风-光-储多能互补新能源系统的运行分析

古志勇

摘要：在新能源发电大规模发展之前，对储能技术及其在电力系统中的应用已进行了大量研究。在新能源大规模发展和智能电网背景下，储能系统应用于电力系统受到了更为广泛深入的关注与研究。为充分考虑新能源大规模并网以及发电侧规模化接入储能对电力系统运行分析带来的深刻影响，本文将结合电力系统运行过程中不同模块功能不同的特点，建立含储能的风-光-储新能源电力系统优化运行模型。

关键词：风-光-储;新能源;系统运行

引言

自2007年到2021年以来，我们国家不可再生能源的能源消耗总量正在不断的提升，在各类不可再生能源中，煤炭的开采和利用占比虽然在国家的宏观调控下不断的减少，但是依旧占据了不可再生能源消耗的主体，因此，如何减少煤炭资源，使得不可再生能源利用比例结构得到优化和改造十分的重要。想要解决能源消纳和能源结构优化升级的问题，就要探求多种的能源供应方式，要从传统的单一能源供应方式逐渐升级成多种能源以及高比例可再生能源渗透的能源互联网形式。当前，对于能源结构升级和能源优化的解决措施有两种：一种是减少不可再生能源的使用比例，增加可再生能源以及清洁能源的使用占比，另一种方式就是提高可再生能源以及不可再生能源的利用率，利用梯级形式或循环利用形式进行资源整合和升级。含风光储的综合能源系统将清洁能源比如风能光能太阳能资源进行整合，通过合理的配置规划对能源进行互补，使得能源之间可以进行信息交流相互消纳。

但是新能源并网会给电网带来巨大的冲击，电网负荷峰谷差日益增大，严重影响了电力系统的经济性。而这些问题的解决都有赖于储能技术的应用。所以有必要对各类储能技术下的储能容量规划及其经济性分析进行研究。

风光储多能互补新能源系统即通过多能互补、多元融合的思路，来对所辖区域的所以资源进行分析、规划、协调调度的系统，旨在满足区域供电需求的同时提升资源利用率，以期实现整体经济最优，是未来电力系统区域结构的发展方向，也是创建低碳产业链健康引导新能源产业发展的有效途径。随着可再生能源发电在电源结构中的比重逐步提高与储能技术的发展，能源系统正从可再生能源低比例接入的低碳系统向高比例可再生能源主导的脱碳系统发展，“可再生能源发电+储能系统”是未来能源系统的基本形态。可再生能源出力的不确定性使能源生产和消费在时间上不完全重合，因此，依据可再生能源出力特性与规划场景，选择适合的储能本体，配置合理的储能容量，保障能量稳定供应，是可再生综合能源系统规划的关键。

为充分考虑新能源大规模并网以及发电侧规模化接入储能对电力系统运行分析带来的深刻影响，将结合电力系统运行过程中不同模块功能不同的特点，建立含储能的新能源电力系统运行模型，为含有储能的新能源电力系统运行提供参考。

1 含储能的新能源电力系统模型

储能在电网侧应用的优点如下：（1）储能既可为电网供电，也可为电网提供负荷消耗。（2）为输电线路提供无功支持，提高供电质量、提高供电可靠性。（3）缓解线路阻塞，当负荷高峰时，缓解电站上游输配电设备的送电压力;当新能源出力尖峰时，缓解其下游输配电的送电压力。（4）延缓输电设备扩容升级。

储能在新能源电力系统中的应用，如下图所示，新能源发电装置中，风电通过交流到直流的转化并入直流母线中;光伏通过直流逆变再整流的过程，进入直流母线中;而超级电容器等可调节可控负荷以直流逆变再整流的方式进入直流母线中。直流母线汇聚所有电能通过逆变器提供给交流负荷，一些直流供电负荷可以直接从直流母线中馈取电能。另一部分直流母线通过逆变作用进入变压器，然后进入交流母线，汇入大电网中。交流母线中的电能一部分通过升压变压器进入大电网中进行远距离传输，另一部分供几个交流负荷使用，通过整流的方式供给直流负荷。在电网运输的过程中，通过峰谷的调度，需要一些蓄电池储能进行参与。在低谷时段消纳多余的风电和光电，在峰时段需要蓄电池向交流母线充电，供给大电网进行正常的使用，防止频率过低造成电网崩溃。

图1 储能在新能源电网中的应用示意图

Fig.1 Application diagram of  energy storage in new energy grid

2 含储能的新能源电力系统运行框架

为充分考虑新能源大规模并网以及发电侧规模化接入储能对电力系统运行分析带来的深刻影响，将结合电力系统运行过程中不同模块功能不同的特点，建立含储能的新能源电力系统优化运行框架。

首先构建优化运行模型，对优化运行结果进行新能源功率波动和调峰能力校验是判断优化运行方法可行性的必要环节。根据系统负荷数据和所得优化运行结果结合相应指标进行新能源功率波动校验和调峰能力校验。通过校验之后，得到最优运行结果。

其次，根据优化模型计算成本。新能源系统电量成本模型主要包括风电电量成本、光伏电量成本、火电电量成本以及储能成本四个部分，各个电源的电量成本的计算主要涉及到初始设备投资成本、运行费用成本等内部因素，同时还涉及到环境保护等外部因素，含储能电站的成本的计算还需要考虑储能电站的应用规模及其效能等因素。

3  结论

本文提出建立适用于高比例新能源系统的運行分析模型，建立含储能的高比例新能源系统的优化运行框架，再建立风电、光伏、火电、储能的成本模型，为风-光-储新能源电力系统运行分析提供理论参考。

参考文献

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