新能源电力系统控制与优化措施分析

牛美英 渠基磊 牛晓波

【摘  要】提高我国新能源电力系统的生产效率，对新能源电力系统进行控制和优化是必要和至关重要的。基于此，论文首先介绍了友好型、多源互补型以及双侧资源型等控制方法，其次结合供电、电网、负荷响应技术，云智能集成技术和大数据技术，对新能源电力系统的控制和优化方案进行简要分析，以期为类似项目提供有益参考。

【Abstract】It is necessary and vital to improve the production efficiency of China's new energy power system， and to control and optimize the new energy power system. Based on this， this paper firstly introduces the friendly， multi-source complementary and bilateral resource-based control methods. Secondly， combined with response technologies of power supply， power grid and load， cloud intelligent integration technology and big data technology， this paper briefly analyzes the control and optimization scheme for new energy power system， so as to provide useful reference for similar projects.

【关键词】新能源;电力系统;控制方式;优化措施

【Keywords】new energy; power system; control modes; optimization measures

【中图分类号】TM732                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）10-0167-03

1 引言

传统能源一般包括煤炭、石油、天然气等，这些均属于不可再生能源，长久以来，传统能源一直是发电的主要能源，且目前仍在大范围使用。随着科学技术的不断进步，传统的不可再生能源被逐渐取代，一些可再生资源逐渐受到更多人的青睐，被越来越多地应用于电力生产。但不可否认的是，可再生资源的弊端也很明显，包括无法储存，且在实际电力生产过程中不稳定性较高，这些因素使得电力系统的可控性大大降低。基于此，新能源应运而生，新能源的出现有效解决了不可再生能源和可再生能源两者在电力系统中的弊端，并且各取所长，有利于电力系统的长远可持续发展。

2 新能源电力系统的概况与特点

不可再生资源通常包括煤炭、石油、天然气，而且这些资源对人们的生产生活非常重要，我国的电力系统就是利用它们来发电的。但是，将这些资源用于发电一方面消耗了大量不可再生资源，另一方面对环境造成了严重污染，这不符合可持续发展战略。因此，为减少这些能源的消耗，保护环境，减少污染，人们开始研究和利用可再生资源发电。但实际上，可再生资源也存在一定的问题，既难以储存，且不稳定因素较多，使得电力系统双边供给的可控性相对较差。新能源的出现就是为了有效解决这一问题，同时保证电力稳定供应，更高效、更安全地利用可再生資源[1]。

新能源电力系统的主要特点包括：

第一，普及率高，资源可再生。目前，我国新能源主要应用于新疆、甘肃等地区。就地理位置而言，这是2个相邻的省份，这消除了长距离电网传输的弊端，一方面，节省了成本;另一方面，使可再生资源得到有效利用。

第二，多能源横向供给相辅相成。其特点主要表现在2个方面，即供给与需求[2]。供应是指利用太阳能、风能等绿色能源和先进的科学技术来发电。确保电力资源绿色、安全、稳定供应。而通过应用相关科技，这些能量可以优势互补，解决了一些稳定性差的问题。需求主要是指满足用户的特定需求。根据电力系统目前的技术，用户可以详细了解自己的用电情况，同时，可以准确了解电力系统的运行情况，以便用户调整用电方式和策略。

3 新能源电力系统的控制方法

目前，我国电力系统的控制方法不完善，不仅存在能源不稳定问题，资源浪费问题也日益严峻，因此，优化新能源电力系统势在必行。在新能源电力系统优化这项工作中，应该从2个方面入手考虑这个问题：

首先，从整体的角度来分析，要推动整个新能源电力系统的完善，促进其各部分、各环节协调发展。

其次，从自身的角度来分析，确保新能源电力系统的自主性，由于不稳定因素很多，各种各样的问题难以避免，且可能随时出现一些问题。因此，新能源电力系统的控制必须坚持局部与整体协调发展的原则。

