基于源-荷不确定性的高比例可再生能源电力系统协同优化运行技术展望

基于源-荷不确定性的高比例可再生能源电力系统协同优化运行技术展望

付宁

山东送变电工程有限公司    250118

摘要：随着我国清洁能源的快速发展和交直流线路的大规模建设，我国电力系统中高比例可再生能源和交直流混联电网成为了未来发展的一个主要趋势。本文首先针对可再生能源电力系统协同优化运行国内外研究现状进行了整理归纳，然后对交直流混联系统态势感知技术和可再生能源电力系统重构与协同运行技术的发展趋势进行了展望。

关键词：源-荷不确定性；高比例；可再生能源；协同优化运行

引言：

据相关数据表明，预计到2030年，我国非水可再生能源发电量将会达到30%。这表明在我国提倡“低碳”发展的大背景下，高比例可再生能源的应用已经成为了电力行业未来发展的一个主要趋势。从现实情况来看，在传统电力系统中对于电源及负荷的随机性并未给与太多的关注，导致风电以及光电消纳率较低，这就使得解决含高比例可再生能源电力系统的协同优化问题成为了当务之急。

针对该问题，现有的解决手段主要有以下两种：一种是从发电侧着手，通过提升可再生能源的出力预测精度来完成风电以及光电的顺利并网。例如，刘小聪（2014）就对风电接入情况下的需求响应（DR）资源和机组协同运行情况进行了充分考虑，有效提升了系统的经济性和鲁棒性[1]。另一种则是利用需求响应策略来提升用户的参与度，进而实现用户侧和发电侧的有效互动。例如，刘聪（2015）等人在风光消纳问题依然严峻的情况下，提出了一种在系统中引入高载能负荷匹配发电侧出力的调节措施以有效解决风光消纳问题[2]。包宇庆（2016）等人则构建起了一种基于场景的随机规划和基于机会的随机规划相融合的需求响应模型，从而实现对不同发电侧资源的优化整合[3]。由此可以看出，学术界针对高比例可再生能源电力系统的协同优化运行问题给予了高度重视，并开展了深入研究。本文主要针对源-荷不确定性交直流混联系统态势感知、高比例可再生能源并网运行优化策略技术的发展进行了介绍。

1. 可再生能源电力系统协同优化运行研究现状

1.1源-荷双重不缺定性电力系统态势感知

态势感知指的是在特定时间和空间之中，通过对环境中各个要素的观察、理解以及预测。其主要囊括态势要素采集、态势理解和态势预测三方面的内容。从现阶段来看，基于相量测量单元的广域测量系统在国内外得到了广泛的应用，在此基础之上，对配电网络进行测量的相关技术以及设备也引起了广泛关注，并逐渐应用开来。具体来看，在态势感知技术研究方面，学者主要是从评估、提升等层面来对态势感知不足对电网调度产生的影响进行了研究。在配电网方面，对分布式能源、双向互动负荷的应用对传统配电网络的升级起到了重要作用，将其打造成为了一种有源配电网，进而使得配电网运行复杂程度大幅度提高，这为态势理解、态势预测以及态势利导带来了诸多困难。从整体上来看，在态势感知方面，国内外研究还处于起步阶段。

1.2可再生能源配电系统的协同运行

在传统模式下对配电网进行重构所采用的方法由于对电源以及负荷随机性考虑较少，导致场景组合有可能面临崩溃的问题，因此构建起分场景随机性模型，融合场景分析和随机潮流设计便成为了一种行之有效的方法。通过对文献资料的整理归纳可以看出，当前重点研究了配电孤岛短时恢复供电策略、多重目标重构策略等问题。在配电网协同运行研究方面，国内学者主要针对分布式电源接入、新能源汽车充电以及配电自动化等方面开展了研究，而国外学者则将研究重点放在了降低配电系统能量损耗等方面[4]。从整体上来看，当前的研究成果并未对多类型源-荷交互下的灵活重构和协同运行问题进行全面且深入的研究，也并未考虑接入高比例可再生能源之后带来的幅面影响问题。

