新型电力系统下源荷储协调调度措施

新型电力系统下源荷储协调调度措施摘要：构建以新能源为主体的新型电力系统，是实现“双碳”目标的重要举措。电网随着新能源的大规模接入和负荷的快速增长，受到源荷储的不稳定性和电网传输约束影响，从而会产生供电能力不足问题。必须利用储能和负荷调压能力对负荷进行协调调度，发挥储能中心和负荷聚合正常状态下的等效负荷，来提升供电的稳定性。本文对新型电力系统下源荷储协调调度进行研究，针对新型电力系统存在的问题展开分析，并提出了相应的源荷储协调调度措施，望对未来电网的优化和发展起到参考作用。关键词：新型电力系统；源荷储协调；调度措施引言随着新能源的快速发展以及新型用能设备不断引进，电力系统运行特性也在不停地变革。在“双碳”目标的背景下，我国开始致力于建设以新能源为主体的新型电力系统。源网荷储协调调度的电力平衡作为新型电力系统的主要目标，具体的平衡情况决定了电网的效益以及电网建设的规模。新型电力系统考虑的平衡资源越多，风险也越大，反之亦然，所以必须对电力平衡进行优化和协调工作。根据具体源网荷储的协调调度情况，建立自主配电网网架三层规划模型，对配电网负荷特性进行优化。通过源荷储协调调度系统发布实际调峰需求，实现对电网的峰谷差调度，降低电网运行风险。提出面向网格的多元化用电需求分析方法和“源荷储”分层分区平衡模型，以及配电系统网架优化设计内容，有效提高新型电力系统的安全稳定运行。1、新型电力系统中存在的问题1.1新型电力系统构建的安全稳定问题在“双碳”目标的提出以及电力市场化推进的背景下，电力系统的“双高”形态和“双新”特征逐渐显露，在传统和新形态电力稳定问题交织的状态下，故障的形态和产生因素也越来越复杂，电力系统的风险和隐患压在不断增加，能源转型迎来了更大的挑战。由于近年来储能电站频频发生爆炸起火事故，为加强电力行业储能系统安全敲响警钟。储能安全问题不只是电池的使用隐患带来的，也是整体系统安全的问题，不管是哪个环节出现问题或是存在隐患，都将导致无法估量的损失。1.2系统构建的成本控制问题新能源作为主体电源，电力系统储能建设、电网接入、煤电发电配置改造、负荷侧响应等各个环节的建设都会增加运营成本，但目前我国终端电价一直呈现下滑趋势，市场化配置的不完善，导致矛盾较为突出［1］。2、源荷储协调系统组成部分2.1光伏发电机组光伏发电机组的主要构成部分有光伏电池板、交直流转换装置和主要控制装置。由于光伏电池板的构造简单、运行维护操作容易，且不受地域限制，性价比较高，所以非常有发展前景。光伏发电机组不仅仅能够连接到电网进行并网运作，还可以单独运作。当光伏发电机组和传统的机组并网运作时一样，要先把光伏发电机组所产生的直流电经过转换装置变为交流电，然后再输送至电网中。2.2风力发电机组风力发电机组运行的最终目的是把风能转化成电能，当风在气流带动下转动风轮，而风轮的转动又带动了和发电机所连接的齿轮，将直流电流在发电机内生成后，通过电力电子转换装置转换为交流电流，当交流电流达到一定的电能负荷时，就会通过变压器输送到电网中。由于风力发电只需要建设成本，无需燃料成本，所以可以减少对环境造成的破坏，节约不可再生燃料的使用。风力发电机的种类有很多，根据类型的不同大致可以分为四种：一是风轮受力的方向；二是风轮转动的方向；三是风轮主转轴的数量；四是风轮与发电机的连接方式。由于风力发电机组的功率输出很容易受到内部因素、外部因素以及环境的影响，而且风速难以预测精准，同样会影响风力发电机的功率输出的稳定性［2］。