韓旺 王瑞旺 吳和喜

摘要：在多能互補(bǔ)綜合能源電力系統(tǒng)中，分布式能源是核心，基于此在特定的區(qū)域內(nèi)實(shí)施能源供應(yīng)。該能源系統(tǒng)整合了多種能源形式，包括熱、冷、燃?xì)?、電能和水?wù)都可以一體化運(yùn)行。綜合能源電力系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)勢在于，將多種能源協(xié)同并予以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，使得再生能源充分利用，提高能源的利用率，避免產(chǎn)生浪費(fèi)問題。通過對能源逐級(jí)合理利用，以提高能源綜合利用水平。綜合能源電力系統(tǒng)本身是非線性系統(tǒng)，其變量非常多，體現(xiàn)出復(fù)雜的特征，有很強(qiáng)的隨機(jī)性，與傳統(tǒng)的規(guī)劃問題相比較，其能源規(guī)劃更加復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：電力電子化;綜合能源;電力系統(tǒng)

引言

面對能源危機(jī)和環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，為促進(jìn)節(jié)能減排，早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的雙碳目標(biāo)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)迫切地需要?jiǎng)?chuàng)新與變革。近年來，新型電力電子變換裝備在新能源發(fā)電、柔性交直流輸配電、分布式電源與儲(chǔ)能等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)能源電力系統(tǒng)的靈活性、可控性逐步增強(qiáng)，多種能源系統(tǒng)耦合性和互動(dòng)性顯著提升。另一方面，電力電子化的綜合能源電力系統(tǒng)也出現(xiàn)了建模困難、控制復(fù)雜度增大等諸多亟待解決的關(guān)鍵問題。

1綜合能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配置綜合能源電力系統(tǒng)的時(shí)候，需要對系統(tǒng)部件所屬類型以及規(guī)格明確，要充分認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)配置對聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)性具有重要的影響。在構(gòu)建綜合能源電力系統(tǒng)的時(shí)候，對于單個(gè)設(shè)備的效率要充分考慮，將運(yùn)行策略制定出來，明確用戶的冷熱電需求，同時(shí)還要保證經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益維持平衡狀態(tài)[2]。在系統(tǒng)配置之前需要對綜合能源電力系統(tǒng)的負(fù)荷作出預(yù)測并詳細(xì)分析。在預(yù)測冷熱電負(fù)荷的時(shí)候，要將各種歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，主要為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、電力負(fù)荷以及氣象等等，明確電力負(fù)荷與有關(guān)因素之間所存在的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，從科學(xué)的角度預(yù)測未來的負(fù)荷。在進(jìn)行綜合能源電力系統(tǒng)規(guī)劃的過程中，負(fù)荷預(yù)測發(fā)揮基礎(chǔ)性的作用，其是否準(zhǔn)確對系統(tǒng)配置具有直接的影響。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果配置綜合能源電力系統(tǒng)。綜合能源電力系統(tǒng)直接向用戶供應(yīng)能源，隨著用戶的負(fù)荷需求發(fā)生變化，就會(huì)出現(xiàn)用戶負(fù)荷的熱電比與系統(tǒng)熱電比以及用戶負(fù)荷的冷電比與系統(tǒng)冷電比不能保持一致的問題。為了滿足用戶的負(fù)荷需求，需要采用四種系統(tǒng)配置方法：第一種配置方法是補(bǔ)電子系統(tǒng)集成方法;第二種配置方法是補(bǔ)熱子系統(tǒng)集成方法;第三種配置方法是電-熱轉(zhuǎn)換集成方法;第四種配置方法是蓄能集成方法。如果熱電比非常小或者用戶的電負(fù)荷已經(jīng)超過原動(dòng)機(jī)功率的時(shí)候，可以應(yīng)用并網(wǎng)補(bǔ)充電能的方法，也可以用可再生能源對電能進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)綜合能源電力系統(tǒng)的供熱容量不足的時(shí)候，就要應(yīng)用補(bǔ)熱子系統(tǒng)進(jìn)行熱量供應(yīng)。當(dāng)用戶熱電比以及冷電比都超過系統(tǒng)輸出比的時(shí)候，可以應(yīng)用電-熱轉(zhuǎn)換的方法將原來的熱需求向電需求轉(zhuǎn)換。如果用戶需求有峰谷差存在，就需要向綜合能源電力系統(tǒng)中引入蓄能手段，由于不同步導(dǎo)致的供應(yīng)和需求不平衡的問題就能夠得到緩解，如果存在不同于設(shè)計(jì)工況的問題，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力就會(huì)有所提高。

