多能互补智能耦合优化调度控制系统在光热+光伏试点项目的应用

多能互补智能耦合优化调度控制系统在光热 +光

伏试点项目的应用

秦宇

中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 上海 200063

[摘要]：多能互补智能耦合优化调度控制系统（IEMS），能够充分利用光热的储能特性以及光热光伏耦合发电的互补性，提高光热光伏多能互补电站整体发电利用效率，本文基于光热+光伏试点项目，重点介绍IEMS系统的软硬件设计基本原则方案。

[关键词]：多能互补；光热+光伏；发电调度

1前言

随着太阳能、风能等分布式清洁能源的爆发式增长，储能项目的广泛应用，“30•60”双碳目标的提出，“风光水火储”多能互补成为未来发电主流模式。但与此同时也面临着新能源不稳定性、运营成本优化、交易规则改变等带来的挑战。这就需要我们将分散、不稳定的新能源稳定介入电网同时可以利用灵活能源快速响应电网需求。某光热+光伏试点项目通过设置多能互补智能耦合优化调度控制系统（IEMS），采用物联网、云计算、大数据分析等现代数字信息处理和通信技术，以“风光水火储”（根据项目实际进行系统配置）多能互补电站整体为对象，实现清洁能源中枢运行机理、多能耦合建模、多能运行监控、多能安全评估、多能优化调度等功能，充分利用清洁能源中枢可综合提供多种能源优势以及多种能源形式互补特性，提高多能互补电站整体发电利用效率、提升电站整体清洁能源供应比例、提高电站整体送出电力对电网的友好性，最终实现经济效益、社会效益和环保效益的多赢目标。

2 IEMS软硬件及网络配置

2.1 IEMS网络结构及主要功能

IEMS系统软件配置在全厂信息监控系统（SIS）中，具体的系统结构如图2.1-1所示。IEMS系统以SIS中原有生产实时数据为基础，结合电网运行调度指令信号以及电站区域气象和日照等数据，通过大数据分析和模型计算，给定光热光伏多能互补智能耦合优化调度后的功率指令信号，该信号反馈给运行管理人员，由运行管理人员进行及时的运行调整。

IEMS与光热控制系统和光伏控制系统网络互联，运行参数通过DCS通讯层直接读取IO卡件采集的实时运行数据。通讯方式采用冗余网络框架，实时运行数据的控制器和电源均采用冗余设计。控制器配有通讯卡件，以RS485方式与远方服务器进行数据通讯。

光热光伏多能互补耦合运行将充分利用太阳能资源，以光伏发电作为基荷电力，充分发挥光热发电并网友好、快速调节、储热连续、发电稳定的优点，通过调节光热汽轮发电机组的出力，增强新能源发电对电网负荷变化的适应性，提升清洁能源的消纳能力；同时，通过配置储热系统可有效地降低光伏弃光率，提升能源利用率，促进可再生能源消纳。

图2.1-1 光热光伏IEMS系统框架图

2.2 IEMS硬件要求

IEMS的硬件主要分为：冗余实时控制器、通讯卡件、服务器、工程师站、控制器电源及机柜等。实时控制器通过冗余MODBUS-TCP同能源站DCS进行通讯，同时从DCS中采集系统运行实时数据。

数据通讯均采用单向通讯协议，从而保障网络的安全性。DCS通过MODBUS-TCP协议直接读取IEMS中各测点的数据，特别是一些重要参数（如机组出力、蒸汽压力温度、上网电量等）。IEMS可通MODBUS-TCP协议向DCS直接发送运行模式控制指令。

IEMS的硬件及网络结构采用冗余设置，主要决策程序在控制器上运行，防止因死机造成的信号误操作。IEMS向DCS发送运行模式指导信号，并在DCS中做相应的范围设定，若指令不在范围内，DCS自动屏蔽该信号。同时执行机构的控制仍由DCS负责。控制器信号传至服务器采用单向传输，提高网络的完全性。

控制器通过MODBUS-TCP或MODBUS-RTU方式实时采集DCS系统中的IO数据。

IEMS配置有一台工程师站及一面服务器柜，分别布置工程师室和电子设备间内。

2.3 IEMS软件实现方法简介

如何科学描述光热光伏的出力特性，进而建立合理的软件模型，对二者容量合理配比，并通过智能化控制手段实现多能互补、协调共济运行，是整个光热光伏电站稳定可靠运行，并友好接入电网的关键。具体的软件建模方法如下：

（1）基于数据驱动的区域光热、光伏典型出力曲线绘制与场景削减。利用光热、光伏的历史出力数据，基于数据驱动的方法分析其典型出力曲线，同时利用场景削减技术确定便于规划和运行分析计算使用的典型场景数量与对应发生概率。

（2）考虑新能源出力“同时率”的置信容量评估。利用历史数据，基于概率期望评估光热光伏电站的置信容量，相对于规划层面的“设计容量”，“置信容量”更能体现运行层面光热光伏电站向电网实际可提供容量的真实水平，将来可以为出线选型提供依据，避免过度投资导致的资源浪费。

（3）光热、光伏最优配比原则。光热、光伏的发电比例决定了整个电站出力相对电网调度期望的匹配程度。

（4）多能互补协调共济运行策略。基于上述对光热、光伏容量配比的研究，进一步根据光热、光伏的出力相关性，通过合理制定运行调度方案，实现光热光伏多能互补协调共济运行，为电网提供稳定、可靠的电源。

为了研究光热、光伏耦合发电调度优化问题，首先需要精准刻画光伏出力的随机性与波动性特征和光热调峰的性能，并且解决大规模时序数据对优化程序所造成时间复杂度较高的问题，因此需要对光热、光伏出力场景进行削减以达到精简数据、减少计算量的目的。光热、光伏出力随着时间的变化呈现一定的季节或日周期性。因此，可以对光热、光伏出力进行场景分析，将出力的不确定性转化为确定性场景，为后续电站规划、运行、调度等优化问题提供数据支撑。

3 结论及展望

通过储能模式的对比可得，纯光伏电站没有调峰能力，弃电率最大；将光伏和光热作为一体化耦合运行后，可以在一定程度内降低光伏的弃电率，提供发电效率。且光热储能方案在经济性尚可下，尽可能增加光热容量和储能容量，利用光热长时间的储能特点，可对降低光伏弃光率有显著好处。在后续建立起电力辅助市场后，具有灵活调峰、旋转惯量的光热机组更有显著优势。

通过设置多能互补智能耦合优化调度控制系统，能对电站起到科学指导运行、预测负荷。能够充分利用光热的储能特性以及光热光伏耦合发电的互补性，提高光热光伏多能互补电站整体发电利用效率，可有效降低光伏弃光率，提升能源利用率，促进可再生能源消纳，为实现“30•60”双碳目标做出贡献。

参考文献：

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