具体可以从以下几个方面着手。

3.1 友好型控制方法

与传统的生产功率控制方式相比，新能源友好型的控制方式可以提供更稳定的功率输出，供电电压高于传统方式。

具体而言，新能源电力系统友好型控制的方法，主要就是对历史记录的数据、对天文气象的预测数据等应用先进的科学技术与丰富的经验进行解读，然后分析出可控制的手段或者方法。实际上，这就是对新能源发电功率进行预测。新能源的预测分析已成为控制方法中重要的组成部分。此外，电力系统的分析和预测主要是根据其功率和其他方法进行控制。当前，功率可分为天、小时和分钟3个级别。根据当前电力发展趋势，通过采取优化控制方法實现发电量预测已经是未来电力系统发展的大势所趋，未来电力系统的发展必定离不开科学的控制方法的支持。利用友好型控制方法，可以有效地缓解电网调峰的压力。从我国新能源发展的现状来看，优化其控制方法，对发电功率进行预测已经成为一个十分重要的方式。因此，为促进新能源发展，人们要从更加细致的角度出发，完善友好型控制方法。新能源一直在推陈出新，且在未来的实际应用中，与其他可再生资源甚至不可再生资源的协调使用将是重要趋势，各项资源之间的有效互补，可促进新能源电力系统更好地发展。新能源与传统能源相比更具优势，其可以通过友好型控制方式提供更稳定、更高效的电力输出[3]。此外，各种新能源之间的优劣势也不一样，例如，太阳能发电和潮汐发电的优劣势便有所区别，应当充分地利用自身的优势，形成优势互补，以促进新能源在我国电力系统中得到更好的应用。

3.2 多源互补型控制方法

新能源的形式多种多样，如太阳能、风能、地热能等，由于形式不同，利用它们发电时也有不同的优缺点。由于可再生能源具有一定的不稳定性，会对发电产生一定的影响，若要推动新能源电力系统优化，应采取多能互补的方式。

首先，将可再生能源定位为发电的主力;其次，辅以不可再生能源，充分发挥不可再生能源的稳定性优势，从中协调两者的作用，最终达到满足社会需求的发电目标。传统能源，如煤炭资源、水资源等，在发电时具有稳定性的主要优势。这些优势可以补充新能源不稳定的功率输出。多种能源相互补充、协调发展，使电力系统达到平衡状态[4]。

对于多源互补控制方式来说，为争取系统稳定性，通常不会完全避免不可再生能源的使用。尽管如此，与过去只使用不可再生能源相比，还是大大降低了能源消耗，不仅有效节约了国家资源，又降低了发电过程中环境污染的可能性。从我国的实际情况来看，可以储存的灵活资源极度短缺。我国煤炭资源储量较大，但由于人口基数大，能源利用效率低，因此，必须提升燃煤能源利用率。若多源互补控制方式能够得到普遍应用，传统能源的消耗必定会大大降低，煤炭储存的减少速度也能因此得到有效减缓，从而实现与可再生资源的互补。同时，其还可以提高新能源的使用效率，为我国对于新能源技术向更高深方向发展赢得了宝贵时间，具有重要的现实意义。

3.3 双侧资源型控制方法

目前，我国各企业、各行业之间的竞争十分激烈。与其他生产方式相比，电力资源能耗低、污染小，可有效降低生产成本，增强竞争力。因此，各行业的用电量也在快速增长。换言之，社会对电能的需求与过去相比已不能同日而语，电能需求与日俱增。面对电力需求不断增加的严峻形势，传统的单侧资源控制方法已经无法满足控制需求，因此，形成了一种新的控制方法，即双侧资源型控制方法。目前，双侧资源型控制方法具有独特的双随机波动性。它可以有效地为电力系统和社会配置资源。不仅满足供需要求，也能提高新能源电力系统的稳定性，同时，有效提升电力系统的综合利用程度[5]。

3.4 基于分布式能源的微电网控制

微电网实际上是一个小型的发电和配电系统，使用微电网的主要目的是双重的：一方面，可以有效促进分布式电源的应用;另一方面，由于分布式电源数量众多、形式多样，出现了并网难的问题，微电网可以有效解决这个问题。实际上，微电网中的分布式电源是非常巨大的，并且它的每一种类型都有一定的差异，所以人们无法清楚地区分其电压等级之间的差异。因此，控制微电网的难度较大。微电网的整体控制基于分布式电源、储能装置和负载的控制方法，促进其各个设备和环节的协调发展和自主运行。微电网控制的关键是推动并网和孤岛双模式运行，并且也可以实现这2种模式之间的平滑切换[6]。

4 新能源电力系统的优化方式

在利用新能源的过程中，尽管采取了多项措施来保持电力系统的稳定性，也取得了不错的效果，但由于在未来的生活中对电力的需求量可能会更大，所以，新能源电力系统的不断优化是必要的，唯有如此，才能满足社会需求。

