曹筱歐

(國網(wǎng)天津市電力公司 濱海供電分公司,天津 300450)

0 引言

隨著新能源發(fā)電的不斷推廣與延伸，新能源發(fā)電的隨機(jī)性增加了電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。為此提出用戶側(cè)聯(lián)合調(diào)峰的方法降低發(fā)電企業(yè)調(diào)峰壓力具有明顯的作用。實(shí)現(xiàn)調(diào)峰效益的最大化需要對調(diào)峰負(fù)荷的特性、潛力等進(jìn)行深度的研究，掌握間歇式新能源發(fā)電的特點(diǎn)并引導(dǎo)用戶側(cè)適應(yīng)新能源用電策略，這不僅可以降低發(fā)電企業(yè)調(diào)峰的壓力而且能夠節(jié)約用電企業(yè)用電成本。

1 負(fù)荷彈性對調(diào)峰的影響

在動態(tài)電價(jià)的影響下，高載能企業(yè)調(diào)整用電策略具備了一定了用電“負(fù)荷彈性”能力。其采用更改用電時(shí)間彈性策略和更改用電負(fù)荷大小容量彈性策略適應(yīng)新能源發(fā)電的特征，為企業(yè)節(jié)約用電成本。同時(shí)也減少發(fā)電企業(yè)調(diào)峰的壓力。

1.1 高載能負(fù)荷時(shí)間彈性

高載能負(fù)荷時(shí)間彈性策略是用電企業(yè)綜合分析用電負(fù)荷生產(chǎn)工藝、習(xí)慣、設(shè)備用電水平和用電經(jīng)濟(jì)效益等因素在生產(chǎn)過程中以生產(chǎn)時(shí)間為調(diào)整目標(biāo)進(jìn)行策略分析進(jìn)而達(dá)到降低用電成本的目的。由于新能源并網(wǎng)后，其反調(diào)峰特性決定了在不同時(shí)間范圍內(nèi)的電價(jià)不同，如果將新能源并網(wǎng)視為等值負(fù)荷，將增大等效負(fù)荷的峰谷差，這會導(dǎo)致在常規(guī)負(fù)荷低谷時(shí)刻要保證一定的開機(jī)水平、調(diào)峰深度和用電安全就必須棄風(fēng)、棄光來彌補(bǔ)新能源并網(wǎng)空間不足的問題。鑒于新能源存在人為不可控因素，需要通過天氣預(yù)報(bào)來預(yù)估風(fēng)光電處理情況，并作出新能源出力曲線，調(diào)整生產(chǎn)過程，讓部分符合能夠在允許的空間調(diào)節(jié)用電時(shí)間，將新能源發(fā)電處理在常規(guī)符合低谷時(shí)刻消納新能源。負(fù)荷時(shí)間彈性為用戶提供了不同時(shí)間段的負(fù)荷數(shù)選擇方式，其彈性越大則用戶的選擇余地也就越大，用戶可以根據(jù)新能源出力時(shí)間段調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷，將用電負(fù)荷盡可能的轉(zhuǎn)移到用電低谷時(shí)段，一方面保證生產(chǎn)需求，另一方面提高新能源電量的使用。

高載能負(fù)荷時(shí)間彈性可以選擇可轉(zhuǎn)移負(fù)荷比率和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間進(jìn)行衡量，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷比率為表征負(fù)荷可轉(zhuǎn)移量占裝機(jī)的比例；可轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間為表征負(fù)荷提前或延遲的時(shí)間。在響應(yīng)可再生能源方面，時(shí)間彈性變量和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷比率變量是適應(yīng)間歇式新能源發(fā)電負(fù)荷調(diào)峰的關(guān)鍵。企業(yè)生產(chǎn)用電過程中，考慮維持生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)需求的最小負(fù)荷及安全符合流程無法更改的用電時(shí)間負(fù)荷成分所占比例通過可轉(zhuǎn)移負(fù)荷比率進(jìn)行計(jì)算?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)間是根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)時(shí)間限制進(jìn)行確定。高載能負(fù)荷時(shí)間彈性調(diào)節(jié)曲線如圖1所示。

隨著時(shí)間的增加當(dāng)調(diào)節(jié)過電壓使負(fù)荷升至100%，其可轉(zhuǎn)移負(fù)荷比率也為100%，轉(zhuǎn)移負(fù)荷的時(shí)間不受限制。