2.3燃气轮机燃气轮机通常是将天然气和甲烷作为燃料，与普通柴油发电机相比较，燃气轮机在运行时更为耐用，使用的寿命更长，而且维护简单，运作时产生的噪声较小。燃气轮机的运行原理是通过甲烷或者天然气等可燃气体燃烧时所产生的化学能转变为热能和电能，当燃气轮机运行时，压缩机先对吸入的空气进行压缩处理，再将压缩后的空气推送至燃烧室内，在压缩空气推到燃烧室的同时将甲烷、天然气等可燃气体也推到燃烧室内，当二者在燃烧室相遇后会生成热量以及高温高压的气体，再利用气体对涡轮发电机的推动产生电能［3］。燃气轮机如果只是作发电使用时并没有太高的效率，如果能将其所产生的热能充分利用，可以大大提升燃气轮机的使用效率。燃气轮机与风力发电机组、不光伏发电机组不同，其实际的输出功率并不会因外界因素受到影响，所以燃气轮机输出功率能够按照负荷实际需求来对天然气和甲烷的量调节。2.4全钒液流电池全钒液流电池作为目前液流电池中技术最成熟、发展时间最长、商业化程度最高的一种储能技术，不管是从材料、核心电堆还是系统集成的方面，钒电池技术都有着巨大的发展空间和前景。钒电池的电解液为钒离子的稀硫酸水溶液，具有大规模、大容量、安全性高等优势，只要管控好好充放电电压，并保持电池系统存放始终处于安全通风的状态，就能确保钒电池不会发生着火爆炸的风险，充分满足中长时储能需求以及安全性。全钒液流电池储能系统的储能容量由电解液的体积决定，而输出功率则是由电堆的数量和大小决定。而这种特性，正好使得钒电池具有储能时间越久，钒电池单位造价就越低的价格优势。另外，钒电池在使用寿命上也非常具有优势，使用低成本的化学手段就能使其短时间内恢复容量并抑制衰减。在钒电池百分之百充放电循环的时候，其充放电的循环次数可以高达2万次以上，并且能量保持率在整个使用周期内可以达到百分之百，大大提升了储能电池的效率。3、新型电力系统下源荷储协调调度措施3.1柔性负荷柔性负荷划分在紧急状态下可以通过频率响应负荷和电压响应负荷进行控制，频率响应负荷调节速度最快，开关型负荷可以直接与电网断开，减小功率。温控型负荷通过改变温度，能够达到减小功率的目的，调节的速度较快。电价响应负荷为对电价较为敏感负荷，将生产由高峰时段转移至电价低谷时段，响应速度最慢，因此电价响应负荷适合正常状态下控制。其调用成本由高到低依次为开关型调节方式频率响应负荷、温控型调节方式频率响应负荷和电价响应负荷。3.2紧急状态下源荷储控制方法当电网处在主网末端时，为受端电网，存在故障低电压问题。传统电网控制方法中，通过切负荷稳定电压，由于切负荷没有选择性，对用户影响比较大。源荷储协调调度控制方法在电网发生事故时，通过储能可以提高电压支撑，频率响应负荷能够主动减小负荷，并提高电压频率恢复能力，如果电压恢复到预期目标，则满足恢复条件；如果电压没有恢复到预期目标，需要切负荷。3.3正常状态下源荷储控制方法负当荷高峰期间，该地区电网受到联络线限制，存在电力供应不足问题，正常状态下源荷储控制为减小系统负荷峰谷差，解决电力供应不足问题。电价响应负荷只能参与日前调度，频率响应负荷既可以参与日前调度又可以参与日内调度，由于开关型调节方式调用成本最高，因此基本上不参与正常状态下源荷储控制。由于柔性负荷分布较散，因此调度中心通过控制负荷聚合商和储能控制中心，然后负荷聚合商和储能控制中心对柔性负荷和储能进行控制，正常状态下源荷储控制方法。3.4加快储能设施建设规划储能与源网荷协调发展布局。