李順福，張國榮，任靈，王志國，酈銘，閆小向

（1.國網(wǎng)甘肅省金昌供電公司，甘肅 金昌 737100，2.國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730030，3.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210031）

大力發(fā)展新能源已是全球公認的應(yīng)對能源緊缺、環(huán)境污染和氣候變暖等問題最具戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域之一。我國風(fēng)電并網(wǎng)機組容量截至2016年底累計已超過1.2億千瓦，約占全部發(fā)電機組容量的10%，到2020年，以風(fēng)電為主的新能源機組容量占比預(yù)計將達總機組容量的20%。與傳統(tǒng)能源相比，新能源具有建設(shè)時間短、維護成本低等優(yōu)點，同時也存在出力隨機性、間歇性強等缺點。尤其在間歇式新能源占比變大時，將系統(tǒng)的潮流分布特性變化為雙向的、不可預(yù)測的，這就給電網(wǎng)的可靠運行帶來了安全隱患。

1 技術(shù)現(xiàn)狀分析

電力系統(tǒng)運行遵循安全、可靠、經(jīng)濟的原則，隨著高比例的新能源接入電力系統(tǒng)，靈活性成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行新的指標(biāo)。所以說，優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行需要兼顧可靠性、經(jīng)濟性、靈活性，使其保持最佳運行狀態(tài)。

國內(nèi)對電網(wǎng)系統(tǒng)靈活性定義為在某個時間尺度內(nèi)（如30s、5mins、30mins、60mins等），系統(tǒng)響應(yīng)電網(wǎng)中功率變化（既包括新能源出力的變化，也包括負荷功率的變化）的能力。中國電科院曾平良博士所帶的一課題組提出利用靈活性評估的方法改善電力系統(tǒng)應(yīng)對新能源出力不確定性的方法，目前該項目尚處于在研階段。

2 靈活性評價指標(biāo)模型構(gòu)建

靈活性評價指標(biāo)模型的構(gòu)建，要能夠明確體現(xiàn)新能源消納能力隨機性的特點及系統(tǒng)靈活性狀態(tài)。由于間歇式能源出力與負荷功率變化具有波動幅度大的特性，我國關(guān)于風(fēng)電場輸出功率波動范圍的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 風(fēng)電場有功輸出波動峰值

針對間歇式新能源出力的隨機性，可作為電力系統(tǒng)靈活性資源的系統(tǒng)設(shè)備主要有以下六大類：水電/火電等傳統(tǒng)能源、電網(wǎng)互聯(lián)、負荷管理及負荷響應(yīng)、儲能、微網(wǎng)、可控的新能源。其中，部分蓄能設(shè)備的性能與經(jīng)濟特性如下表2所示。

表2 部分蓄能設(shè)備性能與經(jīng)濟特性

通過分析以上數(shù)據(jù)，本文從應(yīng)對電網(wǎng)功率變化能力的角度，以風(fēng)電輸出功率變化為例，說明電力系統(tǒng)靈活性評價指標(biāo)的模型求解過程。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文定義的目標(biāo)函數(shù)是在風(fēng)電場出力不確定性前提下，電網(wǎng)系統(tǒng)能承受風(fēng)電場出力的最大波動范圍，體現(xiàn)系統(tǒng)對電網(wǎng)功率供應(yīng)不足的應(yīng)對能力。本文以風(fēng)電為例，介紹靈活性評價指標(biāo)目標(biāo)函數(shù)。

從本質(zhì)上講，靈活性所具有的向上和向下兩個方向性建模求解屬性相同。這里以向上方向性指標(biāo)為目標(biāo)對象，其目標(biāo)函數(shù)描述為：

式中，ΔPwi為某區(qū)域風(fēng)電場i的出力變化，以風(fēng)電場功率向上的變化為負，ΔPwi≥0，Nw為某區(qū)域風(fēng)電場的數(shù)量。