圖1 高載能負(fù)荷時(shí)間彈性調(diào)節(jié)曲線

1.2 高載能負(fù)荷容量彈性

企業(yè)生產(chǎn)用電的過程中，一些負(fù)荷設(shè)備不具備時(shí)間彈性的控制，其負(fù)荷率可以采用額定功率調(diào)節(jié)的方式控制用電量，以保證用最小的成本滿足生產(chǎn)的基本需求。不具備時(shí)間彈性控制的負(fù)荷曲線如圖2所示。

圖2 不具備時(shí)間彈性控制的負(fù)荷曲線

如圖2所示，不具備時(shí)間彈性控制的負(fù)荷曲線基本為一條直線。在調(diào)節(jié)過程中容量彈性是在額定負(fù)荷的基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)需求負(fù)荷占負(fù)荷容量的比例進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)過程是在負(fù)荷內(nèi)在特性中進(jìn)行調(diào)節(jié)不受時(shí)間上的控制。很多生產(chǎn)企業(yè)為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性會自備發(fā)電機(jī)，其可向生產(chǎn)設(shè)備負(fù)荷供電，并具備可調(diào)節(jié)的能力，為此將其引入負(fù)荷容量彈性中視為一種負(fù)負(fù)荷，可以降低企業(yè)自備發(fā)電機(jī)的出力等效增加負(fù)荷。自備發(fā)電機(jī)等效負(fù)荷容量彈性為自備發(fā)電機(jī)額定容量減去其最小出力。在用電企業(yè)的高載能負(fù)荷中，容量彈性不僅包含了常規(guī)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷容量彈性還包括企業(yè)自備發(fā)電機(jī)的容量彈性。

1.3 高載能負(fù)荷調(diào)峰潛力

由于風(fēng)光電具有反調(diào)峰的特性，所以在火力發(fā)電和水利發(fā)電調(diào)峰能力弱、深度低時(shí)，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電調(diào)峰出現(xiàn)缺口，常規(guī)電源參與調(diào)峰情況下只能棄風(fēng)、棄光。所以此時(shí)利用彈性負(fù)荷增大等效負(fù)荷峰谷差及電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，可以減少棄風(fēng)、棄光。容量彈性負(fù)荷對風(fēng)光電消納的影響如圖3所示。

圖3 容量彈性負(fù)荷對風(fēng)光電消納的影響

在t1～t2時(shí)刻，發(fā)電機(jī)組上調(diào)空間不足，此時(shí)增加生產(chǎn)負(fù)荷能夠迅速消納增加的風(fēng)光電出力，保證等效風(fēng)光電出力平穩(wěn)，并減少火力發(fā)電的調(diào)峰壓力。同時(shí)又提高風(fēng)光電消納的能力，避免了棄風(fēng)、棄光問題的發(fā)生。在此過程中，負(fù)荷容量彈性越大則調(diào)峰能力就越強(qiáng)，可以有效的保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全。高載能負(fù)荷彈性可以解決僅依靠常規(guī)電源進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)峰過程中出現(xiàn)的負(fù)荷峰谷差問題，從時(shí)間彈性和容量彈性兩個(gè)方面具備調(diào)峰潛力。

2 高載能負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)用電企業(yè)新能源發(fā)電利用最大化，將高載能負(fù)荷調(diào)峰能力進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，以初始負(fù)荷曲線為條件，對負(fù)荷調(diào)峰能力進(jìn)行重構(gòu)，劃分出作用于長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)和作用于短時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)。

2.1 長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)

長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰可以根據(jù)風(fēng)光電力的預(yù)測優(yōu)先來調(diào)整、中斷、轉(zhuǎn)移高載能負(fù)荷。在高載能負(fù)荷調(diào)節(jié)中，作用于長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰的關(guān)鍵包括兩個(gè)方面。一方面是高載能負(fù)荷的調(diào)節(jié)容量要能夠滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰后的調(diào)峰缺口，另方面是調(diào)峰電量要足夠充足。長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)分為升高負(fù)荷場景和降低負(fù)荷場景兩種情況。

升高負(fù)荷場景是當(dāng)負(fù)荷曲線低于可調(diào)空間半下限，高于可調(diào)空間全下限的情況時(shí)，為了維持電力的平衡風(fēng)光電最大出力為負(fù)荷減去常規(guī)電源最小技術(shù)出力，其小于風(fēng)光點(diǎn)最大發(fā)電出力，采用高載能負(fù)荷參與調(diào)峰高的負(fù)荷曲線，使其能夠位于可調(diào)空間半下限之上，使電力系統(tǒng)能夠?yàn)轱L(fēng)光電提供并網(wǎng)空間。凡是能夠持續(xù)提高自身負(fù)荷值的負(fù)荷具備轉(zhuǎn)移負(fù)荷和連續(xù)調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力，重構(gòu)后的負(fù)荷隨時(shí)間變化如圖4所示。