根据不同地区的源荷储特性以及各地区新型电力系统的发展定位和实际储能需求，结合国家对电网储能开发建设的指导，对新型电力系统下的源荷储设施建设规模、配置、接入范围以及建设顺序进行合理规划，促进源荷储协调调度的有序开展。建立完善的储能运营体制，全面推进储能智能平台的构建，对储能智能化运营的发展潜力和技术优势进行深度并充分利用，实现设备、资源和服务的信息交互，充分对源荷储设备的价值进行开发利用，加快储能设施的建设速度和效率。推进源荷储各侧储能设施应用［5］。与相关部门配合制定新能源规模和配置方式，掌握切实的新能源项目的储能配置标准，鼓励新增新能源项目配置储能设施，将应用场景和商业模式应用于源荷储各侧构建储能，全面落实源荷储协调调度的技术实施，打造示范项目，大力推动新增新能源项目储能设施的规模化、规范化建设。3.5优化储能系统配置在新型电力系统下源荷储协调调度中，可再生能源的出力是无可取代的电力生产方式。传统的电网调频往往通过火电机组或水电机组来实现，风电和光伏发电机组本身不具备调节能力，其出力的间歇性还加大了电网的调频负担，所以必须优化源荷储协调系统配置，这样不仅能将可再生能源发电随机性对电网以及用户的风险降到最低，还可以提升系统的经济性。为了缓解调频压力，目前各省出台了储能配置政策，各省政策大同小异，在不考虑储能收益的前提下，对储能配置的装机规模、储能时长等做出了配置要求。例如，在安徽、山东等具有良好的电网结构和丰富的负荷资源，要求并网风电场配置储能容量不低于20%，储能时长不低于2小时的储能，与项目本体同步分期建设。采用配置储能方案，系统响应速度更快。在接收到调频指令后，储能装置快速响应，达到稳定的技术指标；等风电光伏出力逐步跟上后，逐渐减少储能出力。在源荷储协调调度过程中，对储能系统进行相应容量的扩充，可以有效解决可再生能源输出的不确定因素，最大限度地使储能系统稳定地运行在安全范围内。根据实际负荷需求，分配合理的储能容量，保证储能容量能够补充峰谷负荷差额。同时要控制储能容量不要过大，这样才能降低储能成本，全面提升储能系统的经济效益。再结合适当的调度方式，协调储能系统的能量运行能够一直处于安全稳定的工作状态，最大程度地降低源荷储协调调度的实际运营成本。3.6构建信息化数据平台对企业实施数字赋能，全面打造新能源互联网的新生态，对新型电力系统进行深化发展和改革。将全方位的能源数据信息进行汇总，整合能源全产业链信息，支持碳交易、碳资产管理、绿证交易和绿色金融等新业务。加速能源大数据平台的完善和建设，充分利用数据资源、信息系统、数据平台以及管理体系的信息安全和智能优势，制定合理的新能源大数据中心的构建方案，并投入建设和使用。促进能源互联网建设，加快信息采集、感知、处理和应用等环节的建设，实现各类能源互通互济，源荷储协调互动，为新能源发电、多元化储能以及新型大规模负荷的友好接入提供支持。四、结语源荷储协调控制技术可以提升紧急状态下电压支撑能力，解决受端电网故障低电压问题，提升断面限额，增加电网的供电能力。源荷储协调控制技术正常状态下可以提升系统调节能力，减少负荷峰谷差，同时促进新能源消纳，促进新型电力系统的完善。源荷储控制技术虽然可以增加电网断面限额的传输能力、提高系统的调节能力，但是随着经济水平不断提高，负荷不断增大，需要加强电网规划和调度的协调，增加电源建设，保证电力系统安全，显著提高源荷储协调系统的风电、光伏消纳。参考文献汤雯博.面向配电网的多微电网协同优化调度研究[D].南京：南京邮电大学，2020.王汝英，魏伟，闫松，等.面向“碳中和”能源互联网的风光