源网荷储互动调控对降低可再生能源发电弃电率的应用分析

邓嘉麒 姜兵 刘建亮

摘 要：近年来，社会进步迅速，随着新型发电、直流输电、电能存储等技术的发展，新能源发电、电动汽车等柔性负荷以及可充放电的储能装置不断并入电网中，使得传统配电网架构发生了巨大变化。由于新型源网荷储存在较大的不稳定性，给配电网调度带来了巨大挑战，尤其是难以控制调度的额外电损。借助泛在电力物联网的建设，可实现对源网荷储的实时信息采集与分析，为实时数据驱动的源网荷储协同调度提供了契机。配电网中的源网荷储协同具有天然的分布式特性，因此可以利用电力物联网的感知能力构建一个分布式状态实时感知系统，使得协同调度具有更高的调度精度。

关键词：源网荷储互动调控;降低可再生能源发电弃电率;应用分析

引言

可再生能源是未来能源发展的一个重要趋势，对实现能源的可持续发展具有重要意义。随着可再生能源发电装机容量的快速增加，弃水率、弃风、弃光率也维持在高位运行。

1相关工作

目前，已有学者对源荷互动调度进行研究。围绕大规模源网荷友好互动系统实切实验，介绍了一系列新电力技术如系统动态频率计算等，为系统调试实验提供了技术手段和有效的分析方法，从而可以优化配电网中对负荷侧的控制。着重考虑荷端出现的新需求，即兼容需求侧资源响应，提出了一个源网荷储优化调度模型。算例分析结果证明，该模型能够有效降低系统总成本，提高系统运行的安全稳定性。其采取的负荷控制策略是以电价调整为主，存在一定的用户主观影响;同时系统成本指的是经济方面，并未考虑能源损耗，且未考虑新能源消纳问题，因此可以对其进行进一步研究。后续研究可以考虑将两者统一，即在兼容需求侧资源响应上应用负荷实切技术来进一步降低电网运行成本。在泛在电力物联网的场景下，可以进一步考虑用户用电匹配发电或者发电匹配用电的情况。在源源互动的研究中，大多数是以能源互联网为背景对多种能源尤其是新能源进行管理，以使能源利用率最优。考虑在多能量互补的柔性直流配电网下，设计一种协调、协同的优化控制结构。该文主要考虑多种能源网协同运行，同时考虑到了新能源消纳以及各类分布式发电设备的接入，在传统集中下发控制的基础上，采用离散时间一致性算法对分布式设备进行协调，实现了多目标最优控制，从而使整个电网的经济开销最小。该文主要从多能源互补即源端进行考虑，同时综合储能设备的状态来满足负荷的需求，并未对负荷做出调整，因此可考虑将负荷调整加入协调控制以进一步优化电网运行。同时，针对电网区域自治需求越来越高的情况，许多研究者对台区下的配电网调度架构及机制进行了研究。一些学者对区域能源互联网能源管理系统进行了研究。提出了一个有效的能源管理系统，整理了多能源通过互联网实现能源互补的多种机制。各类能源和各类负荷做了特性分析，同时得出结论：信息控制系统是能源互联网的核心。针对区域能源管理提出了各自的系统结构，并未提出相应的控制策略和方案，但仍为研究泛在电力物联网下源网荷储协同调度提供了架构基础。具有特定负荷（海水淡化负荷）装置的沿海区域能源系统协同控制方法进行了综述，对有关源网荷系统有关研究做了总结与展望，并对源网荷系统交互做出了详细的解释，同时归纳了沿海多源多负荷系统协调控制与多时间尺度能量调度的方法，为接下来的源网荷储系统定义以及优化调度模型的建立提供了方向。上述研究对新出现的微网系统用电调度、区域自治方法及技术进行了研究和综述，对构建配电网的系统框架具有较大的参考价值。

2可再生能源发电的特征

可再生能源指的是水能、风能、太阳能、生物质能、地热能、潮汐能等，应用最为广泛的是水能、风能及太阳能，应用方式表现为：水力发电、风力发电、太阳能发电。本文主要对这3种可再生能源发电特征进行论述。水能最为突出的特点是：具有丰水期、平水期、枯水期，储水量变化有一定的周期性且相对稳定，水能的利用还要考虑防洪、防汛、生产和生活。为了最大程度的实现节能减排，按照电力系统经济运行的原则，在水能的丰水期需要全功率发电，枯水期多进行电力系统的调峰。这些因素决定了水力发电的具有以下基本特征：①发电功率可预测;②发电量可预测;③稳定性较好;④较强的惯性。风能是地表受太阳辐射造成受热不均而引起大气水平方向压力不均，并导致空气流动产生的动能。风能是太阳能的间接利用，受地理位置、气候、天气影响较大，具有较大的随机性和波动性，难于准确预测。风力发电受风能的制约，具有与风能类似的特征，另外，风力发电机的叶片较大，具有一定的惯性。因此，风力发电的具有下述基本特征：①发电功率难与准确预测;②发电量难于准确预测;③稳定性较差;④有一定的惯性。太阳能是指太阳光辐射的能量，一般情况下，太阳能发电是利用光电效应把太阳的光辐射能直接转换成电能或者把太阳的光辐射先转换为热能再转换成电能。应用最为广泛的是把太阳辐射能直接转换为电能的发电方式即光伏发电。光伏发电受季节、地理位置和大气物理状况的影响，具有较强的随机性和波动性，也不具备惯性。光伏发电的具有特征是：①发电功率难与准确预测;②发电量难于准确预测;③稳定性较差;④无惯性。

3资源全息感知与决策

电力系统的发电、输电、配电、用电、储能等各环节的状态信息和监控系统运行信息被实时感知，同时控制系统如AGC、AVC、动态ACE等控制状态的实时感知，此外还包括气象、山火、密集输电走廊等与电网直接或间接相关的环境信息感知。利用大数据及人工智能的方法采用仿真分析和事件驱动的模式，对电网运行的实际情况及故障反演其发展过程，形成故障前以经济优化为目标的控制方式，故障中以电网安全性为目标的控制方式，故障后以电网运行恢复为目标的控制方式，保证电网在真实运行场景下安全稳定经济运行。例如基于台风预测数据，结合地理GIS图展示台风名称、风圈大小及强度、预测路径以及可能影响的设备，并以动画形式展示台风的演变过程，通过台风路径、台风等级、台风半径等预报信息，同时结合杆塔地理位置及设计参数，自动智能识别N-1、N-2、N-3故障集的发生时间和发生概率，将台风识别出来的预想故障集纳入到电网静态安全分析中，评估未来时段台风对电网可能造成的影响，并给出影响程度的预警信息，根据判定结果按照常规数据挖掘轨迹模式（关联、聚类、分類、预测）方法形成基于网、省、地、县四级调度的发电计划、负荷预测、新能源发电预测和机组调节空间等数据。从而实现对大电网组态模拟精准化广域协同控制，提升大电网安全经济综合运行水平和抵御风险能力。

结语

本文论述了传统的“源随荷动”调度模式向“源网荷储多元协调调度控制”模式转变发展方向，基于此设计源网荷储多元协调控制系统。首先介绍了该系统的总体四层架构，其次阐述了实现源网荷储的各应用场景支撑的四个关键技术，最终落地在华东分部调控分中心进行试验实现了“源-网-荷-储”互动。

参考文献

[1]舒印彪，张智刚，郭剑波，等.新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J].中国电机工程学报，2017，37（1）：1-9.

[2]许洪强.调控云架构及应用展望[J].电网技术，2017，41（10）：3104-3111.