圖4 重構(gòu)后的負(fù)荷隨時(shí)間變化

獲取所有負(fù)荷長時(shí)間尺度負(fù)荷單元調(diào)峰能力，表征方面具備不同可持續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)間符合的統(tǒng)計(jì)分布情況，根據(jù)需要將負(fù)荷隨時(shí)機(jī)變化上端的負(fù)荷按照先后順序參與調(diào)峰，將可調(diào)持續(xù)時(shí)間小的負(fù)荷在時(shí)間上疊加構(gòu)成等效負(fù)荷，參與滿足容量小調(diào)峰持續(xù)時(shí)間長的調(diào)峰需求，調(diào)整前后負(fù)荷隨時(shí)間的變化如圖5所示。

由此可見，根據(jù)調(diào)峰需求合理安排負(fù)荷參與的先后順序及配合關(guān)系可以解決電網(wǎng)的調(diào)峰需求。降低負(fù)荷場景是風(fēng)光電機(jī)組出力小，發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷較大時(shí)，電力平衡中負(fù)荷高于可調(diào)上限，通過調(diào)節(jié)負(fù)荷參與降低負(fù)荷使負(fù)荷曲線位于可調(diào)上限之內(nèi)，保證電力系統(tǒng)的功率平衡。在降低負(fù)荷場景下的負(fù)荷重構(gòu)過程中，將所有負(fù)荷按照可持續(xù)時(shí)間的長短來進(jìn)行大小排序，若時(shí)間相同則可以進(jìn)行負(fù)荷合并，采用轉(zhuǎn)移、中斷等手段對負(fù)荷進(jìn)行操作，維護(hù)用電負(fù)荷設(shè)備的安全。

圖5 調(diào)整前后負(fù)荷隨時(shí)間的變化

2.2 短時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)

當(dāng)風(fēng)光電過大時(shí)對電力系統(tǒng)的平衡造成威脅，需要具有短時(shí)間尺度調(diào)節(jié)能力的負(fù)荷參與電力系統(tǒng)平衡。短時(shí)間尺度調(diào)節(jié)參數(shù)主要是爬坡率和調(diào)節(jié)容量，為此在短時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)中存在升高負(fù)荷場景和降低負(fù)荷場景。

升高負(fù)荷場景中風(fēng)光電功率預(yù)測偏大時(shí)需要快速提升負(fù)荷，具有連續(xù)調(diào)節(jié)能力的負(fù)荷參與調(diào)峰，可根據(jù)負(fù)荷的爬坡率和最大調(diào)節(jié)容量重構(gòu)負(fù)荷最快爬坡曲線，計(jì)算出最大的爬坡調(diào)峰能力。以兩個(gè)負(fù)荷為例，升負(fù)荷出力曲線如圖6所示。

圖6 升負(fù)荷出力曲線

由圖6可見，如果兩個(gè)負(fù)荷均未達(dá)到最大調(diào)節(jié)容量則爬坡結(jié)束時(shí)間相同，當(dāng)其中一個(gè)負(fù)荷達(dá)到了最大調(diào)節(jié)容量而另一個(gè)未達(dá)到則爬坡結(jié)束時(shí)間不同。

降低負(fù)荷場景中是由于風(fēng)光電功率預(yù)測偏差較大，而導(dǎo)致了大規(guī)模的風(fēng)電、光電拖網(wǎng)，必須采取負(fù)荷調(diào)峰快速降低負(fù)荷，以保證電力系統(tǒng)功率的平衡。與升高負(fù)荷場景同樣可以根據(jù)負(fù)荷爬坡率和最大容量計(jì)算出負(fù)荷最快爬坡曲線，確定負(fù)荷的最大爬坡調(diào)峰能力。

