含抽水蓄能電站的可再生能源電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略

1、摘要：由于可再生能源電網(wǎng)發(fā)電功率的不確定性十分突出，以功率平衡為首要 任務的電網(wǎng)調(diào)度控制必須采取有針對性的應對措施，在電網(wǎng)儲納運行機制的基礎(chǔ) 上，建立含抽水蓄能電站的日前調(diào)度及實時調(diào)度的數(shù)學模型，將電網(wǎng)備用分為波 動性備用，即調(diào)峰備用，和不確定性備用，平衡波動性功率的備用容量主要由常 規(guī)電源承擔，平衡預測誤差的不確定性備用主要由抽水蓄能電站承擔2 類電源分 工互濟實現(xiàn)電網(wǎng)功率平衡提出一個風電上網(wǎng)功率穩(wěn)定性評價指標，用于衡量不同 調(diào)度策略補償失衡功率的優(yōu)劣。算例分析驗證了所提調(diào)度策略是可行的。關(guān)鍵詞：可再生能源電網(wǎng)；不確定性可再生能源；抽水蓄能電站；失衡功率 優(yōu)化調(diào)度；風電引言：隨著可再生能源裝

2、機容量的不斷增大，尤其是風電、光電、光伏發(fā)電 光熱發(fā)電、等不確定性可再生電源 UREP 的發(fā)展，給電網(wǎng)帶來的不確定性極大地 增加了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的難度。以 UREP 為主力電源的電網(wǎng)稱為可再生能源電 網(wǎng)，可再生能源電網(wǎng)中 UREP 產(chǎn)生的失衡功率更大，用常規(guī)火電機組去消納，響 應速度受限，同時需要眾多常規(guī)火電機組壓火運行以提供備用，備用容量不足時 還會影響負荷，儲能裝置可有效地平抑風，光等能源產(chǎn)生的功率波動，將“劣質(zhì)” 能源轉(zhuǎn)換為受端可接受的優(yōu)質(zhì)清潔能源。實現(xiàn)能量在時間上“騰挪”有效地提高以 UREP 的可調(diào)度性。目前，抽水蓄能是電力系統(tǒng)中容量大、技術(shù)成熟、成本低廉 的儲能設(shè)施?？稍偕茉措?/p>

3、網(wǎng)中，抽水蓄能電站的功能與定位將發(fā)生變化，以火 電為主力電源的電網(wǎng)中，抽水蓄能電站的主要功能是平衡波動性功率，由于負荷 預測較為準確，抽水蓄能電站平衡波動的時間段及功率值是確定的?？稍偕茉?電網(wǎng)中以 UREP 產(chǎn)生的失衡功率值波動大，發(fā)生的時間也具有隨機性，常規(guī)火電 機組的響應特性決定其難以應對此類不確定性。應對以UREP失衡功率，需充分 利用抽水蓄能電站響應速度快，可儲可發(fā)的特點，同時也要求抽水蓄能電站容量 更大，狀態(tài)切換更加頻繁，利用小時數(shù)更長。一、儲納運行機制1、功率平衡方法含有 UREP 成分的電網(wǎng)發(fā)電功率具有不確定性，調(diào)度運行須用含有不確定成 分的發(fā)電功率去平衡隨機性的負荷，除非采

4、取措施，否則將出現(xiàn)不平衡功率，即 失衡功率，UREP比重越大，問題越嚴重。將UREP與負荷合并為等效負荷，等效 負荷的概念將可再生能源電網(wǎng)功率平衡問題轉(zhuǎn)化為，用確定可控的電源平衡不確 定的負荷，維系功率平衡是電網(wǎng)調(diào)度運行的第一要素。消除失衡功率厶P (t)的 方法主要有丟棄法、消納法、儲納法三種。a 、丟棄法。失衡功率厶P (t)V0將多余的UREP棄掉；失衡功率厶P (t)0將多余的 負荷棄掉。棄電源、棄負荷是電網(wǎng)最不愿意采取的手段。B 、消納法。消納法是調(diào)節(jié)常規(guī)電源、主動性負荷去消化接納UREP功率的方法。 P (t) V0減小常規(guī)電源功率、增加主動性負荷功率；失衡功率厶P (t)0增加常

5、規(guī)電 源功率、減小主動性負荷功率。采用消納法要求電網(wǎng)擁有足夠的常規(guī)電源。主動 性負荷容量和響應速度。如果常規(guī)電源以火電為主，大容量裝機與節(jié)能減排矛盾。主動性負荷依賴負 荷形式，如電動汽車充電裝置，依賴有效的需求側(cè)管理。擁有大容量的主動性負荷是困難的。如果常規(guī)電源以水電為主，碳排放不大、響應速度快，消納是很好的方法。 比如丹麥電網(wǎng)，依靠芬蘭、挪威、德國等鄰國豐富的水電抑制本國風電的功率不 確定性。消納動用電源資源，電源力量不足時還要動用負荷資源，牽扯因素多而 雜，UREP的比重越大，方案越復雜。C 、儲納法。儲納法是利用儲能設(shè)施接納UREP功率的方法。失衡功率 P (t)VO是儲能 狀態(tài)，將多余

