內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司鄂爾多斯電業(yè)局 胡 軍

近年隨著國內(nèi)光伏電站以及風力電站的快速發(fā)展，全國范圍內(nèi)的風電并網(wǎng)容量飛速增長，成為水電和火電后的第三發(fā)電源。但同樣也面臨著各種各樣的問題，如新能源和負荷呈現(xiàn)出逆向分布特征，“十二五”期間在黑龍江、江蘇、甘肅、蒙西、新疆、山東、吉林、蒙東、河北等地建設(shè)九大風電基地，除江蘇和山東省之外，剩余的七個基地為三北區(qū)域，電網(wǎng)存在較為嚴重的棄光和棄風現(xiàn)象。結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計分析，全國棄風限電所形成的電量損失達到16231GWh。為此需要結(jié)合當下新能源發(fā)展現(xiàn)狀，積極研究有效的新能源并網(wǎng)控制技術(shù)，有效改善上述問題[1]。

1 大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)運行協(xié)調(diào)控制

1.1 光伏電站和風電場集群有功控制

大規(guī)模新能源在并網(wǎng)過程中容易出現(xiàn)各種問題，從而對新能源的利用發(fā)展形成一定限制。針對大規(guī)模新能源的并網(wǎng)控制技術(shù)能幫助有效改善電網(wǎng)消納和新能源發(fā)電之間的矛盾。針對光伏電站以及風電場的集群有功控制主要是以電網(wǎng)安全約束為基礎(chǔ)，針對光伏電站群和風電場實施有效控制，發(fā)揮電網(wǎng)對于光伏和風電的接納能力，促進集群運行經(jīng)濟化發(fā)展，徹底改善光伏、風電分散控制所造成的協(xié)調(diào)困難和資源浪費問題，進一步提升光伏和風電利用率。當下我國針對光伏電站群和風電場實施了大量的有功控制工作，并獲得了眾多具備實效性的研究成果[2]。

國網(wǎng)電力研究院所在實施相關(guān)研究過程中，進一步發(fā)展誕生了智能化控制措施，從而促進風電場以及光伏電站之間的有功控制，同時也得到大量研究成果。率先針對風電場實際狀況進行深入調(diào)查，從而進一步掌握其中的資源分布狀況，了解資源分布差異，聯(lián)系風向互補性特征，針對風電場實施有效控制，并針對智能化的有功控制提出相應的控制結(jié)構(gòu)框架以及對應的控制方案，促進風電場內(nèi)相關(guān)控制過程實現(xiàn)全面優(yōu)化，提高電站內(nèi)部的風力效果。以四層框架為基礎(chǔ)，合理進行開發(fā)設(shè)計工作，最終形成智能化的有功控制系統(tǒng)，將其融入到風電場中進行實踐操作，可幫助某些管理規(guī)模較大的電站實施有效管理，徹底改善電站中的安全用電問題。

國網(wǎng)研究學院以及著名的清華大學也針對電網(wǎng)控制提出了有效的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，能實現(xiàn)多時間維度管理，幫助強化電網(wǎng)對于新能源的消納能力。而某一地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系自身實際狀況進行了深入探索，同時聯(lián)系風電功率相關(guān)預測數(shù)據(jù)、省間聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃以及電網(wǎng)預測負荷數(shù)據(jù)，考慮不同風電場形成的有功出力對電網(wǎng)安全約束的敏感度，合理設(shè)計風電場發(fā)電方案。

1.2 大規(guī)模新能源無功電壓控制

大規(guī)模新能源背景下，基地中的無功電壓主要是根據(jù)就地平衡和分層分區(qū)基礎(chǔ)原則進行控制，對大規(guī)模新能源基地內(nèi)不同類型無功設(shè)備進行統(tǒng)籌規(guī)劃，結(jié)合不同類型設(shè)備相關(guān)性能差異，對區(qū)域中不同節(jié)點電壓進行有效控制，確保相關(guān)數(shù)值維持在規(guī)定范圍中，維護區(qū)域電網(wǎng)的運行安全。大規(guī)模新能源開發(fā)應用中普遍存在無功電壓控制問題，而各個研究院所和高校也針對相關(guān)問題進行了深入研究，并獲得了較多的研究成果。

