新能源电力系统电力电量平衡问题研究

郑希如

【摘 要】随着我国电力技术的发展，新能源在电力系统中的应用更加广泛，但是新能源的光伏和风力等的发电过程存在不确定性和波动性，个电力电力的平衡带来影响。本主要对新能源电力系统电力电量平衡问题进行阐述，以供参考。

【关键词】新能源;电力系统;电力电量平衡

引言

电力电量的平衡就是指在规定的时间和周期的范围内，对电力系统当中每个发电厂的出力和发电量实施跨区和跨季节的统筹性安排，实现对电力资源的优化利用，使其在每个时间段的供电程度达到一种平衡的状态，这在长期的电力规划与调度工作上起到了决策性依据的作用。高比例新能源电力系统中风电和光伏发电出力的波动性、不确定性给电力电量平衡带来较大影响。随着我国能源清洁转型和新能源装机占比的不断提升，高比例新能源运行场景下电力的可靠供应将面临巨大挑战。

1新能源电力系统电力电量平衡现状

我国是全球新能源装机规模最大的国家。截至2018年底，我国风电并网容量达1.7亿kW，光伏并网容量达1.8亿kW，均居世界第一位，新能源装机占比达到19.8%，已成为我国第二大电源。“三北”部分地区的新能源装机、新能源电力和电量占比较高，已经基本形成高比例新能源电力系统（新能源装机占比超过30%，本文即认为是高比例电力系统，下同）。截至2018年底，甘肃、宁夏、新疆和青海等省区的新能源装机占比已经超过30%，其中甘肅新能源装机占比达到42.1%;甘肃、新疆、青海、吉林、冀北5省的新能源穿透率（新能源装机/最大负荷）超过40%，其中甘肃、新疆新能源穿透率达143.3%和86.6%;蒙东、甘肃、宁夏、吉林的新能源出力占负荷的最大比例已超过50%，蒙东、宁夏、甘肃的新能源日电量占用电量的最大比例已超过60%。依据我国能源转型需求和新能源发展趋势测算，预计到2025年，资源富集地区新能源装机占比将超过50%，新能源电量占比将超过30%。传统电力系统中，往往通过控制常规发电机组来平衡负荷的随机波动。高比例新能源电力系统中，新能源出力波动大且具有不确定性，与用电负荷曲线不相匹配，进而加重了常规电源的调节负担。在负荷低谷期间，新能源出力较大，导致电力系统调峰困难;在负荷高峰时段，新能源出力水平较低，导致电网必须采取有序用电措施。未来随着新能源装机占比的进一步提升，供电保障形势更严峻。

2新能源电力系统电力电量平衡技术

2机会约束下的电力电量平衡

伴随当前我国电力系统的快速发展，跨区电力电量的交换需求和输送能力都在不断的提升，水电、风电等清洁能源发电规模不断提高，同时用电测管理水平也在不断的提高，进一步为电力电量的平衡需求提出了更高的优化要求。为了有效协调和统筹电力网的供电能力，实现大范围能源的优化配置，以机组组合与经济调节的形式，将成本最小化作为目标函数，建立起了电力电量平衡分析的优化模型，为电力电量的有效平衡提供出了一种全新的解决方式。但是这种电力电量平衡优化模式在其构建的过程当中对发电的约束条件只单纯的考虑了技术出力的限制性，并没有对其进行细化，考虑到水库调度和检修计划等方面因素对发电站造成的影响，该模型的建立还需要不断的完善。电力系统当中包含了非常多不确定性的因素，比如负荷偏差以及水电站水量的随机性等方面，这些都会对电力电量的平衡造成比较大的影响。在最近几年的发展中，伴随风力发电中出现的间歇性状况和其渗透率不断的上升，不确定性因素的影响不断的上升，并且在当前电力电量的平衡分析中，基本都采用将这些不确定性因素转变成定性变量的分析方式。

2.2数据挖掘相关技术

数据挖掘是为了在大量数据中获取事先未知的信息或规则而进行的选择、探索和建模过程。对一特定领域采用该技术，使用者要对分析的数据有深层理解和认识，才能挖掘出有意义的结果。这一技术依托数据库，对其中数据进行处理，利用有关算法获取隐藏信息。数据挖掘主要步骤有数据的预处理，数据挖掘和后处理三部分：首先，对数据进行特征的筛选、规范;其次，基于不同任务选取合适的方法去挖掘其中信息;最后，获得结果后过滤无用数据，将结论用图表形式可视化展现。

通过构建和使用模型学习标号样本的规则来评估无标号样本，或者对给定样本所具有的值区间或者属性值进行评估。因此，预测的主要问题是分类和回归，分类多用于预测标称值或者离散值，回归多用于预测有序值或者连续值。负荷可以看作是一组按时间排序的随机序列，即时间序列，间隔可取分钟，日，周，月，年等。不同于典型的预测，时间序列强调一种自然的时间顺序，比一般的数据集多一个时间戳字段。

2.3基于风电可信度的年度电力电量平衡

风电可信度最早应用于风电场规划设计领域，用于评估大规模风电接入对电力系统调度运行的影响，其基本概念可表述为在等可靠性的前提下，风电机组可替代的常规电源容量，一般常规电源设定为煤电机组。

风电可信度的价值在于使具有间歇性的风电与煤电等传统电源在装机容量可用性上具有等效比较关系。更重要的是，风电可信度可不依赖于未来气象预测，可通过对风电场历史数据分析挖掘，评估其出力特征实现。目前，国内学者在风电可信度量化计算方面做了大量的工作。在不同的应用场景下，风电与常规电源的等效替代关系可以不同物理量衡量，因此风电可信度在不同问题下其表示形式不同。风电可信度概念为年度电力电量平衡测算中风电场发电能力分析提供了新的思路。

结语

为了保障高比例新能源系统的电力供应，在未来的电网规划中，要优化电源结构与布局，在提高新能源发电占比的同时统筹安排其他常规以及调峰电源建设，以满足用电需求;同时应大力发展可控负荷等需求侧响应方法以及储能等手段，通过源荷匹配以保障电力供需平衡。

参考文献：

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（作者单位：国网太原供电公司）