值得注意的是，本文使用的目標(biāo)函數(shù)對研究區(qū)域內(nèi)的全部風(fēng)電場無全部包含要求，針對不同的研究對象，選擇對應(yīng)的風(fēng)電場即可，具有較強適應(yīng)性。

2.2 靈活性指標(biāo)約束條件

該指標(biāo)的約束條件分通用約束條件和靈活資源約束。通用約束條件在靈活性指標(biāo)算法中必須涵蓋，主要包括節(jié)點功率平衡、線路約束、電壓約束、預(yù)備約束及風(fēng)電場功率變化約束，各通用約束條件的描述見文獻，本文以下主要描述靈活性資源約束的相關(guān)因素。

（1）時間尺度的選擇

在靈活性指標(biāo)建模中，將時間尺度參數(shù)賦一固定數(shù)值，由于隨機性因素持續(xù)時間較短暫，為了適應(yīng)靈活性特點并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，賦予固定數(shù)值，即：

當(dāng)持續(xù)時間超出30分鐘時，該問題可以采用傳統(tǒng)方法求解，靈活性指標(biāo)參考意義不大。

（2）火電機組

火電機組的有功輸出響應(yīng)靈活性的時間尺度變化?；痣姵Ｒ?guī)機組的有功出力約束綜合靈活性時間尺度、常規(guī)機組爬坡率及其極限出力描述為：

式中，PTG,max、PTG,min分別表示火電機組輸出功率的峰值、谷值，rTd、rTu分別表示火電機組的向下和向上爬坡率，PTG為火電機組出力，PTG,0為火電機組當(dāng)前出力。水電站與火電機組有功輸出約束類同，這里不再描述。

（3）可中斷負荷

可中斷負荷的出力受客戶用電出力預(yù)期和供需端協(xié)議的最大出力變化影響?？芍袛嘭摵傻某隽s束可理解為：

式中，PIL，0、PIL，max分別表示可中斷負荷的當(dāng)前出力及其出力峰值，PIL是可中斷負荷的有效出力，ΔPIL，max為可中斷負荷的最大出力變化范圍，通常取決于客戶和供電公司簽訂的協(xié)議約定。

（4）區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)

區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的出力受最大交換功率和最大傳輸功率的限制。區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的出力約束可理解為：

式中，PLine，max、PLine,0分別表示互聯(lián)區(qū)域線路上的最大傳輸有功功率和實時傳輸有功功率，Pc表示互聯(lián)區(qū)域的出力，ΔPex,max表示互聯(lián)區(qū)域最大交換功率限制。

（5）儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)出力受自身總儲能容量和系統(tǒng)最大出力的限制，其出力約束可以理解為：

式中，Ps表示儲能系統(tǒng)的輸出功率，Ps,max表示儲能系統(tǒng)的最大輸出功率限值，Ws,max、Ws,0分別表示儲能系統(tǒng)的儲能上、下限。

2.3 系統(tǒng)靈活性評價模型分析

圖1中，場景2表示系統(tǒng)的靈活性充足；場景1和3表明了在負荷功率溢出常規(guī)機組出力上、下限值時，系統(tǒng)對靈活性資源調(diào)節(jié)能力欠缺。

圖1 靈活性評價模型分析

2.4 結(jié)論

通過本文研究，可以得到以下結(jié)論：第一，該評價指標(biāo)能夠定量評估電力系統(tǒng)中特性不同的靈活調(diào)節(jié)電源。第二，通過分析靈活性評價指標(biāo)的規(guī)律求得最優(yōu)解，為優(yōu)化調(diào)節(jié)電源的容量配比和多點布局提供參考依據(jù)。

3 結(jié)語

本文在綜合考慮電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟運行的基礎(chǔ)上，搭建電網(wǎng)靈活性評價指標(biāo)的量化模型，為電網(wǎng)新建靈活調(diào)節(jié)電源和儲能的容量和布點方案提供技術(shù)支撐，在優(yōu)化新能源并網(wǎng)的調(diào)峰問題上具有明顯的經(jīng)濟效益，對新能源的發(fā)展利用起到良好促進作用。

參考文獻：

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