多能互补发电系统抽水蓄能模型及运行策略探讨

郝峰HAO Feng

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，忻州 034000）

（Shanxi Xilongchi Pumped Storage Power Station Co.，Ltd.，Xinzhou 034000，China）

0 引言

进入二十一世纪以来，我国社会对各种能源的需求量不断增加，科技的发展使自然界的各种资源受到了过度消耗，例如原本丰富的煤炭资源、矿石资源以及石油资源等已经面临供不应求的问题。我国通常采用蓄能方式存储各种资源，常用的存储方式有蓄电池、飞轮、压缩空气以及电解水制氢蓄能等，在实际应用过程中有效地缓解了能源浪费等问题。从我国目前现状来看，绝大部分研究忽视了抽水蓄能模型的重要性，在实际研究工作中过分注重系统模型的仿真，导致能源存储方式问题重重。多功能互补发电系统抽水蓄能模型在现代社会发展建设过程中发挥着至关重要的作用，建立抽水蓄能模型、明确该模型的运行方式是我国研究人员必须重视的重点工作。本文从多能互补发电系统的概念着手，对多能互补发电系统抽水蓄能模型及运行策略做了相关研究探讨。

1 多能互补发电系统

多能互补发电系统组成比较复杂，系统组成图如图1所示。从图1 中可以看出：多能互补发电系统的主要由监控系统和备用电源两大块组成，其中监控系统的控制对象主要有太阳能/风能发电机组、波浪能控制器、逆变器以及居民用电等，备用电源由柴油和柴油发电机组共同组成。太阳能发电系统以太阳能为发电依据，由电池板和控制器两部分组成，该发电系统的总容量为16kW；太阳能控制器的主要作用是完成发电器和接收器之间的通信，在必要时刻太阳能控制器还能保护太阳能发电系统，保障该系统的正常运行；风能发电系统的总装机容量是太阳能发电系统的4 倍，在实际运行过程中发挥着至关重要的作用。

2 多能互补发电系统的净负荷

多能互补发电系统的净负荷可以同时反映多种自然资源的变化规律，是促进多能互补发电系统抽水蓄能模型机组配置的主要依据。保障多能互补发电系统稳定的前提是保证系统中各种资源具有变动性和较大的负荷变化，研究人员应该结合该系统发展的实际状况，建立相应的净负荷数学模型。净负荷数学模型的建立需充分考虑风光抽水蓄能负荷发电系统的负荷、风力发电机数量、风力发电机组的输出功率以及光伏阵列的输出功率等。如果多能互补发电系统的净负荷大于0，则表明系统中各种能源的发电量总和小于系统负荷；如果多能互补发电系统的净负荷小于0，则表明系统负荷小于系统中各种能源的发电量总和。

3 多能互补发电系统抽水蓄能模型及运行策略探讨

3.1 多能互补发电系统抽水蓄能仿真模型的建立 多能互补发电系统中抽水机电组在不同工况下模型的建立方式不尽相同，笔者结合多年工作经验，对该模型在水轮机工况和水泵机工况下的发电过程做了以下分析。

3.1.1 水轮机工况下的发电过程 多能互补发电系统抽水蓄能模型的建立需充分考虑水轮机工况下的发电状况。如果风光抽蓄符合发电系统的净负荷大于0，各种能源的发电总量明显不足，面对这种情况，抽水蓄能机组存在电量供给不足的问题，保障抽水蓄能机组的正常运行是研究人员需解决的重点问题。将抽水蓄能电站水库的正常水位定位最大水位，将死水位定位最小水位，上下水库的水位分别有严格控制，水头、流量、水量、功率以及效率等必须符合发电的实际需求，约束条件的水库水位必须大于或等于最小水位、小于或等于最大水位。

通常情况下，研究人员会从发电过程的t0时刻以及t1时刻对数轮机工况下的发电过程进行探讨。以发电过程中t0时刻为例，如果Pjz大于Pco，表明风光抽蓄符合发电系统多余的电能很难得到满足，主要原因是可逆式水泵水轮机组的发电量偏低；如果Pjz等于Pco，表明风光抽蓄符合发电系统多余的电能刚还得到满足，此时可逆式水泵水轮机组的发电量与风光抽蓄符合发电系统多余的电能相等。如果Pjz小于Pco，表明风光抽蓄符合发电系统多余的电能得到充分满足，主要原因是可逆式水泵水轮机组的发电量非常高，完全满足风光抽蓄符合发电系统的需求。

3.1.2 水泵工况下的抽水过程 如果风光抽蓄发电系统的净负荷小于0，该系统中将会产生多余的电能，通常情况下，工作人员应该将剩余的电能转化成水能，不仅方便存储，还能减少存储中能源的流失。抽水蓄能机组必须在水泵工况下完成抽水操作，抽水机组水泵所使用的功率和发电系统的净负荷有直接关系。抽水过程中，工作人员还应该高度重视水库的特征水位、水库容量以及水利损失对水泵的影响。

3.2 多能互补发电系统抽水蓄能的运行策略 多能互补发电系统抽水蓄能的运行策略以该系统模型为依据。系统模型中使用的可逆式水泵水轮机的主要优势是可以依据既定的出力保持有效的运行状态，也可以根据系统预设的流量完成操作作业。假设净负荷曲线如图2 所示。

从图2 中可以看出，如果净负荷大于0，将会出现抽水蓄能机组不能正常运行、抽水机组以净负荷为依据，在水轮机工况下运行以及以额定功率为基础，抽水蓄能机组正常运行三种状态。

图2 负荷系统净负荷曲线图

3.3 实例探讨 本文以某地区风光抽蓄多能互补发电系统的净负荷为主，对该系统模型的简历以及运行策略进行实例探讨。实例探讨的主要目的是提高多能互补发电系统的稳定性，全面促进抽水蓄能模型在我国资源开发中的应用。某风光抽蓄多能互补发电系统的净负荷曲线和抽水蓄能机组输出功率曲线如图3 所示。

图3 某风光抽蓄多能互补发电系统的净负荷曲线和抽水蓄能机组输出功率曲线

从图3 中可以看出，当净负荷大于0，以315kW 为标准，如果Pjz小于该标准，抽水蓄能机组不能正常运行，蓄能机组的输出功率为0；如果Pjz大于或等于该标准，又小于315kW，抽水蓄能机组输出功率与净负荷功率基本一致；如果Pjz大于或等于该标准，抽水机组的输出功率为315kW。当净负荷小于0，以525kW 为标准，如果Pjz小于该标准，抽水蓄能机组不能正常运行，蓄能机组的输出功率为0；如果Pjz大于或等于该标准，抽水机组的输出功率为525kW。

4 结束语

综上所述，多功能互补发电系统抽水蓄能模型的建立是现阶段我国能源开发发展的主要方向之一，该系统在各种能源开发利用过程中发挥着不可替代的作用。多能互补发电系统中抽水机电组在不同工况下模型的建立方式不尽相同，研究人员应该明确抽水机组在水轮工况和水泵工况下的运行方式，结合实际运行状况建立有效的模型，以模型的实际状况，采取有效措施促进设备的正常运行，为多能互补发电系统的模型以及优化配置提供动力保障。

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