如國網(wǎng)電力研究院所、清華大學、華北電力大學以及天津大學等針對新能源場站提出無功電壓的協(xié)調(diào)控制措施，新能源場站中在針對無功電壓進行協(xié)調(diào)控制過程中，是以無功設(shè)備對應無功以及風電機組、光伏逆變器的運行特征為基礎(chǔ)，在實際設(shè)計工作中應按照AVC 合理設(shè)計相似性控制系統(tǒng)，同時針對現(xiàn)場內(nèi)多種無功設(shè)備實施有效的協(xié)調(diào)控制，使新能源場站內(nèi)相關(guān)電壓流出實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展，保證端口電壓運行的安全性。

除可采取上述措施外，相關(guān)研究領(lǐng)域在對新能源場群進行控制研究中提出其他控制方法，即無功電壓控制，在新能源場站中把集中升壓站作為其中的控制中樞以及控制核心，把升壓高壓側(cè)對應電壓值當成約束條件，針對變電站及其新能源場站連接的無功調(diào)節(jié)設(shè)備出力進行合理協(xié)調(diào)，確保相關(guān)區(qū)域內(nèi)的運行電壓穩(wěn)定性。借助功率預測下的無功電壓控制手段，可在控制策略中融入預測結(jié)果，在多時間尺度中，聯(lián)系多樣無功設(shè)備響應時間，結(jié)合具有較大規(guī)模的靜態(tài)協(xié)調(diào)控制裝置，針對風電場實施大范圍的控制工作，保證其中無功電壓的正常輸出，同時對于風電場內(nèi)相關(guān)設(shè)備運行中所形成的各種小幅度波動實施有效的實時動態(tài)控制，在處于暫態(tài)運行條件下為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供可靠電壓支持。

此外為預防新能源場站內(nèi)部風機運行中產(chǎn)生脫網(wǎng)和連鎖等問題，可針對無功電壓深入研究有效的預防控制手段，結(jié)合無功優(yōu)化措施可以保證系統(tǒng)無功充足性，并進行合理布局，對于風電場為了保證其安全運行，需形成有效安全管理約束，創(chuàng)建無功模型，明確樹立管理目標，降低系統(tǒng)網(wǎng)損，擴展風電安全容量，同時利用分解算法實施模型優(yōu)化，確保系統(tǒng)于正常條件下和N-1網(wǎng)脫離連接后能夠始終維持安全運行。盡管大規(guī)模新能源在無功電壓控制方面獲得了大量研究成果，但卻沒有在實際生產(chǎn)中廣泛推廣開來[3]。

1.3 大規(guī)模新能源在線安全預警和穩(wěn)定控制決策

在線控制決策以及穩(wěn)定安全預警屬于智能化調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的核心功能模塊，并在近年發(fā)展中得到了廣泛應用。在大規(guī)模新能源順利接入后，應該在動態(tài)、暫態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定評估程序內(nèi)融入動態(tài)模型和風光靜態(tài)，針對光伏發(fā)電以及風電等實施動態(tài)等值，把候選控制策略集中融入到電站內(nèi)，同時聯(lián)系電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能指標優(yōu)化計算，結(jié)合操作實踐中所產(chǎn)生某種風電波動對于設(shè)備運行穩(wěn)定性的威脅進行綜合考慮。

部分省調(diào)側(cè)相關(guān)電網(wǎng)通常尚未全面進行建模處理，導致最終穩(wěn)定性評價結(jié)果準確度不夠，為此應該借助SCADA 信息對設(shè)備典型離線數(shù)據(jù)以及信息采集進行合理控制，通過采用規(guī)劃算法，幫助新能源內(nèi)主網(wǎng)絡(luò)和中低壓網(wǎng)絡(luò)間的順利連接，提升電網(wǎng)評估準確性。國網(wǎng)研究中，把超短期的風功率計算方法進一步融入到安全控制系統(tǒng)內(nèi)，提出安全控制系統(tǒng)在針對短期風功率進行預測過程中，需進一步滿足時間和技術(shù)等方面提出來的技術(shù)條件。

大規(guī)模新能源正式投入運行后，導致電網(wǎng)運行中的安全隱患增加，無法對電網(wǎng)進行有效控制和準確預測，而以往是根據(jù)基礎(chǔ)準確對電網(wǎng)進行控制，無法對電網(wǎng)運行經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和安全性進行合理協(xié)調(diào)，為此需要在穩(wěn)定綜合防控工程基礎(chǔ)上在線評估電網(wǎng)運行的安全狀態(tài)。