1.3可再生能源并网后的电力系统运行优化策略

由于风电和光电的出力预测存在着误差，且误差值会随着预测周期以及出力水平的不同而发生改变，因此针对可再生能源并网时需要采用不同的备用容量。在可再生能源系统旋转备用优化研究方面，国内较为常用的方法有确定性方法、随机规范法以及多场景概率风险法等，而为了在最大程度上降低备用容量的需求，也可以采取提升发电风机可控性等措施。国外学者主要针对局域电网运行的可靠性以及风险因素进行了研究，而针对全网交直流混联电力系统则缺乏深入的研究。而国内学者则主要从风电预测误差、风电集群内部互补优化等角度入手对电网调度所带来的影响开展研究，并结合智能电网调度系统设计出了新能源调度技术支持系统。但国内学者在多尺度备用、交直流混联系统的跨区域备用共享等方面的研究较为匮乏。

通过对上述可再生能源电力系统协同优化运行研究现状的整理归纳可以看出，国外学者站在经济性和风险等角度针对可再生能源消纳进行了研究，但在高比例可再生能源并网的带背景下，其研究成果实践起来较为困难。国内学者则针对提升可再生能源消纳能力、提升电网安全性进行了研究，但也并未充分考虑到可再生能源以及负荷不确定性所带来的风险。

2. 可再生能源电力系统协同优化运行研究展望

2.1交直流混联系统态势感知

采用对高比例可再生能源不确定性和随机进行建模的方法，对可再生能源耦合特性进行分析，在此基础之上建立起可再生能源典型输电网和配电网应用场景。紧接着采用电网拓扑、WAMS量测数据等电力大数据技术，在计及量测不确定性的前提之下对电网的运行状态进行评估，并采用多属性决策理论确定电网运行轨迹的辨识方法[5]。在确定了辨识方法之后，以发电出力和负荷预测数据为基础，对电网运行轨迹预测方法以及电网发展态势评估方法进行研究，从时间、空间、标准等维度构建起事件驱动风险指标，并建立起高比例可再生能源电力系统多维度运行风险指标体系。以此来对高比例可再生能源的交直流混联系统运行风险评估方法开展系统性研究，交直流混联系统态势感知研究框架如下图1所示。

图1 交直流混联系统态势感知研究框架

2.2可再生能源电力系统重构与协同运行

首先针对分布式间歇性电源的出力不确定性和系统供电能力进行分析，然后采用高比例间歇性电源出力波动策略来提出储能配电系统重构与协同运行模型。具体来看，对主动孤岛、电力系统重构以及协同运行等问题的统一进行分析，构建起可以应用于多类型运行场景的网络重构模型，例如正常状态下的网络重构、自治运行与协同优化运行模型等。在此基础之上依据出力限值、储能技术约束条件等，采用多智能体进行求解。需要注意的是，在对电力系统重构进行优化的过程中，应注重对可再生能源出力波动、消纳等问题的控制。具体研究框架如下图2所示。

图2 可再生能源配电系统重构与协同运行研究框架

结语：

    综上所述，高比例可再生能源的交直流混联系统协同优化运行研究已经成为了当前我国电力系统发展的一个主要内容，针对该问题进行深入的研究，有助于推动我国电力系统向着智能化、自动化的方向发展。

参考文献：

[1]刘小聪，王蓓蓓，李扬，等. 基于实时电价的大规模风电消纳机组组合和经济调度模型[J]. 电网技术，2014，38（11）:2955-2963.

[2]刘聪，刘文颖，王维洲，等. 高载能负荷参与的电网消纳风/光电能力定量预评估方法[J].电网技术，2015，39（1）:223-229.

[3]包宇庆，王蓓蓓，李扬，等. 考虑大规模风电接入并计及多时间尺度需求响应资源协调优化的滚动调度模型[J].中国电机工程学报，2016,36（17）：4589-4600.

[4]王佳惠,牛玉广,陈玥等.计及火电深度调峰的高比例可再生能源电力系统日前优化调度研究[J].太阳能学报,2023,44(01):493-499.

[5]孙伟卿,刘唯,张婕.高比例可再生能源背景下配电网动态重构与移动储能协同优化[J].电力系统自动化,2021,45(19):80-90.