2電網(wǎng)規(guī)劃方面

以儲(chǔ)能與輸電線路擴(kuò)建總成本最小為目標(biāo)，對儲(chǔ)能的功率、選址及輸電網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃，相比于傳統(tǒng)的單一儲(chǔ)能規(guī)劃具有更優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性;西安交通大學(xué)王建學(xué)等以最優(yōu)潮流模型為基礎(chǔ)，從單時(shí)段和多時(shí)段兩方面分別計(jì)算輸電線路在系統(tǒng)安全約束下的最大輸電能力，并基于此提出能夠有效表征輸電線路資源利用水平的改進(jìn)利用率計(jì)算方法;國網(wǎng)濟(jì)南供電公司李瑜等提出了一種火電機(jī)組靈活性改造與輸電網(wǎng)規(guī)劃多階段聯(lián)合決策方法，通過將火電機(jī)組靈活性改造納入輸電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化決策，統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)靈活性及傳輸能力以促進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)消納;中國電力科學(xué)研究院唐曉駿等考慮柔性直流接入城市電網(wǎng)后可能帶來的短路電流超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，針對現(xiàn)有的短路電流計(jì)算方法對柔性直流遠(yuǎn)端故障場景計(jì)算結(jié)果偏保守問題，提出一種考慮柔性直流接入影響的更為準(zhǔn)確的電網(wǎng)短路電流簡化計(jì)算方法。

3積極應(yīng)對大規(guī)模新能源并網(wǎng)的挑戰(zhàn)

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的具體部署，儲(chǔ)能是支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的核心技術(shù);同時(shí)，大規(guī)模新能源并網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)：系統(tǒng)調(diào)峰能力存在缺額，不足以支撐高比例新能源消納;跨區(qū)直流運(yùn)行方式靈活性欠缺，新能源跨區(qū)消納難度大;新能源裝機(jī)容量增加，新能源電量占比不斷提高，新能源利用率逐漸下降;新能源電量滲透率與利用率間相互制約，以新能源利用率為目標(biāo)的消納模式亟待向兼顧新能源利用率與發(fā)電量占比轉(zhuǎn)變;電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量持續(xù)減小，頻率調(diào)節(jié)能力下降，電網(wǎng)存在頻率越限甚至穩(wěn)定破壞風(fēng)險(xiǎn);新能源調(diào)壓能力不足，大規(guī)模新能源并網(wǎng)地區(qū)電壓控制困難;高比例受電地區(qū)動(dòng)態(tài)無功支撐能力不足，系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降，系統(tǒng)安全面臨電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

4綜合能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行策略

其一，以熱定電。用戶的熱需求得到滿足，將發(fā)出的電向用戶提供，當(dāng)電量過剩的時(shí)候可以上網(wǎng)售賣，電量不夠充足的時(shí)候可以通過電網(wǎng)補(bǔ)充。其二，以電定熱。用戶的電需求得到滿足，釋放的熱量向用戶提供，使其熱需求得到滿足。在熱量不足的情況下，可以使用鍋爐補(bǔ)充燃燒，如果熱量過剩，可以使用蓄熱罐儲(chǔ)存。其三，持續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)可以保持持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，即便能源需求有所變化也不需要考慮。如果系統(tǒng)生產(chǎn)的能源可以滿足的用戶需求，有剩余可以上網(wǎng)售電，否則就要通過電網(wǎng)補(bǔ)充。

結(jié)束語

在多電平功率變換方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)紀(jì)延超教授團(tuán)隊(duì)及天津大學(xué)賈宏杰教授、肖遷博士團(tuán)隊(duì)針對模塊化多電平換流器（MMC）傳統(tǒng)控制方法功率跟蹤精度差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢等問題，提出一種基于反饋線性化的直接功率控制方法;內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)楊炳元教授團(tuán)隊(duì)分析了基于MMC的交直流混聯(lián)電網(wǎng)場景下短路故障特征，并提出一種無需換流站間通信的交直流故障穿越協(xié)調(diào)控制方案。

參考文獻(xiàn)

[1]卓振宇，張寧，謝小榮，李浩志，康重慶.高比例可再生能源電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，45（09）：171-191.

[2]李宇澤，齊峰，朱英偉，王鵬，侯健生，文福拴.多能互補(bǔ)綜合能源電力系統(tǒng)的建設(shè)模式初探[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2019，34（01）：3-10.

[3]鞠平，沈賦，吳峰.綜合能源電力系統(tǒng)的在線分布互聯(lián)建模研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2018，37（06）：11-14.