1.4 常規(guī)電源和新能源協(xié)調(diào)控制

為更好迎合新能源波動性，使得火電機組工作點原理最佳煤耗點不得以經(jīng)常進行機組的啟停操作，使新能源對應環(huán)保效益部分被抵消，在極端狀況下反而起到了反效果。此外，進行利益分配過程中，為了更好消納新能源，火電機組對出力狀態(tài)和啟停狀態(tài)進行頻繁調(diào)整，在某種程度上對火電機組利益造成了直接損害，假如缺少有效的經(jīng)濟補償方案以及利潤分配方案，便會使火電機組喪失協(xié)調(diào)控制的參與意愿。由此推斷，常規(guī)電源和新能源協(xié)調(diào)控制目標并非是單一性最大化新能源處理，還需結(jié)合其他因素進行綜合考慮。

多時間尺度的火電和風電協(xié)調(diào)控制，具體把控制細分為五種層次，分別是實時調(diào)度控制、實時計劃設(shè)計、滾動計劃編制、日前計劃設(shè)計以及機組組合確定，幫助有效消除風力發(fā)電對應預測偏差，有效改善未來日前、七天、日內(nèi)風電有功出力以及燃煤火電機組兩者協(xié)調(diào)控制問題。我國風能源以及負荷中心相關(guān)逆向分布特征客觀層面形成具有集群風電多電源聯(lián)運源系統(tǒng)，在源端發(fā)電單元和調(diào)度中心間創(chuàng)建有功優(yōu)化運行層，協(xié)調(diào)控制局部分散火電機組和風電場，提升源端電力控制準確性與靈活性。

1.5 儲能和新能源協(xié)調(diào)控制

由于在應用新能源的過程中，因為首次應用對于各種影響因素考慮不夠充分，影響新能源的運行效率，無法如同常規(guī)電源在電網(wǎng)控制調(diào)度中進行直接參與，限制了新能源的進一步發(fā)展。針對儲能技術(shù)進行深入研究發(fā)展，為促進新能源大規(guī)模應用實現(xiàn)全面并網(wǎng)控制提供了全新發(fā)展思路。在新時期針對新能源研究并網(wǎng)控制過程中擁有全新思路。針對新能源并網(wǎng)問題進行研究中，在儲能方面需將關(guān)注重點放到新能源均勻出力、電力爬坡率、計劃跟蹤、調(diào)頻、調(diào)峰、儲能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)廣域協(xié)調(diào)控制等層面[4]。

通過蓄電池和超級電容兩者聯(lián)合的混合儲能方式，可對不同運行周期內(nèi)新能源輸出不同功率所產(chǎn)生的對應波動實施合理控制。同時對風電場內(nèi)出力數(shù)據(jù)實施合理統(tǒng)計，最終得到風電場內(nèi)不同電力的時域分布規(guī)律，聯(lián)系整體儲能規(guī)模，對風電出力進行合理控制。考慮到風電功率差異對于儲能的影響，包括對沖放電的阻礙，并形成有效的超前控制，保證風電短期功率波動的穩(wěn)定性。部分研究提出風儲聯(lián)合策略，控制風電爬坡率，保證滿足我國風電并網(wǎng)的有功功率控制要求。此外，新能源大范圍利用以及儲能聯(lián)合系統(tǒng)在實施協(xié)調(diào)控制方面，基于風險約束提出協(xié)調(diào)控制策略，促進常規(guī)機組、風電以及儲能之間實現(xiàn)廣域協(xié)調(diào)，形成分散控制和協(xié)調(diào)控制的組合控制手段。

2 結(jié)語

大規(guī)模間歇性新能源的并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制在技術(shù)層面上幫助改善了電網(wǎng)消納和新能源發(fā)電兩者的矛盾。但隨著新能源發(fā)展速度不斷加快，需要采取有效措施進一步提升電網(wǎng)消納能力，為新能源的有效應用提供基礎(chǔ)載體。針對新能源相關(guān)并網(wǎng)控制技術(shù)實施深入研究，促進其朝著智能化趨勢不斷發(fā)展，而相關(guān)科研院所、電網(wǎng)企業(yè)、無功補償廠商、風機設(shè)備企業(yè)、新能源站等科研人員需要加大研究力度。