3 負(fù)荷參與調(diào)峰策略

3.1 負(fù)荷在調(diào)峰中的作用及參與方式

新能源接入電力系統(tǒng)后，其波動性、無規(guī)律性導(dǎo)致調(diào)峰壓力的增加，負(fù)荷調(diào)峰主要的目的是移峰填谷，將可中斷負(fù)荷由等值負(fù)荷大的時(shí)段移至等值負(fù)荷小的時(shí)段，并應(yīng)用連續(xù)調(diào)節(jié)負(fù)荷消納棄風(fēng)或棄光。當(dāng)常規(guī)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰無法消納風(fēng)光電的情況下，采用連續(xù)高載能負(fù)荷增加進(jìn)行消納，其連續(xù)調(diào)節(jié)能的負(fù)荷增加負(fù)荷跟蹤新能源處理消納新能源增量，進(jìn)而減少棄風(fēng)、棄光的問題。此外，當(dāng)電力系統(tǒng)電力不足時(shí)，依靠可中斷負(fù)荷減少負(fù)荷，保證電力系統(tǒng)功率的平衡，進(jìn)而保證電企業(yè)重要的負(fù)荷正常供電。

3.2 負(fù)荷在多時(shí)間尺度上的調(diào)峰方法

負(fù)荷在多時(shí)間尺度上的調(diào)峰方法可以采用轉(zhuǎn)移、連續(xù)調(diào)節(jié)和中斷負(fù)荷的方法進(jìn)行操作。其中，轉(zhuǎn)移負(fù)荷根據(jù)準(zhǔn)確的新能源電量預(yù)測和企業(yè)負(fù)荷預(yù)測確定轉(zhuǎn)移策略。連續(xù)調(diào)節(jié)負(fù)荷通常是利用企業(yè)自備發(fā)電機(jī)進(jìn)行短時(shí)間尺度的調(diào)峰，以保證企業(yè)主要用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。中斷負(fù)荷是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，為了保證電力系統(tǒng)功率的平衡進(jìn)行的安全性操作方法。

3.3 調(diào)峰策略

在新能源發(fā)電負(fù)荷實(shí)際調(diào)峰中，需要根據(jù)調(diào)峰需求采用有效的調(diào)峰順序和調(diào)峰形式來達(dá)到調(diào)峰的目的，其之間的配合關(guān)系如表1所示。

表1 調(diào)峰順序和配合關(guān)系

4 總結(jié)

通過本文的研究可知，負(fù)荷的可調(diào)節(jié)與可中斷特性使企業(yè)可以做出負(fù)荷時(shí)間彈性和容彈性量策略。在適應(yīng)間歇式新能源發(fā)電負(fù)荷調(diào)峰中，對高載能負(fù)荷調(diào)峰能力重構(gòu)，按照調(diào)峰時(shí)間的長短和調(diào)峰的場景進(jìn)行重構(gòu)。長時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰中的升高負(fù)荷場景采用高載能負(fù)荷參與調(diào)峰太高負(fù)荷曲線，使其能夠位于可調(diào)空間半下限之上，降低負(fù)荷場景采用轉(zhuǎn)移、中斷等手段對負(fù)荷進(jìn)行操作降低負(fù)荷使負(fù)荷曲線位 于可調(diào)上限之內(nèi)。短時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰中的升高負(fù)荷場景 和降低負(fù)荷場景根據(jù)負(fù)荷爬坡率和最大容量計(jì)算出負(fù)荷最 快爬坡曲線，確定負(fù)荷的最大爬坡調(diào)峰能力。負(fù)荷在調(diào)峰過 程中，可采用轉(zhuǎn)移、連續(xù)、中斷負(fù)荷的方法根據(jù)調(diào)峰需求采用 有效的調(diào)峰順序和調(diào)峰形式保證新能源發(fā)電負(fù)荷調(diào)峰的準(zhǔn) 確性，達(dá)到調(diào)峰的目的。

用轉(zhuǎn)移、中斷等手段對負(fù)荷進(jìn)行操作降低負(fù)荷使負(fù)荷曲線位于可調(diào)上限之內(nèi)。短時(shí)間尺度負(fù)荷調(diào)峰中的升高負(fù)荷場景和降低負(fù)荷場景根據(jù)負(fù)荷爬坡率和最大容量計(jì)算出負(fù)荷最快爬坡曲線，確定負(fù)荷的最大爬坡調(diào)峰能力。負(fù)荷在調(diào)峰過程中，可采用轉(zhuǎn)移、連續(xù)、中斷負(fù)荷的方法根據(jù)調(diào)峰需求采用有效的調(diào)峰順序和調(diào)峰形式保證新能源發(fā)電負(fù)荷調(diào)峰的準(zhǔn)確性，達(dá)到調(diào)峰的目的。