4.1 电源、电网及负荷响应技术在新能源电力系统中的应用

电源、电网及负荷响应技术主要依靠新能源电力系统硬件优化策略来提高新能源电力系统的性能，主要包括新能源发电、输电和功率波动的能力：

①在电源响应方面。主要采取技术突破，有效提高新能源发电转换效率。

②在电网响应方面。通过对电网进行优化，可以实现电网在传输过程中不受电压容限和通电容量的影响。

③在负荷响应方面。利用负荷响应技术可提升新能源电力系统抵抗外界干扰的能力[7]。

4.2 云端智能综合控制技术在新能源电力系统中的应用

一些大型设备的数据来源复杂，控制关系层级较多，在使用过程中会造成一定的困难。如果能对这一点加以改进，对于新能源电力系统的优化大有助益。

近年来，云技术取得了飞速发展，并且电力系统相关人员也开始注意到云技术在新能源电力系统中应用的重要作用，两者的结合对于电力系统的应用和发展意义重大。云智能综合控制技术以云技术为基础，利用云端存储可实现免费使用和下载，有利于新能源电力系统的互联互通。与此同时，电力系统运行中的系统规划和协调，可以通过云智能集成控制技术实现，大大节省了系统资源，电力系统运行效率也得到大幅度提升。

4.3 大数据技术在新能源电力系统中的应用

大数据技术是一种在获取、存储、管理和分析方面均高于传统数据库能力的数据集合，具有数据流通快、数据类型多样、价值密度低、数据规模大等特点。在新能源电力系统中应用大数据技术，可以保证系统内物质流、能量流、信息流等海量信息的有效控制、分配和协调。该方法可以实现新能源电力系统运行过程中的信息传输更加稳定、流畅和灵活。

另外，大数据技术还具有多种实用功能，例如，存储信息、读取加密信息、清理垃圾邮件等功能。利用大数据系统，新能源电力系统的运行流程可实现有效优化[8]。

4.4 微电网控制在新能源电力系统中的应用

微电网作为一种环保、灵活、高效的分布式发电管理形式，是一种将多个分布式发电网集成在一起，为当地负荷供电的配电网。将电源、负载、储能装置组合成一个可控单元，不仅有利于扩大供电系统容量，还可有效提高供电的可靠性，同时，对于可再生能源的发展也大有助益。在微电网中，由于分布式电源数量众多，每种类型的分布式电源各不相同，电压高低差别也不明显，不易控制。微电网的总体控制策略是基于各种分布式电源、储能装置和负载的控制方法，形成各种发电和用电设备之间的协调组织和自动化操作策略。并网孤岛双模运行是微电网的重要特征，而保证微电网实现该功能的关键是2种模式的平滑切换，基于分布式能源的微電网控制，更有利于微电网2种运行模式之间的自由切换，有效优化新能源电力系统，进而更好地为人们提供电力能源。

事实上，对于大众来说，基于分布式能源的微电网控制已经并不陌生，例如，屋顶光伏、电动汽车等都可以被归类到基于分布式能源的微电网控制。以电动汽车为例，它们可以在新能源发电高峰期将其应用于储存电能，一方面，用来转换成机械能发挥汽车的属性;另一方面，可以在用电高峰期向电网释放储存的电能，满足电力系统负荷需求。随着我国电动汽车数量的大规模增长，深入研究最大限度发挥其削峰填谷能力的控制策略，对于新能源电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

5 结语

总而言之，对我国未来能源发展来说，有效控制和优化新能源电力系统是必然选择。根据本文分析，新能源控制方法主要有友好型控制方法、多源互补型控制方法、双侧资源型控制方法及基于分布式能源的微电网控制等，优化手段主要包括新能源电力系统硬件设施优化，对云技术、大数据技术的引入等。

因此，只有对以上方法进行有效分析与运用，才能对我国新能源电力系统产生积极正面的影响。

【参考文献】

【1】曾鸣，白学祥，李源非，等.基于大系统理论的新能源电力系统优化控制方法及关键技术初探[J].电网技术，2016，40（12）：3639-3648.

【2】刘吉臻，王玮，胡阳，等.新能源电力系统控制与优化[J].控制理论与应用，2016，33（12）：1555-1561.

【3】王永科.新能源电力系统优化控制方法及关键技术探究[J].中国设备工程，2021（6）：125-126.

【4】茹琦.新能源电力系统优化控制方法及关键技术[J].现代工业经济和信息化，2019，9（3）：51-52.

【5】李湃，范越，黄越辉，等.基于电源聚合-分解模型的新能源电力系统月度发电计划优化方法[J].电网技术，2020，44（9）：3281-3293.

【6】庄镇宇，时盟.计及核电调峰的新能源电力系统两阶段随机优化调度[J].科技创新与应用，2020（29）：76-77.

【7】李静轩，周明，朱凌志，等.可再生能源电力系统运行灵活性需求量化及优化调度方法[J].电网技术，2021，45（7）：2647-2656.

【8】胡伟，戚宇辰，张鸿轩，等.风光水多能源电力系统互补智能优化运行策略[J].发电技术，2020，41（1）：9-18.