新能源电力系统优化控制方法及关键技术探究

乐姝

摘要：从电力系统发展看，随着新能源发电技术（本文新能源指以风电、太阳能发电为代表的新兴可再生能源发电技术，以下简称新能源）的快速进步，间歇式新能源发电比重将进一步提高，这给电网的安全稳定运行带来一系列挑战。核电出力稳定、转动惯量大，适合承担电力基荷，同时为系统提供必要的转动惯量，发挥受端电网的电源支撑作用，从而也更加有利于风电、太阳能发电等间歇性电源的消纳。因此，亟需深入研究核电与新能源及其他各类电源的协调发展策略。

关键词：新能源;电力系统;优化控制方法;关键技术;探究

引言

资源枯竭、环境污染以及全球气候变化等所带来的现实环境难题促使建立在化石能源基础上的能源发展管理方式正亟待转型和调整。可再生清洁能源如何有效地开发利用已成为当今的研究重点，然而伴随风力发电和光伏发电等可再生清洁能源的开发量和并网利用规模的增长，其并网后更容易产生大范围的波动性，也会进一步增大全网负荷的峰谷差，以此引发电力调峰需求急剧增加。如何实现风电、光伏和水电等可再生能源发电与火电相结合，以期实现经济效益最大化的同时兼顾环保效益是目前亟需研究的问题。

1新能源电力系统的特点

新能源电力系统的中心意义就是实现真正的“纵向垂直互补，垂直网络负载能源存储协调”的帮助下相关的技术手段，减少一次性能源的使用，增加新能源在电力系统的比重，最后逐步使可再生能源占据电力资源结构的主要位置。新能源发电系统具有随机性和波动性、受温度的影响较大的特点，新能源集成产生的振荡对电力系统的安全运行有着重要的影响。因此，新能源比例越高，振荡问题就越严重，新能源的普及不仅会影响电力系统的安全稳定运行，而且会对新能源电力系统的运行率产生重大影响。选择将传统煤燃发电系统转化成新能源电力系统最主要的原因就是，新能源系统本身所具有的可再生性、可重复性及可利用性。风能、核能、太阳能和水能等新能源的开发利用是现阶段新能源发展的重要组成部分。

2新能源技术的发展

新能源的发展根据技术的成熟度和技术改造的程度可分为四个阶段：研发、示范、推广和产业化。核电、太阳能热发电、沼气等技术已进入产业化成熟阶段，而太阳能发电、风力发电、生物质能发电、地热发电和生物燃料等技术大多成熟，处于产业化初期或中期。地热泵和大中型沼气炉正处于融资阶段，因为需要规模经济来降低成本。乙醇纤维素、天然气水合物的勘探和生产、可控核聚变等仍处于研发阶段，但还需进一步完善。新能源技术的发展，为人们的生活带来了诸多的便利，它不仅仅是一种技术型的改革，同时也与人们日常的衣食住行有密切的关系，新能源的革命也会成为人们生活方式的一场革命。对于新能源发电技术的研发与升级，注重新能源生产销售过程中的问题进行深入的研究与思考，才是优化电力系统，为人们生活谋福利的正确选择。

3新能源电力系统优化控制方法

3.1 加强数字化技术

从生产发电来看，要实现间接性和波动性明显的风力发电、光伏消纳，电力系统必须增加一些可以灵活迅速调节的电源作为支撑点。然而，我国低碳化的灵活电源，如正电、抽水蓄能装机占比过高，因而在这方面需要进一步挖掘潜力，加速灵活电源建设和改建，以搭配新能源的发展。并且电力系统的负荷已不同于传统化相对稳定性的负荷。伴随空调等大量波动性负荷的发展，必须加强数字化技术和电力网技术的深层融合。

3.2高比例新能源电力系统平衡特征和方式显著

改变，其发电功率波动的强时空差异性使得电力系统维持时空平衡的难度不断加大。这使我国灵活性调节资源缺乏的问题日益凸显，同样也对传统只带基荷运行的核电提出更高要求。针对核电与新能源及各类灵活性调节资源的协调运行问题，本文考虑高比例新能源并网带来的随机性和不确定性，以及机组的随机故障及电力负荷的随机性，采用ABB公司研发的电力系统随机生产模拟软件Grid View，对2035年我国某大区电网进行了模拟分析。未来高比例新能源电力系统中，并非需要核电频繁参与电网调峰，而是以推进火电灵活性改造、加强储能等技术应用提高系统灵活性，核电仅在调峰资源严重不足时作为补充手段。当然，核电出于安全性及经济性的考量不频繁参与电网调峰，并不意味着其可以不承担调峰义务。这就需要充分发挥市场的资源优化配置作用，并以市场化方式发现系统调峰价值并在不同电源间进行成本分摊。

3.3电力系统以及电瓶车的相融

將新能源电力系统与电瓶车相融合，运用更多的清洁能源，随着电瓶车的普及，越来越多的电瓶车开上街道，那么，作为必要的基础设施，发展也必须得跟上。另外，如何高效化地把它们相融到电力系统中，也是一个探索。各个国家的合作能帮助我们在这方面完成“1+1=2”的功效。同时，让我们也要在各个行业，在有利益相关的方面，包括交通领域、电能领域密切合作。让我们相信新能源汽车以及电力系统，不论是在电力网方面还是在地方，通过一系列的技术性解决方案能紧密融合。再者，在市场监管这方面政策的适应，或者说是调节，也将能使这样的融合迅速发生。

3.4并网安全稳定性策略

建立新能源发电单元仿真模型、场站详细仿真模型及参数库，系统仿真还原大规模风电脱网事故，模拟风电并网对电能质量的波及关系，明确新能源发电并网稳定边界条件和技术要求以及高/低压穿越、电网适应性等并网试验，并网性大幅度提高。另外，加强新能源场站主动支撑控制系统，能够实现场站对系统电压、频率的快速响应，新能源场站对系统频率、电压的支撑能力显著增强。此外还要对保护装置进行各种优化，根据电网结构、风电场的容量及SVC调节的特点设计无功补偿装置，进行动态无功补偿，对于低电压或高电压应具备快速的穿越或切除能力，保证电网的稳定性。

3.5多能源电力系统互补短期优化调度

将风电、光伏、水电和火电组成互补系统，用水电这种灵活或调度电源来平抑风电和光伏出力的波动，解决了夜晚无光伏出力导致风电反调峰特性强的问题，减少弃风和弃光的可能性，平滑风光一体出力，实现削峰填谷。由于火电承担主要基荷，将风光水电与火电结合进行联合调度，能够在有效保障大规模电力有序运行和供应的同时能最大化消纳网内的清洁能源。以西南地区某市含风光水火的多能源为研究对象，提出了基于互补系统波动性最小的火电日前调度和基于互补系统跟踪负荷曲线最优的火电日前调度两种运行策略。

结束语

新能源高比例发展对电力系统的电压、电网振荡等造成了影响，给电力系统的可靠供电、高效消纳、安全运行带来了挑战。基于对新能源资源和设备特性的认知，通过数值模拟与功率预测、并网安全稳定性策略、智能优化调度等，基本实现了新能源的可预测、可控制与可调度。

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