6、電能存儲；失衡功率厶P (t)0是發(fā)電狀態(tài)，將存儲的能量轉(zhuǎn)換 為電源功率，彌補發(fā)電功率的不足。采用儲納法要求儲能設(shè)施具有足夠的功率容 量和能量容量。儲能設(shè)施沒有碳排放，完備的儲納過程不依賴常規(guī)電源，不依賴 主動性負荷，響應速度快，是可再生能源電網(wǎng)解決失衡功率問題的有效手段。廣義地，凡有助消除失衡功率厶P (t)、避免UREP功率損失的方法都是消納 手段。為區(qū)別于儲納法，本文中消納法指基于常規(guī)電源和主動性負荷的方法。儲 能設(shè)施容量不足時，須采取儲納，消納相結(jié)合的方法。2、儲納運行機制 電網(wǎng)制定發(fā)電計劃是關(guān)于功率的三步平衡過程：第一步是日前發(fā)電計劃，電 源功率平衡負荷功率日前預測值；第二步是實時發(fā)

7、電計劃，調(diào)整電源功率，平衡 負荷實時預測值與日前預測值的差值；第三步是自動發(fā)電控制，自動發(fā)電控制裝 置自動平衡負荷實際值與實時預測值的差值。儲納運行機制由日前調(diào)度、實時調(diào)度及自動發(fā)電裝置 3 個環(huán)節(jié)銜接而成，分 別平衡等效負荷功率的日前預測值、實時預測值與日前預測值的差值、實際值與 實時預測值的差值。當前調(diào)度周期內(nèi)抽水蓄能電站累計的失衡能量在下一個調(diào)度周期內(nèi)平衡。 二、日前發(fā)電計劃可再生能源電網(wǎng)的日前調(diào)度是基于UREP及負荷的功率預測值安排常規(guī)電源 的機組運行狀態(tài)。與高精度的負荷預測相比，日前 UREP 發(fā)電功率預測精度較低 場景模糊，但也足以顯示電網(wǎng)運行的態(tài)勢。日前調(diào)度需安排好備用，根據(jù)備用

8、容量調(diào)節(jié)功率的可預測性分為波動性備用 和不確定性備用。波動性備用旨在實現(xiàn)削峰填谷，盡可能調(diào)用常規(guī)電源，不確定 性備用旨在應對預測誤差，優(yōu)先調(diào)用抽水蓄能電站。1 、目標函數(shù)日前計劃以調(diào)度周期內(nèi)火電機組運行成本最低為目標函數(shù)，該函數(shù)中假定了 風電運行成本為 0.即風電優(yōu)先上網(wǎng)：其中，Nw為風電場的個數(shù)；Pwg為第j個風電場第t時段計劃上網(wǎng)功率；Plt為第t時段 系統(tǒng)負荷； P (t)為第t時段等效負荷.日前調(diào)度須預留足夠的備用容量，用于平息波動性功率和不確定性功率.系統(tǒng)正的旋轉(zhuǎn)備 用由火電機組和抽水蓄能電站可用發(fā)電功率提供；系統(tǒng)負的旋轉(zhuǎn)備用由火電機組可降低發(fā)電 功率、抽水蓄能電站可用抽水功率和風電

9、場棄風功率共同提供。抽水蓄能電站不參與實際發(fā) 電功率僅，發(fā)揮備用的作用。能量庫容不受限時，抽水蓄能電站的備用功率為發(fā)電、抽水的 最大功率，同時，其運行功率受前一調(diào)度時段結(jié)束時的能量庫容限制。結(jié)束語本文基于電網(wǎng)功率平衡方法及儲納運行機制，從日前調(diào)度、實時調(diào)度2 個環(huán)節(jié)遞進銜接 的角度，建立了抽水蓄能電站日前發(fā)電計劃、實時調(diào)度的數(shù)學模型；同時提出了一個風電上 網(wǎng)功率穩(wěn)定性評價指標，用于衡量不同調(diào)度策略補償失衡功率的優(yōu)劣。比較了不同調(diào)度策略 下典型日抽水蓄能電站運行結(jié)果，采用儲納調(diào)度策略可有效發(fā)揮容量有限的抽水蓄能電站平 息不確定性功率的功用，減少實時調(diào)度過程中對常規(guī)電源發(fā)電功率的調(diào)整。使UREP上網(wǎng)功 率更加平穩(wěn)，且儲納法尤其適用于抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模受限的區(qū)域。從抽水蓄能電站容量 的敏感度分析可以看出，抽水蓄能電站容量充足時，在三步功率平衡過程中均可使用抽水蓄 能進行優(yōu)化