荷進行削減，夏季負荷仍擁有最大數值，夏季晴天最大負荷會在21時出現，可以通過集裝箱儲能的靈活資源，對尖峰負荷進行削減，削減后的最大負荷可以控制在498MW 左右。

3.3.2 110kV 電力平衡

可以在負荷預測數據基礎上，對110kV 電網直供負荷進行分析，并合理分析35kV 電壓等級等因素的影響，對當地110kV 公用電網供電負荷進行預測[6]。如果不將靈活資源削峰填谷操作納入分析內容，在2035 年，當地110kV電網供電負荷將達到320.92MW。如果通過靈活資源，進行削峰填谷處理，在2035 年，當地110kV 電網供電負荷會下降至293.71MW。因此，本研究區域需要增加110kV變電容量約164200MVA。在110kV 電力平衡中，最大負荷可達526MW，110kV 及以上的用戶負荷為70MW，35kV 及以下常規電源負荷為0MW，儲能發電出力為27.2MW，靈活資源總負荷為27.2MW。

3.3.3 10kV 電力平衡

因為本研究區域采用雙環網接線網架模式，采用YJV22-300 的主干電纜。盡管單回10kV 線路可以輸出6.92MW，為滿足線路校驗基本需求，需要以主干電纜供電的3.46MW最大負荷為準，對單回10kV 線路進行平衡處理。除此之外，也需要將變電站供電水平納入平衡處理工作。在110kV 變電站投入應用的10 ～15 年，會將容量控制在2×50MVA水平，并采用24 個10kV 間隔。假設變電站擁有約65%的長期運行負載，重載設定為80%，即10kV 線路平均負荷需要維持在2.5 ～3.2MW。這就需要在完成新型電力系統建設后，將10kV 線路平均負荷調整到這個范圍，才能充分發揮變電站供電性能，實現管轄區域內的穩定供電，提升供電經濟水平[7]。因此，單回10kV 線路最大負荷需要以3.46MW 作為參考標準，并將10kV 線路平均負荷控制在2.5 ～3.2MW。如果是單回20kV 線路，可以以10kV 線路負荷的2倍設定線路負荷。在不研究彈性資源的前提下，本研究區域在2035 年的10kV 電網供電負荷約為392.55MW，需要用到132 ～159 回的10kV 線路。

4 結語

新型電力系統源網荷儲一體化電力平衡涉及多個專業領域，在實際應用中需要以現階段電力系統運行情況為準，設計一套內容詳細的電力平衡系統，確保各種策略可以有效落實，進而提升資源的利用效率，為后續高效應用新型電力系統打下扎實基礎。